总第２６８期 ２０１５年第１期 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 交通科技 Ｓｅｒｉａ１ Ｎｏ．２６８ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２Ｏ１５ ＤＯＩ １０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—７５７０．２０１５．０１．０１０ 某双柱式桥墩病害成因分析及维修加固方案探讨 苏 龙 周礼平 （贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 ５５００８１） 摘要 以某双柱式桥墩维修加固为工程背景，通过对桥梁病害及成因进行检测和分析，得出了 桥下大方量填土是导致墩柱水平环向裂缝、不均匀偏位和盖梁扭转破坏的根本原因。基于该桥下 部结构病害严重且其承载能力不足，对维修加固方案进行了比选和探讨，最终采用了安全可靠、经 济实用的维修加固方案。 关键词 桥墩偏位病害成因 维修加固 某简支工字型梁桥为１２×３０ ｍ Ｉ型预应力 Ｉ１８０ ｌ １６０ 混凝土简支梁，桥梁全长３８０ ｍ，共分为２联，桥 梁设计荷载等级汽车一超２０、挂一１２０，净宽９．７５ ｍ，２～５号桥墩墩高分别为２Ｏ，３６，４３，４５ ｍ。桥 台为重力式Ｕ形桥台；桥墩为双柱式圆形墩，直 １ ｌ４ｏ 扭虽 ｌ １２Ｏ 径２ ｍ；基础为挖孔桩基，直径２．２ ｍ。由于桥旁 某施工单位将大量弃渣违法倾填于１号桥台至５ 号墩之间，最大填高达１６．７ ｍ，全部填方达６万 余ｍ３，致使该桥桥墩墩柱出现大量水平环向裂 缝，墩柱不均匀偏位，盖梁开裂，支座剪切变形等 病害。见图１。 １１００ 图１桥梁下方弃渣堆积体示意图 １外观检测及病害原因分析 １．１桥梁病害现状 通过对该桥进行全面检测，发现上部结构无 收稿日期：２０１４—０９—１０ Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ Ｍｕｌｔｉ—ａｒｃｈ Ｓｔｅｎｔｓ ｉｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｅａ Ｚｈａｏ Ｙａｎｇ，Ｗａｎｇ Ｊｉａｎｊｉｎ （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙ ８Ｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｃａｄｅｍｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｉｘ—ｓｐａｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｃｋ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ，ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｎｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍａｉｎ ａｒｃｈ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｓｔｅｅｌ ａｒｃｈ ｌｏｗｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｌｕｍｎ ｉｓ ａｄｏｐｔ— ｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐｏｕｒｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｒｃｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｌａｒｇｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｅｒｆｏｒｍ ＦＥＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｅｎｔｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔｅｎｔｓ ｓｔｒｅｓｓ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅ— ｓｐｏｎｄｉｎｇ ｌｏａｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｃｋ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ；ｓｔｅｎｔｓ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；ｓａｆｅｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ２６ 苏 龙 周礼平：某双柱式桥墩病害成因分析及维修加固方案探讨 ２０１５年第１期 明显病害。