U形橋台

U形橋台是公路橋樑一種常見的橋台形式，台身除支承橋跨上部結構外，並獨立承受台后土壓力。U形橋台指的是前牆和兩側翼牆連成一體，在平面上呈U字形的橋台。

基本介紹

• 中文名：U形橋台
• 外文名：U abutment
• 病害：台身開裂、台身傾斜等
• 特點：結構簡單、基地應力小等
• 套用：各式梁橋和拱橋的下部結構
• 學科：交通工程

介紹

U形橋台為就地澆築的整體式重型結構，主要靠自重平衡背後的土壓力，多數台身為石砌圬工或砼。因其具有結構簡單、基礎底承壓面積大、基地應力小等特點，被廣泛套用於各式梁橋和拱橋的下部結構。U形橋台構造簡單、基底承載面大、應力小，抵抗水平推力能力強，適用於填土高度為3～ 12 m的單孔或多孔橋樑，尤其是拱式橋樑。但U形橋台圬工體積大，在使用過程中，由於設計考慮不周、台後高填土、地基承載力不足等，U形橋台會產生台身開裂、橋台基礎下沉、台身傾斜、台後路面下沉等病害。對於已產生病害的橋台，若拆除重做不僅工期長、工程量大、資金消耗大，且嚴重影響通車。因此，對病害橋台應首先考慮能否通過維修加固而繼續使用。

病害分析

橋台病害

U形橋台主要是由漿砌片石砌築而成的，由於漿砌片石技術不複雜，且價格經濟，在20世紀公路建設中曾被廣泛使用。由於漿砌片石橋台整體性差，受基礎變形影響較大，容易發生安全隱患。其規律性病害表現如下。（1）台身開裂。橋台的前牆、側牆均存在不同程度的開裂現象。前牆台帽下產生裂縫、前傾；側牆裂縫多為豎向或斜向，並伴有錯位現象。（2）台身漿砌片石砂漿脫落，局部有空洞。由於施工質量差、管理不到位，往往造成橋台砌體砂漿不飽滿，砌築的片石間極易形成空洞。（3）橋台基礎下沉。由於地基承載力不足，造成基礎不均勻下沉。

原因分析

（1）台後填土土質較差，含有黏性土且壓實度未達到設計與規範要求。經車輛荷載反覆作用，台後填料產生下沉，進而造成路面嚴重開裂；而雨水經裂縫滲入填料中無法排出台腔外，並隨溫度變化不斷產生膨脹與收縮，對橋台側牆產生推擠作用，導致橋台前牆或側牆開裂。（2）台後路面開裂下沉，造成橋台處車輛跳車對台帽產生較大的衝擊力，導致橋台前牆產生斜裂縫。（3）橋台地基承載力較低。由於重型車輛多沿外側主行車道行駛，橋台前牆局部受豎向力作用較大，致使側牆頂部在車輛通行時呈受拉狀態，在車輛荷載的長期、反覆作用下，前牆與側牆相交處出現開裂，甚至錯位。（4）漿砌片石在施工時，可能存在砌漿不完全飽滿，加上長時間經受雨水的沖蝕，漿砌片石的整體性和砌漿的飽滿性受到進一步的削弱，是引起橋台病害的內在原因之一。（5）地基的不均勻沉陷造成台身附加力，往往會導致台身出現剪下裂縫。（6）隨著經濟的發展，重型車輛不斷增加，部分運輸車輛載重已完全超出設計荷載。當車輛行駛在橋台上時，台腔填土對橋台側牆產生的土壓力水平分力增大，也是引起台身開裂的主要原因之一。

建議

良好的耐久性結構設計是保證橋樑耐久性的關鍵。橋台設計時，應充分考慮到現階段的施工、管理水平和材料工藝水平，採用適當的設計方法來保證橋樑的使用性能。

（1）建立安全至上的設計理念，確保結構尺寸滿足實際荷載要求。

（2）注重材料選擇的合理性，橋台選材最好選用混凝土或片石混凝土。

（3）加強地質鑽探工作和對軟弱地基的處理。

（4）台後填料儘量選用砂性土，並做好台後防排水設施。

（5）環保與美觀的設計原則。

技術研究

U形橋台的病害不同，加固方式也多種多樣，而針對填料積水、受凍脹所導致 U 形台開裂的加固處理方法也有多種，主要有更換填料法、高壓旋噴注漿法和框架對拉錨桿法，另外還有圈樑法、扁擔梁加固法和現澆整體蓋板法等。

更換填料法

更換填料法，就是將原有滲水性差、易凍脹的填料挖除，換成粗骨料或滲水性好的填料（如中、粗砂等）。若需減輕調料的自重，還可更換為輕質又滲水性強的材料（如爐渣、礦渣或陶粒砼等）。通過更換填料達到透水性強、不易凍脹的目的，再輔以 U 形橋台現有病害加固或限制其發展的措施，也不失為一種簡單易行的 U 形橋台加固方式。該法多用於受力簡單的梁橋。但是對於建築高度大、對橋台又有推力的拱橋而言，由於大量開挖填料和台後路基對原結構擾動較大，是否會導致結構失穩而引起新的病害是不可忽視的問題。

注漿法

高壓旋噴注漿法的原理就是利用水泥漿，靠高壓液流的衝擊力破碎土層並與土體混合構成新的固結體，使得填料的整體強度提高，壓縮性減小，從而達到不易凍脹而穩定橋台的目的。高壓旋噴注漿法施工時，噴嘴邊旋噴邊旋轉並提升，具有施工簡單、成本較低、對原結構破壞小、加固效果好等特點，近些年在橋樑下部結構加固中得到了很好的套用，特別適宜在施工場地狹窄、不能中斷行車或不能影響鄰近建築物時採用。該法對於砂類土、黏性土、黃土和淤泥等都能進行噴射加固，解決了小顆粒土不易注漿加固的難題。但對於礫石直徑過大、礫石含量過多及有大量纖維質腐殖土，其旋噴質量差，有時甚至還不如靜力注漿的效果。對於建築高度較大的結構，其注漿效果往往不易保證。

對拉錨桿法

框架對拉錨桿法是一種新型橋台加固技術。加固後的橋台是一種被動受力結構，其特點是通過提高自身的結構剛度和強度被動地承受土壓力，限制土體的變形，從而達到保持結構安全、穩定的目的。框架對拉錨桿加固技術主要由鋼筋砼框架、對拉錨桿、側牆及土體等組成。側牆的作用是擋土，主要發揮擋土板的功能，它與鋼筋砼框架剛性連線而形成連續板；框架的立柱為側牆的支座，橫樑將兩側的側牆連線成整體保持側牆的穩定；對拉錨桿的外端與框架連線，使填土的土壓力通過對拉錨桿傳遞給框架，再通過框架和側牆傳遞給填土，使得側牆在橫向成為一個自平衡體系。該法實際上是對橋台進行了自穩定處理，施工並不複雜，若錨桿強度不足，還可以施加預應力，提高其抗力，對於建築高度較大的橋台其加固效果不錯。但是橋台寬度太大時加固效果不是太好，因此橋台太寬時不適宜採用。

其他加固方法

橋台加固方法還有因其本身強度不足而採用加厚砼層的方式，因加固範圍和位置不同，主要有圈樑法、扁擔梁加固法和現澆整體蓋板法等。更換填料法、高壓旋噴注漿法和框架對拉錨桿法、圈樑法、扁擔梁加固法和現澆整體蓋板法等各有其優缺點，適用於不同的橋樑結構。現通過涇口大橋 U 形橋台加固實踐，進一步闡述框架對拉錨桿加固技術在加固拱橋中的套用。