鋼管約束混凝土在橋墩加固中的應用

宋 楊

（四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院， 四川 成都 610041）

0 前言

“5.12地震”后，震區公路橋梁受損嚴重，其中橋墩的受損狀況比較復雜，受損原因多樣，且對整橋危害性高，所以橋梁修復的第一個環節就應是加固其受損的橋墩。

1 橋墩病害介紹

1.1 K26+772.6順河橋工程概況及主要病害

順河橋橋位處于國道213（317）線映秀至草坡段中心樁號K26+772.6,上部結構為預應力空心板梁橋，跨徑組合為 1×30+7×20，橋長 183.21m，橋面總寬 8.5米，樁柱式墩，0號橋臺為樁柱式橋臺，樁基礎，8號橋臺為重力式橋臺，擴大基礎。

橋墩主要病害為：第3號墩柱1號柱和第5號墩2#柱因被地震中從山體上滾落的飛石撞擊完全剪斷，露出鋼筋，主筋彎曲，箍筋被拉斷，砼缺損，缺損范圍190×80cm。

1.2 蒙子溝中橋工程概況及主要病害

蒙子溝中橋橋梁全長85.5m。橋上縱坡1%，上部采用4×20米預應力砼空心板，下部橋臺采用樁柱式橋臺；樁柱式橋墩。支座采用板式橡膠支座；0，4號橋臺分別設置一道 CD-60型伸縮縫。支座墊石高度 10cm。該橋都江堰側部分位于R=110米緩和曲線上。

橋墩主要病害為：橋梁在地震力的作用下，橋墩根部隨地殼發生位移，致使橋墩與豎直方向發生偏角，1#橋墩右墩柱墩頂向都江堰側偏移30cm，2#、3#橋墩左右墩柱墩頂均向映秀側偏移約20cm。

2 加固方案

2.1 K26+772.6順河橋橋墩加固

因該橋為搶險救援車輛進入汶川“生命線”的重要組成部分。在橋墩受損后，雖然兩橋所在路段實行了交通管制，但仍有施工車輛在橋上行駛，且震區余震不斷，側面山體時有滾石、滑坡等不良地質災害發生，此橋存在極大安全隱患，為盡快解除安全隱患和及時搶通“生命線”，兩受損最嚴重的橋墩需要緊急加固，這兩個橋墩也是整條G213線上最先加固的橋墩。

由于之前沒有此類橋墩加固的經驗，所以當時首先提出了針對搶通路段的兩個處治加固方案進行比選：

1、在受損墩柱所在蓋梁下架設臨時支墩；

2、充分利用原有墩柱，將受損墩柱分段外包鋼套筒，上下層鋼套筒采用對接焊縫連接，并用小石子混凝土填充鋼板與原墩柱間的空隙。

經過研究討論，方案一存在以下缺點：1、若采用鋼管樁支墩，受損橋墩處被亂石包圍打樁所必需的機具設備無法到達；2、若采用萬能桿件支墩，清理巨石、挖掘基礎所費工期太長，且落石時有發生，有再次擊中支墩的危險。對比方案一，方案二在新增加截面的部分提高柱子承載力的同時，還因新增鋼板箍的橫向約束作用，使原混凝土柱產生良好的三向應力狀態，因而可以大幅度提高柱子的承載力，而且具有材料充足、制作簡單、安裝方便、整體性強、可靠性高、依靠人力能實現、工期易控制等優點。所以，最后采用了將原墩柱外包鋼板，并以小石子砼填充的第二種加固方案。

具體施工過程可分為以下幾步：1.在未損壞的橋面上切割鋼板到規定尺寸，同時將原墩柱表面混凝土鑿毛，以增強新老混凝土的粘結；2.將切割好的鋼板制作成半圓形的鋼套管，加焊加勁肋；3.安裝最底層的鋼套管；4.將擺好的兩片半圓形鋼套管對拼成整圓，采用對接焊縫使其連接；5.按以上方法繼續往上拼裝鋼套管到墩柱頂部；6.待外包的鋼板圓筒拼裝完畢，從上至下往套筒中灌注小石子混凝土，并通過不斷敲打鋼套筒以實現內注混凝土的振搗；7.完成灌注后，對橋梁實行交通管制，待混凝土達到強度后，方可使用。