２—１号墩柱、４和５号桥墩４个墩柱均 出现水平环线裂缝，并且盖梁开裂，各桥墩墩柱出 现不同程度的偏位 ，其中５—２号墩柱偏位达 １３．７ ｃｍ，另外部分支座出现开裂、脱空和剪切变 形等病害嘲。根据《公路桥梁技术状况评定标准》 （ＪＴＧ／Ｔ Ｈ２１—２０１１）的相关规定，各构件的病 害、原因和评定结果汇总见表１和表２。 根据《公路桥梁技术状况评定标准》的有关规 定，桥梁第一联技术状况评定为４类。 表Ｊ ２号桥墩技术状况评定汇总表 表２ ４。５号桥墩技术状况评定汇总表 １．２承载能力验算 ２．１左幅２～５号墩顶支座处治 根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》 （ＪＴＧ／Ｔ Ｊ２１—２０１１）相关规定以及桥梁检测结 考虑到左幅桥２～５号墩顶部分支座出现开 裂、脱空和剪切变形等病害，在墩柱和盖梁加固完 成后顶升主梁进行支座更换。 ２．２ ２号墩柱和盖梁加固方案 （１）封闭桥梁正下方的施工通道，禁止车辆 通行。 果，通过检算，发生裂缝、偏位的４和５号桥墩墩 柱及盖梁承载能力均不能满足规程要求［３］，而２ 号桥墩墩柱和盖梁承载能力均满足规程要求。 １．３结论 根据《公路桥涵养护规范》和《交通运输部关 于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》（交 （２）对２一ｌ号墩顶盖梁采用灌浆和封闭处 理，对２－１号墩柱在对裂缝进行灌浆和封闭后采 用粘贴碳纤维布对裂缝局部区段进行加固 ］。 ２．３ ４，５号墩柱和盖梁加固方案 通运输部文件交公路发［２ｏ１３］３２１号，２０１３年５ 月２２日印发）的规定：４类桥梁应进行大修或改 建，及时进行交通管制或关闭交通。因此建议 对桥梁继续关闭交通并对第一联进行大修或 改建 引。 ２维修加固方案 方案一。桩基承台＋整体外包成矩形墩，见 图２。 （１）在４和５号桥墩桩基础附近增加４根桩 基础，和原来的２根桩基础总体浇筑形成桩基 承台。 （２）对墩柱和盖梁裂缝进行封闭和灌浆 根据支座、墩柱和盖梁的病害状况，采取相应 处理。 的加固方案 ，具体方案如下。 （３）对墩柱周边和盖梁下缘进行植筋并外包 ２０１５年第１期 苏龙周礼平：某双柱式桥墩病害成因分析及维修加固方案探讨 ２７ 钢筋混凝土，使桥墩２根墩柱整体外包成矩形墩。 （４）对盖梁两侧面采用钢筋混凝土外包 加固。 方案二。桩基承台＋墩柱外包成矩形 墩，见图３。 ａ）立面图 ａ） 一Ａ但０面图 图２加固方案一（单位：ｃｍ） ｕ－＿ Ｉ Ｌ 厘 Ｉ 原有桩基’ 『ｒ＿ Ｆ岢 哥 ．ａ）立面圈 ｂ） 一 侧面图 图３加固方案二（单位：ｃｍ） （１）在４和５号桥墩桩基础附近增加４根桩 方案三。４—２２．５ ｍ先简支后连续Ｔ梁方案 基础，和原来的２根桩基础总体浇筑形成桩基 承台。 （２）对墩柱和盖梁裂缝进行封闭和灌浆 处理。 将该桥第３跨、第４跨、第５跨上部结构和第 ４、第５号桥墩盖梁及墩柱拆除，将原来的３－３０ ｍ 工字梁桥改建为４—２２５ ｍ先简支后连续Ｔ梁桥。 ３维修加固方案比选 通过对该桥病害原因分析、针对该桥属于应 （３）对墩柱周边和盖梁下缘进行植筋，使桥 墩２根墩柱外包成矩形墩，２墩柱之间增设 中横梁。 （４）在墩柱顶部增设顶横梁，通过植筋与原 有盖梁形成整体，另外对盖梁两侧面和端头均采 用外包混凝土加固。 急抢险工程的实际特点，通过对１０余种维修加固 方案的比选，最终选择了如表３所列的３种加固 方案在专家评审会议上探讨。 ２８ 苏 龙 周礼平：某双柱式桥墩病害成因分析及维修加固方案探讨 ２０１５年第ｌ期 方 １）承台桩基施工；２）裂缝封闭 案 和灌浆处理；３）将墩柱整体外包 大 成矩形墩；４）盖梁两侧面外包 修 方 案 １）承台桩基施工；２）裂缝封闭 一 ９１０ ‘ ２ 和灌浆处理；３）将墩柱外包为独 。 立矩形墩；３）增设墩间横梁４）盖 一 梁加固和设置顶横梁 … １）无需将上部结构主梁移开，工程费 用相对较低；２）施工难度和风险小，加 １）和改建方案相比，桥 固效果容易得到保证，两墩柱不均匀偏 墩和盖梁耐久性稍差｝ 位导致的盖梁扭转破坏问题彻底解决； ２）费用较方案二稍高 ３）墩柱下方增设渐变段有利于承台共 同受力；４）工期较短 １）和改建方案相比，桥 １）无需将上部结构主梁移开，工程费 墩和盖粱耐久性稍差； 用相对较低；２）工期居中；３）和方案一 ２）承台整体性受力不好； 比较病害处理不太彻底；４）工程造价 ３）较方案一施工工艺较 稍低 复杂 改 方 ｉ）将第３跨、第４跨、第５跨 建 案 和４，５号桥墩拆除；２）采用４— １ ４００ 方 三 ２２５ ｍ的Ｔ梁方案进行复建 案 ．