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桥梁下部结构病害检测及加固措施研究

摘要：重点对桥梁下底结构的病害及检测方法进行研究，分析了扩大基础法、增加桩基法及高压注浆法在实际工程中的适用性，研究表明，在工程实践中，应将理论技术与实际情况相结合，通过分析以得出有效的桥梁底部结构检测加固方法，从而进一步指导施工。

关键词：桥梁检测加固;扩大基础法;增加桩基法;高压注浆法;

1 桥梁底部加固施工方法研究

桥梁底部墩台常见病害包括墩台的沉陷和损坏、墩台基础被冲刷挖空、墩台表面发生裂缝，这些病害会对桥梁底部墩台的承载力产生一定的影响，因此仅仅对桥梁上部结构进行加固是远远不够的，工程中还需对桥梁底部结构进行加固，从而提高桥梁承载力，常见的桥梁底部加固方法有：扩大基础加固法、增加基桩加固法和高压注浆法[1]。

1.1 扩大基础加固法

当原桥梁基础为刚性基础且墩台地基土土质良好时多采用扩大基础加固法对桥梁底部进行加固，上部荷载作用在桥梁上部结构并传递给桥梁墩台时，可通过扩大基础扩散至地基土上，由于基础与地基的接触面积增大，所以桥梁承载力提高。但扩散至地基土上面的荷载应小于地基持力层的承载力，所以对地基土的土质有一定要求。常见的扩大基础加固形式有在墩台周边增加砌石或者混凝土等方法[2]。

扩大基础加固法的施工工序为：①确定加固区，并在加固区周围施做拉伸钢板桩围护，必要时围护结构需做支撑；②利用泵机将围堰内水位降至设计水位以下，并在基坑周围做排水结构；③开挖基坑至设计标高，且在开挖过程中注意保护墩台结构；④在墩台两侧进行凿孔植筋以保证扩大基础和墩台紧密连接；⑤立模板并浇筑混凝土。

选择扩大基础作为桥墩加固方法时，应根据《公路桥梁地基与基础设计规范》（JTG 3363—2019）规定，由地基持力层的承载力决定扩大基础的面积，进行强度验算，但当地基土质过于松软时，不仅要对扩大基础进行强度验算，还需要进行沉降验算[3]。

1.2 增加桩基加固法

当采用扩大基础加固法，承载力仍不满足要求，或者加固后基础的不均匀沉降过大时，需在基础底部施工一定数量的桩基，以此来提高基础持力作用，降低不均匀沉降。桥梁墩台所承受的压力可通过桩基传递给桩间土和地基更深层处持力层且通过钢筋将桩基和承台连成一个整体，从而提高基础承载力[4]。

在对桥梁底部墩台增设桩基时，一般选择摩擦型桩和柱桩两种桩基形式，桥梁上部的竖向荷载通过承台传递至桩基过程中，通过桩侧土与桩身之间的摩擦被抵消了一大部分，剩余较小部分由桩基底部的地基土承受，而桩基两侧的极限摩擦力大小和桩侧土层、成桩工艺及入土深度有关，当达到一定的临界深度后，桩基两侧的摩阻力不再增加，故在实际施工中不应一味地增加桩长来提高桥梁基础承载力。

1.3 高压注浆法

当桥墩地基土为淤泥质土等，且淤泥层厚度很大时，若一味地增加桩长不仅浪费材料，而且不能够继续提高桩基承载力，可通过高压注浆法多桥墩基础进行加固。高压旋喷注浆法就是首先将带有喷嘴的注浆管钻至设计标高，然后旋转提升注浆管，并将固定设计配比的浆液喷射至土体内部，土层内部土质较差的土体在高压浆液作用下被破坏，并随着注浆管的提升被带出，未带出部分和浆液混合在一起形成具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而提高地基土的承载力[5]。

