某大橋樁基沖刷病害加固設(shè)計(jì)探討

李海濤

(四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610041)

廣漢市金魚石亭江大橋建于20世紀(jì)80年代初期。該橋上部結(jié)構(gòu)為混凝土砌懸鏈線空腹式板拱，共12孔，單孔凈跨徑30 m，矢跨比1/8，拱軸系數(shù)m=2.13，主拱圈全寬10.4 m，高0.9 m。1、2、9～11號墩為重力式墩、擴(kuò)大基礎(chǔ)，基底置于泥質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)的卵礫石層上，3～8號墩(4、8號墩為施工制動墩，其余為普通墩)采用鉆孔灌注摩擦樁基礎(chǔ)，樁徑1.8 m，樁身穿過較薄的砂夾層而將樁底置于較厚的膠結(jié)層上(圖1)。

圖1 廣漢金魚石亭江大橋

1 結(jié)構(gòu)加固前狀況

對金魚石亭江大橋進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，該橋樁基掏刷狀況十分嚴(yán)重，5～8號樁基地面線以上最大出露樁長分別為4.0 m、6.0 m、5.0 m和8.5 m，相應(yīng)地面以下樁基推測埋深分別為13.5 m、11.5 m、10.0 m 和9.0 m(圖2)。

圖2 金魚石亭江大橋基礎(chǔ)沖刷

2 基礎(chǔ)沖刷后樁基單樁承載力驗(yàn)算

2.1 效應(yīng)計(jì)算

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63－2007)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身承載力采用作用效應(yīng)基本組合進(jìn)行驗(yàn)算，基本組合表達(dá)示為:上式中各項(xiàng)參數(shù)意義詳見《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60－2004)。根據(jù)計(jì)算，γ0Sud=11742 kN。

2.2 單樁受壓承載力計(jì)算

由此得單樁軸向受壓承載力容許值 [ Ra]=11706 kN。從計(jì)算可知，按目前的樁基埋置深度，最不利7號墩樁基單樁軸向受壓承載力容許值已不滿足。根據(jù)分析計(jì)算，該橋基礎(chǔ)承載能力明顯下降，應(yīng)對該橋進(jìn)行相應(yīng)的基礎(chǔ)加固。

3 基礎(chǔ)加固方案研究

3.1 方案概況

金魚石亭江大橋樁基礎(chǔ)沖刷出露嚴(yán)重，加固維修擬采用加補(bǔ)新樁的方法提高其基礎(chǔ)承載力，根據(jù)其橋型特點(diǎn)提出以下三種加樁方案。

(1)方案一:橫向加樁。新樁位于原樁橫橋向兩側(cè)，兩側(cè)各加一根樁，設(shè)承臺連接原橋樁基與新設(shè)樁基，上部荷載通過承臺傳遞至新加樁基(圖3)。

(2)方案二:縱向加樁。新樁位于原樁順橋向兩側(cè)，每根舊樁兩側(cè)各加一根樁，每個(gè)普通墩增加四根新樁，用承臺將每根原有樁基與兩根新樁連接，使其共同受力(圖4)。

圖3 方案一加樁立面示意

圖4 方案二加樁側(cè)面示意

(3)方案三:橫向加樁。新加樁位于目前樁位橫橋向兩側(cè)，兩側(cè)各加一根樁，上部墩身傾斜，將拱座加高加厚，與新樁基連接共同受力(圖5)。

圖5 方案三加樁立面示意

3.2 加固方案特點(diǎn)

由于此橋是拱橋，根據(jù)拱橋受力特點(diǎn)，在基礎(chǔ)沖刷樁基外露后，基礎(chǔ)剛度削弱，對拱橋受力不利。因此，方案比選應(yīng)考慮方案對基礎(chǔ)剛度的補(bǔ)強(qiáng)效果。

(1)方案一:能夠?qū)痘A(chǔ)進(jìn)行加強(qiáng)，解決基礎(chǔ)承載能力不足的問題。但本方案承臺工程量較大，且阻水面積較大，對環(huán)境及景觀影響均較大;若承臺置于當(dāng)前河床面附近，則對樁基礎(chǔ)縱向剛度沒有補(bǔ)強(qiáng)效果。

(2)方案二:通過采用四根樁加強(qiáng)原樁承載能力，能夠解決橋梁基礎(chǔ)承載能力問題，但對基礎(chǔ)剛度提高并無作用;且增設(shè)樁基工程量較大，承臺阻水面積較大。

(3)方案三:本方案采用橫向加樁，有效提高基礎(chǔ)承載能力;采用斜墩與增強(qiáng)后的拱座連接共同受力，增強(qiáng)橋梁基礎(chǔ)縱向剛度，斜墩水平分力通過系桿平衡。同時(shí)，加固后結(jié)構(gòu)阻水面積較前兩種方案小，受力更合理，且美觀。

圖6 方案三制動墩加固效果圖

4 基礎(chǔ)處治設(shè)計(jì)

根據(jù)廣漢金魚石亭江大橋的特點(diǎn)，考慮到受力特征、水文、美觀等因素最終采用了方案三對其進(jìn)行加固維修。

該方案在4～8號墩上、下游側(cè)原樁基對應(yīng)軸線處增設(shè)新樁，新增樁基直徑1.8 m，距原橋樁基中心距離4.5 m。4、8號制動墩每墩增設(shè)4根新樁(見圖6)，5～7號普通墩每墩增設(shè)2根新樁。新增樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁端埋入白堊紀(jì)砂巖層5 m以上，使其嵌入中(弱)風(fēng)化巖層一定深度。

采用外包自密實(shí)鋼筋混凝土加大原橋墩帽，在墩帽與新增樁基間設(shè)斜墩，通過斜墩將上部荷載產(chǎn)生的豎向力傳遞至新增樁基。上、下游斜墩間設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿，以平衡斜墩產(chǎn)生的水平推力。

5 小結(jié)

該橋于2008年完成基礎(chǔ)加固施工，2010年8月洪水期，四川省石亭江、綿遠(yuǎn)河等幾條干流上的多座橋梁受到水毀，部分橋梁甚至沉陷、坍塌，而該橋則經(jīng)受住了此次洪水的考驗(yàn)，安然渡過了汛期。廣漢金魚石亭江大橋基礎(chǔ)加固最終采用的加樁方案受力明確、結(jié)構(gòu)美觀，經(jīng)實(shí)踐證明，能顯著提高橋梁基礎(chǔ)承載能力，改善基礎(chǔ)剛度性能，對樁基沖刷病害的成功加固具有一定的借鑒意義。