2.2 蒙子溝中橋橋墩加固

蒙子溝中橋在震后第一次的搶通保通處治時，已針對病害采取了在橋面上架設321戰備鋼梁的搶通保通措施，而此次加固目的在于拆除321戰備鋼梁，以便進行橋梁的梁體復位，并保證整橋永久加固的順利實施；而且，當時 K26+772.6順河橋的橋墩加固方案已實施，效果良好。所以蒙子溝中橋的橋墩加固沒有進行方案比選，是直接采用了和 K26+772.6順河橋相同的加固方案——外包鋼套筒，內填小石子砼。并在實施細節上，對之前順河橋的方案進行了優化。

其具體實施步驟為：

①在1號墩和3號墩兩側搭設支架，臨時支承主梁，對1號墩和3號墩進行卸載，使其恢復一部分彈性變形；

②清除柱身破碎混凝土，將原墩柱開裂處采用環氧樹脂膠灌縫，原墩柱表面鑿毛；

③承臺頂面鉆孔，安裝法蘭盤和第一節鋼套筒；

④安裝第二節鋼套筒(先臨時連接，后半熔透焊接)，灌注底節和第二節內微膨脹混凝土，并振搗密實；

⑤從下到上逐段安裝鋼套筒，灌注C30微膨脹混凝土，并充分振搗，注意豎焊縫每節段環向錯開120°；

⑥安裝最頂段鋼套筒，灌注C30砼，并充分振搗。

⑦拆除鋼板的環向加勁肋和三角加勁肋，鋼板表面防腐處理。

鋼板表面防腐選用：環氧富鋅底漆 50 μm；環氧云鐵中間漆 60 μm；聚氨酯面漆2×40 μm。

2.3 實施效果

K26+772.6順河橋所和蒙子溝中橋采用的鋼筋混凝土柱外包鋼套筒、內填小石子砼的加固方案，用小石子混凝土少量增大柱子截面，并外包鋼板套筒， 在新增加截面部分提高柱子承載力的同時，還因新增鋼板箍的橫向約束作用，使原混凝土柱產生良好的三向應力狀態（所謂混凝土柱的三向應力狀態是指，在軸心壓力作用下，核心混凝土受外包鋼板套筒的緊箍作用，而使混凝土縱向、徑向和環向皆受壓，與單向受壓不同，此時混凝土的性能就發生了改變，抗壓強度大大提高），因而可以大幅度提高柱子的承載力，而且具有整體性強，可靠性高等優點。

通過各方的共同努力，K26+772.6順河橋和蒙子溝中橋兩座橋墩受損嚴重橋梁于2008年底順利修復完畢，并開始正常通車，至今仍運營良好，未見明顯病害。

3 結束語

混凝土結構加固技術是一門新興的學科，結構試驗研究、理論分析及規范編制等基礎理論工作，近年來均有很大進展。隨著國民經濟的發展和科學發展觀的不斷深入貫徹，設計者們越來越關注結構的耐久性問題，混凝土加固技術必將成為熱門技術。此前，鋼筋混凝土柱外包鋼板的加固方法廣泛應用于工民建的加固中，在公路橋梁的加固上還使用不多。此次在公路橋梁的震后受損橋墩加固中使用鋼套筒約束混凝土不僅可省去施工模板，還能起到保護內部混凝土不受撞擊破壞的作用，并且鋼套筒約束混凝土具有空間占用較小，現場加固工藝簡便，工期短，結構牢靠，對周圍環境影響小的優點，值得在地震災區橋墩受損嚴重的橋梁中廣泛應用。