Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ Ｕ型桥台裂缝成因分析与加固方法 黄金祯 （广西全兴高速公路发展有限公司。广西桂林５４１ ３００） 【摘要】ｕ型桥台裂缝控制一直是高速公路建设中的重要内 容。分析ｕ型桥台裂缝成因，并提出有效的加固方法与解决措施， 能够较好的保证ｕ型桥台的质量，从而保证高速公路的质量。 原因主要有以下几点： （１）Ｕ型桥台的桥台是封闭的，桥台内排水不畅，容易产生积 水，一般桥台内的填土都为粘性土，当积水过多的时候，粘性土的 含水量增大，内摩擦角增大，土侧压应力随之增大，使得前墙或侧 墙的外倾产生裂缝，裂缝明显的向两侧墙体错位。在冻土地区，也 容易产生此种类型的裂缝，主要是土的冻胀。 （２）很多的高速公路设计者，在进行造价的控制的时候，人为 的增加桥台的高度，导致台后填土过高产生过大的台后土压应力， 在城市桥梁中，这种类型的裂缝较为普遍。 （３）桥台的填土的质量不合格，也会产生侧墙和前墙交接处开 裂。 （４）在进行在台内填土或铺筑路面时，一般不允许采用重型压 路机进行碾压的，但是有些施工单位在进行施工的时候为了施工的 效率采用重型压路机进行碾压，使得侧墙或前墙产生向外倾斜变形， 导致裂缝的产生。 在进行桥台的填土的过程中，如果条件允许，最好采用砂性土 或砂砾，并且在填土的过程中，严格按照规定计划进行，保证填土 的质量，并且做好排水设施的合理布置，当ｕ型桥台高于８米的时 候，要采取相应的措施，防止填土压应力过大。 ２．４桥台其它裂缝 （１）因为支承垫石和台帽的接触位置没有布置钢筋，当收到较 大的冲击力的时候，容易产生从支承垫石向上延伸的裂缝。 （２）过大的水平荷载作用于支座的时候，使得台帽上角部产生 撕裂裂缝。 ３桥台台身裂缝的修复与加固 桥台台身裂缝的修复与加固是防止裂缝继续发展的有效的措 施，是桥台寿命的重要保证。进行修复以恢复桥台的整体性，然后 进行加固防止裂缝的再次产生。 ３．１裂缝的修补 对ｕ型桥台的已有裂缝进行修复，以保证结构的整体性，使得 其满足使用要求的前提下，达到美观的要求。裂缝的修复主要有以 下３种方法。 （１）抹浆、凿槽嵌补、喷浆、环氧砂浆、环氧树脂填缝等表面 封闭修补法（用于表面裂缝）。 （２）水泥灌浆、化学材料灌浆等压力灌浆修补法（用于深度裂 缝及贯穿裂缝）。 （３）粘贴玻璃布、粘贴钢板等方式，主要目的是封闭裂缝，同 时增加结构的强度与刚度。 ３．２开裂桥台的加固 ｕ型桥台产生裂缝之后，桥台的性能可能不能满足设计的要求， 仅仅对桥台进行修复是远远不够的，要采取相应的加固措施，在提 升结构性能的同时，除去裂缝的产生原因。ｕ型桥台的加固方法一 般包括以下几种。 （１）对桥台的填土进行换填，从减小土压力，增大排水性出发。 （２）在ｕ型桥台的前墙和侧墙外浇筑辅助挡土墙，使得挡土墙 与ｕ型桥台的墙体一起发挥作用，减小ｕ型桥台的墙体的工作压力。 （３）利用预应力，在桥台侧墙之间穿预应力钢束，抵抗侧墙的 土压力。 （４）在桥台产生裂缝以后，若按照Ｌ型桥台或独立挡土墙进行 计算，校核发现符合要求，则不需要进行加固，一般只需要对裂缝 进行修复处理即可，对安全等级要求较高的高速公路可采取合适的 加固措施。 （下转第９７页） 【关键词】ｕ型桥台；裂缝成因；加固措施；高速公路 １研究Ｕ型桥台裂缝成因分析与加固方法的重要意义 目前的高速公路建设中，桥台一般使用的是石砌ｕ型重力式， 桥台的构造较为简单，但是由于设计施工等原因，使得很多的桥台 存在裂缝，有些严重的裂缝直接影响着高速公路的正常运行。根据 ｕ型桥台裂缝的统计资料来看，桥台前墙和前墙与侧墙隅角处开裂 的问题一般出现在台后填土较高的高速公路上，主要裂缝的特征是： 前墙侧面发生裂缝较多，支座后部向下延伸形成前、侧墙同时裂缝 的情况，有些斜度较大的，裂缝有向外墙偏移的趋势。根据统计显 示，裂缝一般在高速公路回填土的过程中产生，在运行过程中也有 较多的裂缝产生。各个部位的裂缝产生的机理并不完全相同，而且 机理相对复杂。研究桥台裂缝产生的机理并给出切实可行的解决措 施，对有效的控制Ｕ型桥台裂缝有重要意义。 ２裂缝的类型及其产生机理 根据ｕ型桥台出现裂缝的位置的不同，把裂缝分为以下几类： 台内路面裂缝、前墙中部竖向裂缝、前墙与侧墙交接处的裂缝以及 桥台其它裂缝。对这些裂缝的产生机理，下面进行详细的阐述。 ２．１台内路面裂缝 台内路面裂缝是最容易发现的裂缝，伴随着裂缝产生的还有路 面上大面积凹陷，这种裂缝产生的原因是台内填土施工不符合设计 要求。根据相关的法规规定，在进行高速公路台内填士的过程中， 必须严格按照小于２０￣３０厘米的厚度进行分层填土，且在填土的 过程中，控制最大石料的粒径小于每层填土的６５％，否则台内填土 的密实性将无法保证 我国的很多的施工单位不重视桥台台内填土， 在填土的过程中不按照规范进行，填土厚度不达标，压实不到位， 使得台内填土的质量不达标，有些施工单位直接将大石头填入台内， 随着高速公路的运行，土的沉降的发生，这时很容易产生台内凹陷 开裂的现象。在横向裂缝产生的时候，要监测裂缝的发展，然后判 断是否是因为桥台的沉降所引起的。出现台内路面裂缝并且伴随着 台后路面的隆起，这时要进行充分的考虑，一般是台前水平推力过 大，导致桥台向后位移引起被动土压力过大。 ２．２前墙中部竖向裂缝 Ｕ型桥台中部竖向裂缝的成因主要有两种。其一，在基础密实 性差的地区，由于桥台建成以后，在高速公路的运行的过程中，地 基产生不均匀沉降，使得桥台产生竖向裂缝，这种原因产生的裂缝 般表现为下宽上窄并延生到基底。其二，收缩与温度裂缝，这里 指的是混凝土形式的ｕ型桥台，在较宽的混凝土桥台上面产生的较 多，裂缝不规则，主要是竖向裂缝，伴随横向裂缝的产生，一般呈 现为网状裂缝，产生这种裂缝的主要原因就是混凝土的收缩的表面 裂缝（这种裂缝危害不大），以及温差导致的内部贯穿裂缝（危害 很大）。避免此种形式的裂缝，要从桥台的构造、原材料选用以及 浇筑施工中入手。温度裂缝的危害较大，在设计施工的时候应该充 分的考虑，当桥台较宽的时候，不能直接将桥台作为一个Ｕ型桥台 一设计，应该分为２个独立的桥台进行设计，或者设计成为２个Ｌ型 桥台。施工的过程中，尽量使用低水化热的水泥，加入合适的添加 剂及掺物，减少水泥水化热的产生。在浇筑的过程中，特别是夏天 的时候，避免白天高温作业，应选择合适的时间进行施工。 ２．３前墙与侧墙交接处的裂缝 前墙和侧墙交接处的裂缝是一种较为复杂的裂缝，其产生的原 因较多，但是这种裂缝是Ｕ型桥台比较常见的一种裂缝。其产生的 ９２ ｌ华东科技 道路桥梁 第一步：将左支点作为计算的起点。设Ｈ为索力水平分量的迭 代初始值，ｖ为左支座处的支反力。 第二步：对第ｌ段悬链线进行求解。 第三步：对第２段悬链线进行求解。 