９ １）由于要将原桥３跨主 １）４，５号桥墩病害处理彻底，耐久性 好；２）施工成熟、施工风险和难度小； 梁拆除，费用相对较高；３）施工质量容易保证 ２）工期较长 通过专家评审会激烈的讨论和研究，最终确 定方案一作为该桥４和５号桥墩的维修加固 方案。 ４ 结语 参考文献 ［１］ＪＴＧ Ｆ８０／１—２００４公路工程质量检验评定标准 ［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１１． －Ｉ２］ＪＴＧ／ＴＨ２１—２０１１公路桥梁技术状况评定标准 鉴于本次桥梁事故定性为应急抢险，因此桥 梁维修加固工期起着决定性的作用，同时为了加 固效果达到最佳，通过对１０余种维修加固方案进 行反复对比和筛选，最终确定的方案一经济适用、 工期短，对交通影响最小，并且加固效果好，病害 Ｉｓ］．北京：人民交通出版社，２０１１． ［３］ＪＴＧ／ＴＪ２１—２０１１公路桥梁承载能力检测评定规 程Ｉｓ］．北京：人民交通出版社，２０１１． ［４］ＪＴＧ Ｈ１１—２００４公路桥涵养护规范Ｅｓ］．北京：人民 交通出版社，２００４． ［５］交通运输部．关于进一步加强公路桥梁养护管理的 若干意见［ｚ］．交通运输部文件交公路发［２ｏ１３］３２１ 号，２０１３—０５—２２． 得到了彻底解决，无任何安全隐患，完全符合应急 抢险工程的特定背景。通过对本次桥梁维修加固 设计方案的比选及教训总结，一方面，此类桥梁事 ［６］ 陈开利，王邦楣，林亚超．桥梁工程鉴定与加固手册 ［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． ［７］ＪＴＧ／Ｔ Ｊ２３—２００８公路桥梁加固施工技术规范 故本不该发生，类似桥梁事故应该引起相关桥梁 管养单位的警觉和桥梁周边施工单位的反思；另 一方面，该桥维修加固方案可为高速公路桥梁的 ＥＳ］．北京：人民交通出版社，２００８． 养护和类似桥梁维修加固提供经验。 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄａｍａｇｅ Ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｄｏｕｂｌｅ’ｃｏｌｕｍｎ Ｐｉｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ Ｓｕ Ｌｏｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｌｉｐｉｎｇ （Ｇｕｉｚｈｏｕ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｓｕｒｖｅｙ＆ｄｅｓｉｇｎ ａｃａｄｅｍｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｙａｎｇ ５ ５００８ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔａｋｉｎｇ ｄｏｕｂｌｅ—ｃｏｌｕｍｎ ｐｉｅｒ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｉｓｅａｓｅｓ ａｎｄ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｐｉｅｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｃｒａｃｋｓ，ｕｎｅｖｅｎ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｐｐｉｎｇ—ｂｅａｍ ｄａｍａｇｅ ｉｓ ｇｅｎｅｒｏｕｓ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｓｏｉｌ．Ｄｕｅ ｔｏ ｓｅｒｉｏｕｓ ｄｉｓｅａｓｅ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅ ｓａｆｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｃｈｅｍｅ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｔ ｌａｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｒ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ；ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｄｉｓｅａｓｅｓ；ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
