陈龙　陈航　王小兵

【摘 要】文章以沪昆线既有某病害桥墩工程为背景，对该桥墩加固方案进行分析研究。文中首先说明了桥墩的病害和检测情况，通过病害分析研究了桥墩加固措施;随后对加固设计的外套混凝土厚度和植筋长度进行了计算，介绍了具体的施工方法;最后总结了桥墩加固的效果，为既有桥梁桥墩混凝土病害的处理提供借鉴和参考。

【关键词】沪昆线; 病害; 加固; 措施

【中图分类号】U445.7+2【文献标志码】A

随着我国高速铁路项目相继竣工投入使用，由于桥梁在设计、施工或者使用过程中等各种因素的影响，桥墩在使用多年后，将出现各种不同的病害[1]。为了减少拆除重建带来的经济损失和社会影响，对病害的桥墩进行检测和加固是十分必要。

目前国内根据造成桥墩病害的原因采用不同的处理加固措施。文献[2]讨论采用钢筋混凝土套箍进行加固，并对比加固前后桥墩的应力及变形;文献[3]研究了考虑水流冲刷影响的桥梁基础，对增补桩基和外包钢筋混凝土加固既有桥墩的方法;文献[4]概述了国内混凝土桥梁下部结构中出现的主要病害， 讨论了养护加固方法;文献[5]研究总结了国内外传统常用的加固修复技术。

本文以沪昆线某既有桥墩为例，对桥墩现状及病害进行了检测分析，提出了对应的加固措施及方案，并计算了相应的加固参数值，为以后的铁路桥墩加固设计提供了宝贵的经验。

1 工程概况

1.1 既有桥梁状况

沪昆线既有某桥，位于直线上，全桥长535.7 m，桥梁孔跨布置形式为16×32 m简支整孔箱梁，梁部采用移动模架施工，全桥钻孔桩基础，桩径1.25～1.5 m，本桥除3、8、10号墩为摩擦桩外，其余均为柱桩基础。桥墩采用双线圆端形实体桥墩。

5号桥墩高22 m，承台顶设置1 m厚垫块，墩頸纵向尺寸2.3 m，墩身纵横向坡比为45∶1。基础设计为柱桩，8根1.25 m桩径梅花形布置，桩长23 m，桩基穿过溶蚀破碎带，嵌固于角砾状白云岩夹角砾状灰岩弱风化层中，容许承载力700 kPa。该墩单桩设计承载力5 751 kN，容许承载力6 326 kN，线刚度667 kN/cm。

1.2 桥墩病害及现状

1.2.1 墩身裂缝检测

根据第三方检测报告， 5号墩共发现较大裂缝9条，其中竖向6条，环向裂缝3条。各裂缝检测值摘录见表1。

环向裂缝主要集中在距墩底8 m处墩周身，环向裂缝深度5.2～20 cm，裂缝宽0.12～0.15 mm;竖向裂缝集中在8 m以上墩两侧，竖向裂缝深度33.5～46.1 cm，裂缝宽最大达5 mm，裂缝长最大达6 m，且有进一步发展趋势。裂缝示意如图1所示。

1.2.2 墩身强度检测

根据第三方检测报告，某桥5号桥墩墩身混凝土强度在15.85～55.26 MPa之间。5号桥墩混凝土强度检测报告见表2。

2 加固设计方案

2.1 桥墩现状计算

根据检测报告，分析5号墩结构破坏最不利位置，模拟混凝土强度降低、墩身因裂缝后缩小墩身尺寸情况下墩身受力检算。

5号桥墩墩身原设计为C35混凝土，相应轴心抗压强度为23.5 MPa，根据检测报告，9组试件强度检测，去掉超过40 MPa值，在15～30 MPa值间取其平均为19.99 MPa，对应混凝土标号为C30，则5号桥墩混凝土强度按C30进行检算。

5号桥墩环向裂缝第9号检测深20 cm，但实际考虑到墩身表面混凝土保护层已被敲掉，护面钢筋已外露，实际裂缝深度在25 cm左右，则5号桥墩按墩身纵向截面尺寸减小40 cm、50 cm、60 cm三档计算，分析墩身内部受力，其结果见表3。

5号桥墩设计为实体墩，且按素混凝土理念考虑，属于小偏心受压构件，其正常情况下在墩底处墩身内最大压应力是2.8 MPa。考虑9号裂缝深度影响，墩身截面减小40 cm时（即开裂深度20 cm时），墩身内最大压应力达3.42 MPa（墩高11 m处），墩身截面减小50 cm时（即开裂深度25 cm时），墩身内最大压应力达3.64 MPa（墩高12 m处），依据TB 10092-2017《铁路桥涵混凝土结构设计规范》，均小于规范中偏心受压容许值10 MPa，也小于中心受压容许值8 MPa，桥墩结构基本安全。