第四步：重复第三步，便可以求出以下各段的ａ 、ｆ３ 、依次可 以求得各段悬链线起点和终点的高差ｃ 。 第五步：若各段的端点高差之和在跨中的累计误差与各段的端 点高差之和在全跨的累计误差超过了设定的误差容许范围（如小于１ 毫米），则修正Ｈ和Ｖ，再次进行第一步到第五步迭代计算，直至误 差达到规定容许的范围内，则求得的Ｈ和Ｖ为所求值。一般情况下 迭代可迅速收敛。 在求得成桥状态主缆线形的前提下，通过积分的方法可以计算 态下确定及安装。而空缆状态与成桥状态下主缆对应索夹之间的无 应力索长总是不变，所以利用这一关系，便可以将各索夹的位置计 算出来。 ６总结 自锚式悬索桥主梁、主缆的受力情况对桥的吊索张力影响极大。 本文所采用的方法不仅可以合理地完成吊索内力与成桥状态主缆线 形的设计，还能够设计计算一整套空缆状态的线形与索鞍预偏量。 其特色如下： （１）为实现主梁的弯曲应变能最小这一目标，同时在合理的成 桥状态下确定吊索张力，所以提出了一种实用的算法：即“无限轴 向刚度法”。这种方法实施简单，并且具有明确的物理概念。 （２）依据合理吊索张力，由分段悬链线的解析公式迭代求解成 出成桥状态索长、弹性伸长及其无应力索长。 桥状态下主缆的线形和内力。该算法具有普遍适用性，同样适用于 ５空缆状态的线形的确定 不等塔高悬索桥和独塔悬索桥情况。 确立合理的成桥状态后，还应该推算主缆架设阶段（空缆状态） （３）由于成桥状态与空缆状态下的主缆有着相等的无应力索 的线形，从而实现目标状态。为此要计算空缆状态下索鞍预偏量， 长，根据这一原则，可建立方程，对空缆状态下主缆的线形和内力 以及各索夹的位置，使施工具有可操作性。 进行精确求解，并将索鞍预偏量以及各索夹位置计算出来。 在施工过程当中，由于主缆各吊点（索夹位置）需要在空缆状 （上接第９１页） …周德军．高速公路路基下沉的措施分析ｏ１．科技创新导报，２００８（１５）． ４结论 ［２］张亚娟．高速公路路基下沉防治措施初探卟大科技・科技天 高速公路的发展得益于我国经济的发展及基础设施建设规模的 地．２０１０（１１）． 扩大，随着我国高速公路网的完善，我国交通状况得到了很大的改 ［３】樊永伟．Ｇ６高速公路巴新段Ｋ９５４＋０６０处路基下沉病害处置ｌＪ］．内 观。但是由于高速公路兴建速度的过快，相应质量控制措施无法跟 蒙古公路与运输，２０１１（６）． 上节奏，从而造成高速公路在投入使用后出现众多质量问题，其中 ［４］如何防治高速公路路基下沉【『】．青年文学家，２００９（２１）． 高速公路路基沉降问题尤为突出。笔者建议各高速公路施工单位及 ［５】黎志勇．高速公路高填路堤沉陷加固技术研究卟科技与生 建设单位应该高度重视高速公路沉降问题，并采取行之有效的防控 活．２ＯＬＯ（７）． 措施，为我国经济建设及社会和谐提供有力保障。 ［６Ｊ郭彩虹高速公路工程软路基处理方法研究【『】．中国科技财 参考文献： 富，２０１１（８）． （上接第９２页） 方案，可以做到预防裂缝的发生。 ４结语 参考文献： ｕ型桥台的裂缝是高速公路不可避免的问题之一，裂缝主要分 ［１】栾建平，荣耀，尹华杰．ｕ型桥台裂缝成因统计分析Ｕ］．南昌航空大学 为台内路面裂缝、前墙中部竖向裂缝、前墙与侧墙交接处的裂缝以 学报（自然科学版）２００９（１０）． 及桥台其它裂缝，分析这些裂缝的产生的机理，能够制定合适的解 ［２门广鑫．２］重力式ｕ型桥台开裂的非线性有限元模拟分析Ⅱ１．北方交 决措施。