U型桥台的病害分析和防治对策
2015-09-22
U型桥台是由支承桥跨的前墙与连接路基的两翼墙所组成, 是桥梁工程中采用最多的一种重力式桥台。但是在实际施工中，由于设计、施工等方面的原因，常常在桥台投入运行后出现较多的病害，如侧墙倾斜外移、前墙发生裂纹、锥坡沉陷坍塌、桥台基础被掏空等等，之所以出现这种问题，除少数由于自然灾害或人为破坏外, 其主要原因是设计考虑不周和施工方法不当，其中设计的因素往往又是最重要的。下面就将常见病害发生的原因及设计施工的对策和改进意见分述如下。
一、U型桥台的病害分析
1、侧墙病害分析
一般，在U型桥台的设计中，常常是将前墙和两侧侧墙连接起来，作为一个整体进行结构计算的，如果分别进行计算可能会产生较大的误差，在前墙和侧墙整体计算中，侧墙不是重要的结构部分，设计人员往往会对侧墙进行简化，如将界面顶宽取为50cm-80cm，外坡做为垂直状，内坡4:1，翼尾设计成一个8:1的倒坡，形成一个倒悬臂。
有些设计人员认为：侧墙的外侧作为锥坡，可以用来平衡一部分土压力，其实用锥坡来做土压力平衡是不恰当的，因为锥坡本身是作为防护工程的，受到影响因素众多，对土压力的平衡起到的作用甚微，一旦用锥坡，可能会危及侧墙的安全。
在对U型桥台的侧墙进行受力分析时，为了保证侧墙的安全，可以将侧墙简化成为一根一端固定一端自由的杆件；若在台腔内土压力的作用下，侧墙也可以简化为一根一端固定一端自由的杆件，并且基础顶面为固定端，墙顶为自由端。从简化的力学模型中可以看出侧墙翼尾的顶部是最容易出现变形和位移的地方，工程实践中也有力地证明了这一点。
2、前墙的病害分析
前墙是U型桥台的主要受力部分，设计人员一般较重视，在宽度不大的U型桥台中前墙出现质量问题的可能性不大。但在宽度较大的城市道路，U型桥台前墙出现裂缝也不少见。例如在城市道路中,其宽度有许多达到50-60m，甚至上百米，在这样宽阔的道路上修建U型桥台，若仍按整体的U型考虑，不在其间设置必要的变形缝，桥台前墙会由于基础的不均匀下沉及温度变化引起的胀缝而产生竖向裂缝，将桥台的前墙分裂为若干段。
3、锥坡的病害分析
锥坡坡度越坦，侧墙长度越长。设计时，为缩短侧墙长度，常将锥坡前坡比设计成1∶1，成为锥坡失稳的因素之一。锥坡为1/4椭圆锥体。表面用片石砌筑，但施工中，因工作面小，重型机械难入填土面上充分压实。因此其锥心填土压实度较差，易吸水软化、坍落。
锥坡下部多处于设计水位以下，当被洪水浸淹时，锥体内填土易饱和，液化坍塌。坡顶易受桥面水侵害，未排出的桥面水沿桥台翼尾灌入坡顶，使锥体内填土吸水软化。锥坡基底的地质条件未引起足够重视，地基强度达不到要求，产生较大沉降导致锥坡失稳、坍陷。
4、桥台前移病害分析
桥台前移也是U型桥台常见病害。建造在软土地基上的重力式U 型桥台，由于软基处理不当或基础经常受到河水的冲刷以及河床疏浚开挖等因素影响，往往造成地基失稳，产生塑性流动，使桥台前移。其病害主要表现为：伸缩缝宽度减小、伸缩缝装置被挤压破坏，前移量大时背墙与梁端互相挤压，严重时将导致梁端局部压屈或背墙破坏，以及支座变形甚至破坏。
5、其他通病分析
（1）U型桥台常见病害之一是产生裂缝，其原因主要是：①桥台基础产生不均匀沉降、台后土压力太大、施工质量差以及结构设计尺寸不合理等，如桥台过高过宽、恒载过大将造成前墙线刚度过小、倾覆力矩过大；②地基土强度不均匀，如部分为岩石地基、部分为碎石土地基或软弱地基；③地基土强度降低，如在桥台基础施工中未能及时切断地下水源、地下水位升高、河流冲刷淘蚀，地基土受水侵蚀后变软；④在我国北方冬季施工中U型桥台中空填土部分容易积水，冰冻后产生膨胀。