2.2 病害分析

根据检测报告，虽然从桥墩取芯的情况看，墩身混凝土最小强度能达到15 MPa，但是墩身表面混凝土开裂严重，以及长期高速行车、桥位处气候长期冻融影响及混凝土老化等因素，造成桥墩纵、横向刚度降低、振幅变大，进一步使墩身裂缝向扩大、变深发展。

3 桥墩加固设计

3.1 方案确定

桥墩的刚度可以理解为，当墩顶发生单位位移时，所需要外力的大小，亦称为线刚度，其大小与墩身截面惯性矩成正比。因此，可以考虑增大墩身截面来提高墩身刚度。根据5号墩现状，采用外套混凝土的方式不仅是对墩身裂缝处理，还能提高整体刚度。外套混凝土与原墩身混凝土连接，采用植筋方式，并增加护面钢筋网，以减少墩身表面因拉应力而产生裂缝的可能。

3.2 外套混凝土厚度确定

外套混凝土强度不宜与原设计桥墩混凝土相差过大，因此仍采用C35混凝土。结合裂缝位置、深度、宽度影响，考虑外套混凝土厚度35 cm、40 cm、50 cm，模拟为薄壁空心墩形式计算确定。以下为各种厚度值计算情况（表4）。

考虑施工过程中的模板架立、钢筋绑扎及混凝土振捣等因素，外套混凝土厚度选择50 cm，墩身截面如图2所示。

3.3 桩基础检算

经计算增加50 cm厚外套混凝土后，墩身增加混凝土170.3 m3，需要对基础进行重新计算，以下为桩基础计算结果：

（1）墩顶位移：

dY=0.726 cm，[dY]=2.828 cm

dY<[dY]

（2）单桩承载力：

P=6006.42 kN，[P]=6454.40 kN

P<[P]。

（3）桩侧土压力：

σmax=16.47 kPa，[σ]=1561.66 kPa

σmax<[σ]。

从计算结果可知，单桩设计承载力增加了255 kN，达到了6 006.42 kN，樁身容许承载力6 454.40 kN，单桩承载力富裕7.50 %，而且墩顶位移、桩侧土压力均满足设计要求，因此桩基础基础无需加固处理。

3.4 植筋设计

为使外套混凝土钢筋网与原墩身较好地结合，采用比较成熟的植筋技术，即外套混凝土钢筋网与既有墩身植入短筋连接。短筋拟采用直径25 mm钢筋。植筋锚固深度设计值公式：

l≥ψψl

式中：ld为植筋锚固深度设计值（mm）;ls为植筋的基本锚固深度（mm）;ψN为考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需加大锚固深度的修正系数;ψae为考虑植筋位移延性要求的修正系数。

以上参数按GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》15.2.5公式选用。

植筋锚固深度设计值为：

l≥ψψl=1×1.1×379=417 mm

施工锚固深度选用取值：450 mm，植筋示意图如图3所示。

3.5 施工方案

（1）移除5号墩右侧电缆上下桥槽道及电缆盒，或临时

架空保护，利用桥墩加固整治搭设的脚手架固定。

（2）清除承台顶渣土。

（3）对墩身混凝土表面进行凿毛清洗处理。

（4）对墩身上所有裂缝先压浆封闭，墩表受影响范围（承台以上3 m至墩顶以下5 m段）的墩身表面涂刷一层环氧树脂。

（5）墩身植短筋。

（6）绑扎外箍钢筋网。

（7）立模浇筑外包混凝土，同时预埋电缆上桥的槽道。

（8）拆除模板，恢复电缆上桥电缆槽并固定，拆除脚手架。

4 结束语

本桥墩加固已于2019年12月完成施工，目前行车运营情况良好。对于这种复杂病害桥墩加固，应先对存在病害的结构进行详细检测，再对检测数据进行详细计算分析，提出合理可行的加固方案，并完成相关的计算与设计。本桥墩加固设计可以为以后类似既有桥梁桥墩混凝土病害的处理提供借鉴。

参考文献

[1]崔清强，沈兴标.铁路桥病害桥墩检测评估及处治方法[J]. 世界桥梁. 2005（2）：63-65.

[2]成文佳，蒲黔辉.玛纳斯河大桥桥墩加固效果评估[J].四川建筑，2005（1）：100-101.

[3]黄洪猛，徐登云，路韡.既有铁路浅基桥墩的加固设计和施工技术[J].中国铁道建筑报，2019（3）： 26-30.

[4]何晓阳，项贻强，邢骋.混凝土桥梁下部结构病害分析与加固[J].重庆交通大学学报，2013（S1）：807-811+822.

[5]曹兴，魏洋，李国芬，等.钢筋混凝土桥墩加固与修复技术研究[J]. 施工技术. 2011（15）：60-64.

[定稿日期]2021-04-27

[作者简介]陈龙（1982～），男，本科，工程师，从事桥梁设计工作;陈航（1991～），男，硕士，工程师，从事桥梁设计工作;王小兵（1982～），男，本科，高级工程师，从事桥梁设计工作。