在文章的结尾，简要的分析了裂缝的修复与加固方法。ｕ 通．２００９（０４）． 型桥台的裂缝是不可避免的，但是在施工的时候严格控制施工质量 ［３】黄生勇．ｕ型桥台病害分析及防治对策硼．科技信息，２００９（１２） ．可以减少裂缝的产生，根据裂缝产生的机理，制定科学可行的施工 （上接第９３页） 需求很大，就需要通过对交通需求管理和交通系统管理的进一步强 一．旦时机成熟，小汽车即会大量、迅速地进入家庭。就全国范 化来满足交通需求；城市新开发区则有足够的空间来建设道路来满 围而言，应鼓励小汽车的发展，尤其是一些中小城市／镇。在本市， 足交通需求。只有这样合理的安排城市道路规划设计，才能有效解 仅就其购买力而言，能够买得起私人汽车的家庭已为数不少，如无 决城市交通拥堵难题。 明确的政策，本市的汽车保有量将成倍地增加。 ３．３增大道路桥梁等基础设施投入，统一规范道路功能 ３城市道路规划建设可持续发展的策略 在我国经济快速发展的背景下，我国将增加对道路基础设施的 随着车辆家庭化的进一步普及，这对城市道路来说是一个巨大 建设的投入，大力提高城市道路交通网的密度，特别是支路和次干 的挑战，也就要求了城市规划建设要有一定的前瞻性，同时还要尽 路的路网密度。在建设过程中要统一对快速路、主干路、支路等道 快制定和完善我国城市道路规划建设的可持续发展战略 路规范标准的理解，确保城市道路规划建设与日益增长的交通需求 ３．１积极借鉴国内外各方面的城市道路规划经验，探索出一条 相适应。 适合我国国情的城市道路规划建设发展之路 ３．４保护与发展并重，真正实现城市道路规划建设的可持续发 城市道路建设是一项庞大、复杂而又系统的工程，它需要考虑 展 诸如交通供需、地方财力和土地等各种问题，是一个很考验地方政 城市道路规划建设一定要以人为本，城市道路规划建设的最终 府的科学决策的工作。为了避免城市道路规划建设不合理的问题， 目的是改善市民的出行环境，因此在规划设计的时候一定要充分考 城市道路规划建设就必须要有明确的发展策略，只有这样城市交通 虑公众的意见，使得能够更好的满足人民群众的需求。要兼顾城市 才能走上良好有序的可持续发展道路。合理的城市道路规划建设发 道路建设的发展和城市历史文脉的保护并重，在旧城改造时要科学 展策略必须考虑到国家的政策、区域经济的发展以及城市规划等多 合理的规划路网结构，选择部分区域为保护重点，保护城市历史文 方面的因素，并适当的参考国外的城市道路规划建设的多方面的经 脉的整体性，进而实现城市发展于生态文明的和谐。 验而确定的。 ４结束语 ３．２改变以往城市道路规划建设的观念 道路交通发展将面临前所未有的机遇和挑战。方便快捷的交通 我国传统城市道路规划建设的观念是：只是通过增加城市道路 能推动城市建设快步进入新纪元；而道路拥挤、交通秩序混乱、居民 建设来满足日益增长的交通需求。这种观念必须要得到很好的改变， 出行所需时间过长、市内泊车场地不足、道路承载能力跟不上机动 因为城市对于道路建设的增加的容量是有限的，而交通需求则会随 车增长需求则严重制约着现代化的程度。因此城市道路规划、建设、 着城市经济的发展变得越来越大。所以只有对城市道路网的总规模 管理必须在可持续发展的战略原则下，顺利度过目前机动化起步阶 和总容量有一个很好的分析，通过对现有道路交通的合理分配来缓 段，才能打下坚实的发展基础。 解道路交通矛盾。比如城市中心区因其道路交通网容量有限而交通 ２０１３．０９ Ｊ ９７