軟基條件下橋臺病害機理分析及處治

何偉南　蘆杰　何建勝

【摘 要】軟土地基修建交通基礎設施，會存在道路的沉降、橋梁的開裂、橋臺推移變位等問題，直接影響行車的安全，筆者提出臺背換填輕質材料來減少地基沉降，并且要求該輕質材料有良好的整體性和直立性來解決臺后路堤的自身壓縮和減輕路堤對橋臺的推擠。結合筆者的多年研究和工程實踐，推薦采用泡沫混凝土、泡沫珠混凝土、EPS塊體材料換填。

【關鍵詞】軟基；臺背換填；輕質材料

0 引言

隨著經濟的發展，我國的道路交通發展迅速，在軟土地基修建交通基礎設施，會存在道路的沉降、橋梁的開裂、橋臺推移變位等問題，直接影響行車的安全，其中一個共性問題是，只要采用臺后擋墻的橋梁，橋臺處的立柱或蓋梁均出現了不同程度的病害，如立柱的環狀裂縫、蓋梁的縱向貫通裂縫、臺帽開裂、整個橋臺的前傾等病害，嚴重的直接導致橋梁倒塌，威脅著交通和生命安全。

1 臺后擋墻引起的病害的機理及土壓力計算

病害原因：橋臺臺后填筑高度高于路基填筑高度，形成較大的填筑荷載，同時在車輛荷載的作用下，軟土地基形成向前滑動面，荷載直接作用在擋墻上，擋墻將大部分的擠推力作用在樁柱橋臺上（實際上放大了水平推力），由于樁柱式橋臺抗水平推力能力低，當水平擠推力達到一定程度時，必然導致樁柱式橋臺的各種病害。

蓋梁設計往往按照豎向荷載產生效應進行極限和使用狀態的配筋設計，立面抗扭鋼筋配置很少，再加上臺后擋墻推力直接作用在蓋梁上，蓋梁在靠河側形成彎矩。在水平荷載及在樁柱和上部結構的約束作用下，蓋梁立面受彎，亦出現裂縫，如圖3所示。

2 橋臺病害的處治措施

2.1 臺背換填

我國學者和工程技術人員對解決橋臺病害問題已經提出了各種各樣的處治措施，并取得了一定的成效，但考慮到對路橋過渡段處治后盡量減少對橋臺的影響，并且盡量做到高效和經濟。筆者認為，對于已建橋梁而言，通車多年地基已經趨于穩定，并且基于新建工程盡管花了很大代價進行地基處理，但仍然無法解決橋頭跳車問題，所以盡量對地基不再作處理。為此，筆者提出臺背換填輕質材料來減少地基沉降，并且要求該輕質材料有良好的整體性和直立性來解決臺后路堤的自身壓縮和減輕路堤對橋臺的推擠。結合筆者的多年研究和工程實踐，推薦采用泡沫混凝土、泡沫珠混凝土、EPS塊體材料換填。

2.1.1 臺背換填開挖長度的確定

如圖4所示，路橋過渡段處治長度主要由橋臺與路堤頂面的工后差異沉降量和不產生跳車的容許坡降決定。一般來說，容許差異沉降量大，其處理長度相應會短，容許差異沉降量小，其處理長度相應會長。據有關研究資料表明：要求不產生橋頭跳車，橋臺與穩定段路基的坡度應控制在4‰～6‰以內時。路橋過渡段處治長度L可按式（1）計算：

按上式計算出的長度L為16.7～25m，路橋過渡段實際處治長度可確定為15～25m，并且根據公路等級適當選取，公路等級低取小值，公路等級高取大值。

2.1.2 臺背輕質材料換填開挖深度的確定

臺后路堤換填輕質材料的設計思路是：為避免地基產生沉陷或側向流動，將地基開挖一定深度，卸除一部分地基的自重應力，并將輕質材料作為填料換填在地基上，以減少附加應力。

下以換填EPS塊體為例，軟土地基開挖深度的確定如圖5所示，根據應力補償原則，開挖的軟土地基土重量應大于或等于開挖后填筑的EPS層、鋼筋混凝土板、路面結構和車輛荷載的重量之和，按式（2）確定軟土地基開挖深度D。

2.2 橋臺病害的加固措施

2.2.1 橋臺蓋梁豎向開裂

橋臺蓋梁出現豎向裂縫，是由于臺后填土產生的土壓力引起的，屬于前期設計針對軟土地基所采用的橋臺形式不合理造成，處治這種病害往往代價很高，根據多年的處治經驗建議如下：如果單是橋臺蓋梁出現開裂，裂縫基本穩定情況下，采用蓋梁側面粘貼數道鋼板加固，即補強蓋梁水平抗彎能力。

2.2.2 橋臺立柱環向開裂

橋臺臺后填筑高度高于原地面時，容易產生較大的填筑荷載，并且在車輛荷載的作用下，軟土地基易形成向前滑動面，臺后土壓力直接作用在擋墻上，擋墻將大部分的擠推力作用在樁柱橋臺上。由于樁柱式橋臺抗水平推力能力低，當水平擠推力達到一定程度時，必然導致樁柱式橋臺的各種病害，如橋臺立柱橫向開裂等。處治建議：適當開挖，并采用外包鋼筋混凝土加固，增加的厚度為15cm左右。

3 結語

本文通過對橋臺病害機理分析，完成了臺后擋墻引起病害的土壓力計算。對橋臺病害處治，采取臺背換填及橋臺病害的加固措施。臺背換填采用泡沫混凝土、泡沫珠混凝土、EPS塊體材料換填，并計算研究換填開挖的長度和深度。橋臺病害處治主要建議采用粘貼鋼板、增大截面、外包混凝土等加固措施。

【參考文獻】

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[責任編輯：王偉平]