某软土地区公路桥梁桥台病害及加固研究
软土是在江河海滨、内陆湖塘盆地及多雨地区的坡谷和山间洼地等地区的近代水下沉积的一种饱和粘性土。它的物理力学特性非常差，主要表现为高含水率(ω>35%)、高孔隙比(e>1.0)、快剪内摩擦角及粘着力小、强度低、高压缩性、渗透系数小、沉降持续时间长，它还具有触变性和蠕变性。在这样的软土地区修建桥梁时，若设计时考虑不周或施工中若不尊重科学将会带来严重后果，特别是桥台部分，若处之不当，轻则影响桥台桩基础，造成桥台桩基位移或开裂，重则桥毁人亡，多年来，我国在软土地区修建了大量的桥梁，经常碰到由于桥台软土地基处理不当造成桥梁病害的问题。下面针对浙江某公路桥实例，对软土地区桥梁的桥台病害进行原因分析及采取的几种处理方法及处理效果进行探讨。
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.桥梁病害工程实例分析
1.1 工程概述及病害现状
该桥跨越浙江某市一河沟,为三孔l6米空心板梁，该桥于1999年施工，建成于2000年7月，桥台类型为桩柱式桥台，台后填土高度为5.5米，台后接挡墙，运行后逐渐出现以下病害：1.台后挡墙下沉、前移，顶紧桥台，空心板梁相互顶紧，局部桥面铺装起拱破裂。2.左右两桥台前墙出现裂缝；帽梁中间出现竖向裂缝一条。3.两桥台立柱出现三条横向贯通裂缝。
1.2 病害原因分析
从病害现状分析，造成病害发生的主要原因是：由于桥址处地质条件差，桥台及台后挡土墙的基础未能进行有效的处理，在经过路面活载及路基自重的作用造成台后土体的下沉、滑动引起挡墙滑动前移，其基础顶紧桥台系梁，从而产生较大的水平力作用于桥台，引起桥台产生转角及水平位移，由于桥台的水平位移，造成梁部之间及梁部与桥台之间的梁缝缩小直至顶紧，对两桥台的耳墙产生反向水平顶推力，由于耳墙的水平抗力不够造成耳墙的剪切破坏产生裂缝，同时在桥台系梁底部由于受到河床地基的反向水平抵抗力，使得桥台立柱成了梁的受力形式，这与设计时按照柱的受力形式考虑不一致，立柱由于受到较大弯矩的作用而产生裂缝。
1.3 加固方案及其比较：
根据桥址现场地形、地貌、地质情况、周边施工环境及交通要求等因素综合考虑，本桥加固主要有桥面部分修补及桥台基础加固处理两部分，其中桥面部分的修补需要在加固的桥台沉降及位移稳定后进行，对梁部接缝处桥面铺装层拆除后修复，处理起来相对简单，因此本桥加固的主要工作是对桥台部分病害进行加固，根据病害产生原因，本文主要研究了如下两个方案：
方案一：在桥台前面进行加固处理(见图1)
本桥产生病害原因之一是由于台后填土在自重及路面荷载作用下产生滑动引起的，这是产生桥台病害的外因，本加固方案的主要原理是根据这一病因，通过对产生桥台病害的滑动土体进行处理，采用改善桥台处地基的物理力学特性及逆向加载的方法来维持既有台后的土体状态的稳定，防止病害进一步加剧，减轻台后水平作用力对桥台结构的影响，同时对既有桥台本身进行修补、加强以达到加固目的。具体实施方法为：先将桥台前面河床底地基实施旋喷桩加固，形成复合地基，改善台前地基土的物理力学性质，增强其抗滑能力，防止台后填土产生的深层滑动的加剧，减轻台后填土深层滑动对桥台的影响，待旋喷桩施工完毕后在桩顶设框架式联结承台将各桩利用桩头钢筋联结起来形成一个整体基础，共同承受桥台系梁传递的水平力，同时对桥台立柱及桥台帽梁产生的裂缝进行修补及钢板加固处理，减轻外部环境对桥台受力钢筋的锈蚀及腐蚀作用，增强结构强度，施工完毕后，在承台顶部填土并夯实，对桥台进行反压，在台前产生反向水平土压力，抵消台后部分水平土压力，减轻台后水平力对桥台的影响，同时台前填土增强了对台后滑动土体的抵抗力，填土外部采用浆砌片石进行铺砌防止河水对土体的冲刷。另外对桥台后挡土墙还需进行注浆加固，减少台后土体的沉降并产生对滑动土体的抵抗作用，待两个桥台施工完毕后凿除桥台前墙钢筋混凝土2厘米作为粱缝。最后对桥面进行修补处理。
方案二：对桥台结构进行加固处理(见图2)。
