1、U型桥台的开裂现象
随着国内高速公路建设的历史步伐，越来越多的结构物进入了维修期。当高速公路进入到丘陵区和微丘区，为满足高速公路平纵面设计要求，造就了一大批位于地势较低的桥梁，从而出现了较多的高桥台。一些U型桥台宽度和高度都远远超过标准图提供的参考数据，而当时设计的U型桥台通用图的高度在8m以下，宽度在12m之内，难以满足实际设计需要。然而，裂纹发生的位置基本相同，从台身外表看，主要表现特征为：裂缝多发生在前墙侧面，由支座后部向下或斜向后靠近前墙和侧墙的结合部延伸，大部分是前、侧墙同时出现裂缝;对于斜度较大的则有向外的偏转位移。特别是较高较宽的U型桥台普遍存在桥台前墙中部以及前墙与侧墙隅角处开裂的问题。
2 、常用加固方法[1]
针对已修建好的桥台如出现开裂现象，一般采取拆除部分砌体，挖出部分台背回填土，做钢筋混凝土拉杆(梁)来对拉侧墙加固。从工程加固效果看，桥台稳定，没有新的裂缝产生，原有的裂缝有不同程度的闭合，达到了加固的目的。如果采用钢拉杆或预应力钢绞线拉筋，是在侧墙的两端，采用水平钻孔的办法，张拉钢筋或预应力钢筋。这种方法的优点在于不影响日常的交通，也不需要开挖桥面，施工成本低，加固效果好。
3. U型桥台的计算特点及方法
计算重力式桥台所考虑的荷载与重力式桥墩计算中基本一样，不同的是，对于桥台尚要考虑车辆荷载引起的土侧压力，而不需计及纵、横向风力，流水压力，冰压力，船只或漂浮物的撞击力等。其次，桥台的强度，偏心距和稳定性的验算也与桥墩基本相同，但只作顺桥方向的验算。当验算基础顶面的台身砌体强度时，如桥台截面的各部分尺寸满足规范有关规定，则应把桥台的侧墙和前墙作为整体来考虑受力，否则，台身(桥台前墙)应按独立的挡土墙计算 。
3.1桥台模型的建立
桥台模型取高30m，宽30m，侧墙长16m。两侧墙采用钢绞线拉筋对拉。根据侧墙高度h，假定侧墙在(1/10～2/3)h范围内的填料和路面上车辆荷载引起的水平土压力全部由拉筋承受，为确定拉筋布置的最佳位置，拉筋位置分别取距桥台顶面3m，5m，7m，9m，11m，13m，15m，17m，19m处。根据计算结果，选用高强预应力钢绞线，每束拉筋设3根，张拉300KN的预应力，即每根钢绞线张拉100KN。每排拉筋束数由侧墙长度以及正截面抗剪要求确定。
3.2加固前后，桥台最大主应力值变化情况
从表1可以看出，当桥台两侧墙对拉拉筋后，隅角处主应力值明显减小，且其最大主应力值的位置略有下降。加固后，桥台前、侧墙隅角处与侧墙翼尾墙踵处的最大主拉应力值均呈下降趋势。同时，由表1可见，随着拉筋的增多，隅角处的应力值呈下降趋势。总之，当桥台两侧墙对拉预应力钢绞线拉筋后，无论隅角还是侧墙墙踵处其受力都有明显改善。
表1 拉筋布置前后，桥台最大主应力值变化情况
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拉筋布置 |
前、侧墙隅角处（Mpa） |
侧墙尾端墙踵处（Mpa） |
|
拉筋排数（排） |
拉筋位置 (m) |
加固前 |
加固后 |
加固前 |
加固后 |
|
1 |
3 |
1.85 |
1.525 |
1.42 |
0.262 |
|
2 |
5 |
1.85 |
1.435 |
1.42 |
0.271 |
|
3 |
7 |
1.85 |
1.336 |
1.42 |
0.266 |
|
4 |
9 |
1.85 |
1.293 |
1.42 |
0.258 |
3.3加固前后，桥台变形情况
由表2可见，加固后侧墙翼尾顶端(即桥台最大位移处)的位移值比加固前的值明显降低了。值得注意的是，桥台前墙的变化规律并非如此。加固前，以拉筋位置在距侧墙顶3m处为例，桥台的最大位移值从0.377cm降到0.327cm，减幅为13%。前墙的最大位移值(前墙中部)为0.221cm，加固后，前墙的最大位移值为0.385cm，比加固前竟增大了74.2%，该值甚至超过了侧墙尾端顶部的最大变形值。
表2 拉筋布置前后，桥台最大位移值变化情况
|
拉筋布置 |
前墙中部（cm） |
侧墙翼尾顶部（cm） |
|
拉筋排数（排） |
拉筋位置 (m) |
加固前 |
加固后 |
加固前 |
加固后 |
|
1 |
3 |
0.221 |
0.385 |
0.377 |
0.327 |
|
2 |
5 |
0.221 |
0.382 |
0.377 |
0.326 |
|
3 |
7 |
0.221 |
0.379 |
0.377 |
0.327 |
|
4 |
9 |
0.221 |
0.378 |
0.377 |
0.328 |
3.4 拉筋位置的选择
计算结果表明，①当最低拉筋位置从距侧墙顶3m 处(2/3H)开始逐渐降低后，各个桥台隅角处最大主拉应力基本上呈线性递减，侧墙尾端墙踵处应力减幅也较大。例如高10m宽20m的桥台，加固前其侧墙尾端墙踵处的主应力值为0.376Mpa,当最低拉筋位置从3m处降到7m处，其最大主应力值从0.19Mpa降到0.099Mpa,最大降幅达73.6%;②侧墙尾部顶端位移也得到了有效控制。例如高10m宽30m的桥台，加固前侧墙尾部顶端位移为0.03cm, 加固后(3m处)为0.014cm。其它各桥台变化情况相同。
4、结语
4.1当桥台较宽或较高时，桥台前、侧墙隅角处受力最为不利，主要是受到前墙、侧墙土压力影响，在隅角处形成了一个合力，容易出现开裂。
4.2拉筋法加固已开裂桥台不受桥台高度的限制：施工时无需开挖台内填料，不影响正常交通，加固时间短，效果好。因此，拉筋法是一种值得推广的加固方法。
参考文献：
[1]刘景生 汪为奇，《U型桥台病害分析及对策》[J]，华东公路，2000.4;
[2]孟凡中，《弹塑性有限变形理论和有限元法》[M]，北京人民出版社，1985;
[3]《公路桥梁设计通用规范》，[S]，人民交通出版社，2004;
[4]《公路桥涵地基与基础设计规范》，[S]，人民交通出版社，2007;
[5]《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》，[S]，人民交通出版社，2005。
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拉筋法加固桥台的数值分析
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