2 既有桥梁结构病害检测方法

对既有桥梁结构病害的检测方法主要包括外观检测及无损检测，其中，外观检测主要是对桥梁的几何尺寸、混凝土老化情况及桥梁墩台与支座等重要结构的工作状态进行检测，根据病害情况，对桥梁的病害等级进行初步划分[6]；桥梁无损检测是指在不对桥梁结构进行破坏的条件下对桥梁混凝土的强度、碳化深度、裂缝的宽度与深度等情况进行检测，为进一步掌握桥梁结构的实际工作状态，还需要对桥梁结构进行荷载试验。

2.1 桥梁下部结构外观检测

首先需要对墩台部分进行外观检查，检查墩台有无倾斜与滑动，墩台背后填土是否有挤压沉降及锥坡是否有坍塌等现象。还需要对水面以下的墩身进行着重检测：墩台是否出现鼓包、剥落、空洞、开裂等现象，墩身整体是否有倾斜、变形及撞击损坏等现象。最后，需要对桥梁墩身结构的排水情况进行检查，观察墩身材料的老化及桥墩以下基础部位的冲刷、侵蚀情况。

2.2 桥梁结构荷载试验

通过荷载试验可以得到桥梁结构的内力与变形等指标，从而判断桥梁的稳定性，考虑到动载试验的复杂性，往往采用静载试验对桥梁的结构进行检测。

桥梁静载试验是通过对桥梁下部结构某一薄弱点，直接检测其位移、应变及裂缝等参数，将检测到的物理力学指标值与相关规范中的容许值进行比较，从而判断桥梁下部结构的承载能力和稳定性，桥梁的静载试验大致可分为三个步骤：

(1）监测点的选择：根据桥梁的施工情况，结合图纸资料，对桥梁外观进行初步检查以后，利用有限元软件计算出桥梁下部结构的薄弱部位，在桥梁病害及薄弱部位处粘贴应变片及位移计，并进行测量调试。

(2）施加静载、记录数据：加载过程中，荷载的施加严格按照监测方案完成，分级分步施加，相关人员互相配合并认真记录监测的数据，和有限元计算数据实时对比，避免突发事件发生，始终控制在安全值范围内进行加载，如果出现数据异常情况应及时停止加载。

(3）对比分析：将采集的数据进行筛选，并利用相关绘图软件将监测数据客观地表达出来，整理后根据相关规范，将检测到的物理力学指标值与相关规范中的容许值进行比较，从而判断桥梁下部结构的承载能力和稳定性。

3 桥梁底部加固方法

桥梁下部结构的承载力是影响桥梁整体稳定性的重要因素，承载力不足则会给桥梁带来很大的危害，常见的桥梁底部加固技术有扩大基础法。检测到某桥梁工程中除表面出现裂缝及支座损害外，桥墩监测时出现过大的不均匀沉降，选取几个典型断面进行桥梁基础加固，并对比分析桥梁加固前后的监测值与理论值进行对比分析。由桥梁加固前后静载试验可知，加固前后桥梁不同部位处的挠度值如图1所示；

由图1可知，①在试验荷载作用下，各控制截面挠度实测值均小于理论计算值，挠度校验系数小于1.0，且最大实测挠度远小于L/600，结构刚度满足设计要求；②在试验荷载作用下，各箱梁测试截面腹板测点挠度分布趋势和理论计算一致，基本沿高度呈线性关系，说明箱梁截面应力分布满足平截面假定，在试验荷载作用下处于线弹性状态；③在试验荷载作用下，各测试截面的关键测点挠度值均小于理论值，应力校验系数小于1.0，结构强度满足设计要求；④在试验加载前后，未发现结构混凝土构件有明显新增裂缝，结构抗裂性满足要求。

图1 加固前后桥梁挠度值

4 结语

桥梁检测与加固技术是一门新兴的系统科学，很多理论和技术指标都是参考国外发达国家的研究成果，但由于桥梁技术标准不同，出现的病害也不尽相同，存在很大的地域差异性。因此在工程中，桥梁建设者们应将理论技术与实际情况相结合，通过分析得出有效的桥梁底部结构检测加固方法，从而进一步推进桥梁检测与加固技术的应用与发展。