（2）对于混凝土或片石混凝土U型桥台，常见病害还有施工过程中产生的温度裂缝和施工缝。混凝土浇筑初期, 水泥水化产生大量水化热, 由于混凝土表面散热快, 内部散热慢,当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时, 表面就产生裂缝。施工缝是由于技术和组织方面的原因，混凝土不能一次连续浇筑完毕，其间歇时间超过允许时间而形成的一个对结构抗剪、整体性和防水都不利的混凝土缝。
二、防治措施
1、侧墙病害的防治
侧墙的前端因与前墙连接而具有较好的稳定性，但其后端的顶部却是自由的，容易变形，与前端的距离越大，其自由强度就越大，最后逐步趋近于完全丧失前端对其的嵌固影响而渐变为一独立的挡土墙，因此设计时应略偏于安全考虑，作为一幅独立的挡土墙计算，其作用荷载为墙背土压力加设计活载或压路机活载。
2、前墙病害的防治
在设计超宽的U型桥台时，应每隔15~20m布设一条变形缝。在这种情况下，如果仍然用整体U型桥台图式计算内力及应力，就不能正确地反映其实际受力情况，容易导致发生质量问题。
桥台前墙的前坡一般多设计成垂直坡，在一般情况下这是适宜的，但在较高的梁式桥台及超宽桥台被分隔的中间段落，前墙前边的墙身和地基的应力较大。为了改善这种应力分布状况，最好能设置一个8∶1或10:1的前坡，且适当加大基础襟边，使其受力更合理，更具稳定性。
3、锥坡病害的防治
(1)为保证锥坡的牢固稳定，基础应置于坚实的持力层上，保证地基强度要求，避免设计成高度很大的锥坡；在高度很大时把顺桥向坡度设计成1∶1.2~1∶1.5。
(2)锥心填土避免采用易吸水膨胀软化的粘性土，宜采用水稳性良好的砂性上。有条件者最好选用砂砾，并做到充分振捣、压实。
4、桥台前移病害处理
在软土地基上修建桥梁时，墩台基础宜采用深基础，如桩基础。后台填土应采用透水性好的轻质骨料，减轻台后土压力，而且施工时分层松铺厚度应≤20cm，压实度应达到有关规范要求。桥台周围一定范围内的软基也应进行加固处理。在桥台底部设置支撑梁以直接抵抗水平推力。此外，也可改良地基，一般采用的方法有：塑料板排水法、排水砂桩法、灌浆加固法、换填法、石灰桩法等。
5、质量通病的处理
桥台施工实践中常采用的控制温度裂缝和施工缝的方法有以下几种。
（1）选择合适的浇筑方案。因为U型桥台混凝土浇筑工作面比较小、方量较大，选择合适的浇筑方案显得尤为重要。大体积混凝土可采用全面分层、分段分层、斜面分层浇筑方案。U形桥台浇筑常采用斜面分层，此方法适用于结构长度超过厚度3倍的情况，斜面坡度一般为1∶3，施工时从浇筑层下端开始，逐渐上移。
（2）选择合适的混凝土配合比。如：选用水化热较低的水泥，掺缓凝剂、粉煤灰等外掺料，采用中粗砂和大粒径且级配良好的石子、减少水泥和水的用量。
（3）控制温度。降低混凝土入模温度、浇筑层厚度和浇筑速度，必要时在混凝土内部埋设冷却水管以降低混凝土温度。严格控制混凝土内外温差，加强混凝土保温、保湿养护。
三、结束语
由于设计、施工等各种原因，U型桥台在工程实践中的病害较多。但只要在设计和施工过程中对U型桥台的病害有一个充分的了解，把好设计和施工这两个重要环节，是可以减少以上这些常见病害和多发病害的。
