1、U型橋臺的開裂現象
隨著國內高速公路建設的歷史步伐，越來越多的結構物進入了維修期。當高速公路進入到丘陵區和微丘區，為滿足高速公路平縱面設計要求，造就了一大批位于地勢較低的橋梁，從而出現了較多的高橋臺。一些U型橋臺寬度和高度都遠遠超過標準圖提供的參考數據，而當時設計的U型橋臺通用圖的高度在8m以下，寬度在12m之內，難以滿足實際設計需要。然而，裂紋發生的位置基本相同，從臺身外表看，主要表現特征為：裂縫多發生在前墻側面，由支座后部向下或斜向后靠近前墻和側墻的結合部延伸，大部分是前、側墻同時出現裂縫;對于斜度較大的則有向外的偏轉位移。特別是較高較寬的U型橋臺普遍存在橋臺前墻中部以及前墻與側墻隅角處開裂的問題。
2 、常用加固方法[1]
針對已修建好的橋臺如出現開裂現象，一般采取拆除部分砌體，挖出部分臺背回填土，做鋼筋混凝土拉桿(梁)來對拉側墻加固。從工程加固效果看，橋臺穩定，沒有新的裂縫產生，原有的裂縫有不同程度的閉合，達到了加固的目的。如果采用鋼拉桿或預應力鋼絞線拉筋，是在側墻的兩端，采用水平鉆孔的辦法，張拉鋼筋或預應力鋼筋。這種方法的優點在于不影響日常的交通，也不需要開挖橋面，施工成本低，加固效果好。
3. U型橋臺的計算特點及方法
計算重力式橋臺所考慮的荷載與重力式橋墩計算中基本一樣，不同的是，對于橋臺尚要考慮車輛荷載引起的土側壓力，而不需計及縱、橫向風力，流水壓力，冰壓力，船只或漂浮物的撞擊力等。其次，橋臺的強度，偏心距和穩定性的驗算也與橋墩基本相同，但只作順橋方向的驗算。當驗算基礎頂面的臺身砌體強度時，如橋臺截面的各部分尺寸滿足規范有關規定，則應把橋臺的側墻和前墻作為整體來考慮受力，否則，臺身(橋臺前墻)應按獨立的擋土墻計算 。
3.1橋臺模型的建立
橋臺模型取高30m，寬30m，側墻長16m。兩側墻采用鋼絞線拉筋對拉。根據側墻高度h，假定側墻在(1/10～2/3)h范圍內的填料和路面上車輛荷載引起的水平土壓力全部由拉筋承受，為確定拉筋布置的最佳位置，拉筋位置分別取距橋臺頂面3m，5m，7m，9m，11m，13m，15m，17m，19m處。根據計算結果，選用高強預應力鋼絞線，每束拉筋設3根，張拉300KN的預應力，即每根鋼絞線張拉100KN。每排拉筋束數由側墻長度以及正截面抗剪要求確定。
3.2加固前后，橋臺最大主應力值變化情況
從表1可以看出，當橋臺兩側墻對拉拉筋后，隅角處主應力值明顯減小，且其最大主應力值的位置略有下降。加固后，橋臺前、側墻隅角處與側墻翼尾墻踵處的最大主拉應力值均呈下降趨勢。同時，由表1可見，隨著拉筋的增多，隅角處的應力值呈下降趨勢。總之，當橋臺兩側墻對拉預應力鋼絞線拉筋后，無論隅角還是側墻墻踵處其受力都有明顯改善。
表1 拉筋布置前后，橋臺最大主應力值變化情況
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拉筋布置 |
前、側墻隅角處（Mpa） |
側墻尾端墻踵處（Mpa） |
|
拉筋排數（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，橋臺變形情況
由表2可見，加固后側墻翼尾頂端(即橋臺最大位移處)的位移值比加固前的值明顯降低了。值得注意的是，橋臺前墻的變化規律并非如此。加固前，以拉筋位置在距側墻頂3m處為例，橋臺的最大位移值從0.377cm降到0.327cm，減幅為13%。前墻的最大位移值(前墻中部)為0.221cm，加固后，前墻的最大位移值為0.385cm，比加固前竟增大了74.2%，該值甚至超過了側墻尾端頂部的最大變形值。
表2 拉筋布置前后，橋臺最大位移值變化情況
|
拉筋布置 |
前墻中部（cm） |
側墻翼尾頂部（cm） |
|
拉筋排數（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 拉筋位置的選擇
計算結果表明，①當最低拉筋位置從距側墻頂3m 處(2/3H)開始逐漸降低后，各個橋臺隅角處最大主拉應力基本上呈線性遞減，側墻尾端墻踵處應力減幅也較大。例如高10m寬20m的橋臺，加固前其側墻尾端墻踵處的主應力值為0.376Mpa,當最低拉筋位置從3m處降到7m處，其最大主應力值從0.19Mpa降到0.099Mpa,最大降幅達73.6%;②側墻尾部頂端位移也得到了有效控制。例如高10m寬30m的橋臺，加固前側墻尾部頂端位移為0.03cm, 加固后(3m處)為0.014cm。其它各橋臺變化情況相同。
4、結語
4.1當橋臺較寬或較高時，橋臺前、側墻隅角處受力最為不利，主要是受到前墻、側墻土壓力影響，在隅角處形成了一個合力，容易出現開裂。
4.2拉筋法加固已開裂橋臺不受橋臺高度的限制：施工時無需開挖臺內填料，不影響正常交通，加固時間短，效果好。因此，拉筋法是一種值得推廣的加固方法。
參考文獻：
[1]劉景生 汪為奇，《U型橋臺病害分析及對策》[J]，華東公路，2000.4;
[2]孟凡中，《彈塑性有限變形理論和有限元法》[M]，北京人民出版社，1985;
[3]《公路橋梁設計通用規范》，[S]，人民交通出版社，2004;
[4]《公路橋涵地基與基礎設計規范》，[S]，人民交通出版社，2007;
[5]《公路磚石及混凝土橋涵設計規范》，[S]，人民交通出版社，2005。