由于本桥设计时对台后水平力的考虑不足，加上台后挡土墙的设计不合理，才造成目前的病害，这是产生桥台病害的内因。本加固方案的主要原理是根据这一病因，通过对既有桩柱式桥台进行加固，将桩柱式桥台改变为肋板式桥台，加强桥台结构强度，提高桥台的台后水平抵抗力，同时对桥台周围地基进行注浆改善其力学特性达到加固目的。具体实施方法为：在既有桥台台后增加一排4根ψ1.2米的钻孔桩与既有桥台对应布置，加固桩基施工完毕后，在原桥台桩基周围进行注浆加固，改善桩基周围地基土的物理力学性质，减少台后回填土的后期沉降量。
然后将原桥台桩基、加固桩基用承台联结形成群桩共同承受外力。并将原桥台立柱用钢筋混凝土墙包裹起来与承台连为一体。同时在四个桥台立柱后设置肋板进行加强形成肋板式桥台结构，共同承受水平及竖向外力，大大的增强了桥台结构的强度，能有效的减少基础沉降及水平位移。本方案要求左右两桥台对称施工，保证两桥台的施工进度一致，以防止两桥台的受力不对称造成破坏。在桥台加固施工完毕后凿除桥台前墙钢筋混凝土2厘米作为梁缝。最后对桥面进行修补处理。
两种方案的比较
以上两种方案是根据桥台产生病害的外因和内因而采取的加固方案，分别采用了逆向加载减轻台后土体滑动对桥台结构的影响和增加桥台结构强度的方法来进行加固，都能达到加固目的，但其加固效果、对既有交通及周边环境的的影响各有优缺点。第一种加固方案的优点是能保证车辆正常通行，施工影响面小，工期短，相对投资较少；缺点是压缩了原有的河道，对河道的通航及行洪能力有较大影响，由于是在台前进行加固影响了桥梁的整体美感，不是一个彻底的解决方案；第二种方案在保证部分通行能力的条件下只能按照半幅施工半幅行车进行施工。因此在施工时需要进行施工防护，对既有道路的通行能力影响较大，同时地下管线的拆除及恢复对附近居民的生活影响也较大，其施工影响面大，工期长，相对投资较大，但对河道的通航及行洪能力没有影响，相对加固措施比较彻底一些。
2.对软土地区桥台设计的建议
由于软土土质软弱，其抗剪强度不足，加上台后填土性能不佳、填土速率过快、施工质量较差或排水不良等因素的影响，致使桥头路堤沿某一滑动面滑移，同时使桥台产生位移，这是软土地区桥梁病害事故中发生最多的一种。因此在软土地区修建桥梁，要充分考虑软土力学特性差的缺点，在桥位选择上要尽量避开深层软土区。当无法避开时需要采取必要的地基加固措施或采用水平抵抗力较强的桥台及其基础结构形式。目前采用较为成功的措施主要有台前反压，即在台前设反压马道或护坡；延长桥孔，避免台后填土过高；桥头地基进行砂井预压，碎石桩、旋喷桩、粉喷桩等加固处理；台后填土采用比重小、内摩擦角大的轻质材料，减轻台后土体的滑动所带来的影响；桥台结构形式宜采用整体性好的轻型桥台，如框架式桥台、肋板式桥台等；桥台基础一般宜采用桩基础，但需充分考虑其水平抗力。所有这些措施的核心就是尽量减小桥台台后填土对桥台结构产生的水平力和增强桥台结构的整体强度。当一种措施难以满足要求时，可采用多种措施进行综合处理。
3.结语
软土地区桥梁设计及施工中，桥台部分的处理是一个需要特别注意的问题，除在设计中要对其处理措施进行充分考虑外，施工时更需要重视其施工质量，特别是台后土的回填，是桥梁附属工程施工的一道必要工序，但长期以来一直不受到重视，施工质量难以得到保证，经常造成由于桥头沉降引起桥头跳车的病害，这是公路建设中是一个比较普遍的现象，而软土地基路段更显得尤为突出，若沉降过大可致使桥梁桥台至基础或下部构造开裂，如何处理好桥梁软基桥头，显得尤为重要。通过对本文所讲的桥台病害实例分析及加固措施，我们应该从中吸取经验教训，软土的性质虽极为恶劣，只要在设计中充分考虑各种不利因素的影响，针对软土的特性做好桥式方案的设计，在施工中采用正确合理的方法，是完全可以避免类似病害发生的。鉴于本桥的加固尚未实施，篇中未采用具体的地名及桥名请见谅。对于软土地区桥梁桥台产生病害的原因及加固方法很多，国内外对于桥梁加固的技术日益成熟，以上只是针对具体某一位置的加固方案提出自己的见解，供大家参考。
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