某橋梁樁基維護方案的確定

申紅軍

（山西中交翼侯高速公路有限公司，山西 翼城 043500）

目前，我國高速公路橋梁的基礎(chǔ)多采用樁基形式，樁基的承載力將直接決定整個橋梁結(jié)構(gòu)以及日后運營的安全[1]。然而，由于各種原因使得橋梁樁基礎(chǔ)地基條件改變，導致樁基承載能力降低，嚴重者樁基承載能力已經(jīng)不能滿足橋梁上部荷載要求，從而發(fā)生安全事故。為保證不因地基環(huán)境的改變導致承載能力下降，需要對樁基礎(chǔ)或其周圍土體進行維護加固，保證橋梁結(jié)構(gòu)安全使用。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某橋梁位于S80陵侯高速公路，跨越沁河。橋梁荷載等級按照85規(guī)范為汽-超20級設(shè)計，跨徑組成為7×20 m，橋梁跨徑總長為145 m，橋梁寬度為28.5 m。上部為簡支空心板結(jié)構(gòu)（橋面連續(xù)），下部為柱式墩臺，基礎(chǔ)為灌注樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)直徑為1.5 m，墩柱直徑為1.2 m。

1.2 工程概況

近年來由于當?shù)卮迕裨跇蛳峦诰蛏巴粒率箻蛄簶痘饴?～4 m，管理單位在發(fā)現(xiàn)該情況后，及時進行回填，回填后樁基仍外露2～3 m，但河床地面線已位于一般沖刷線上方。另外當?shù)卣媱澰谠摌蛳掠涡藿ü珗@，需要筑壩引水于該橋梁下，樁基維護方案設(shè)計距引水時間僅有40 d時間。

該橋0號臺與1號墩之間、6號墩與7號臺之間已修筑河岸防護墻，且河床用碎石進行了鋪砌，故0號臺與7號臺樁基已得到很好地保護；其他樁基均存在外露部分與系梁結(jié)合處混凝土澆筑質(zhì)量較差的問題。

2 樁基維護思路

2.1 樁基現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，并參考原設(shè)計圖紙和水文地質(zhì)勘探資料，大橋1號樁基外露部分仍處于一般沖刷線上方，而2～6號樁基外露部分已位于一般沖刷線與局部沖刷線之間。

原設(shè)計根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(JTJ 024—85)計算，樁基容許承載力只考慮局部沖刷線以下的土體與樁基礎(chǔ)間的摩阻力，基礎(chǔ)設(shè)計長度剛好滿足結(jié)構(gòu)承載能力要求，基本無安全儲備。故目前該橋所有樁基承載力按原設(shè)計標準仍然是足夠的，但考慮到公園筑壩蓄水后可能存在開閘放水，水流對河床將會產(chǎn)生沖刷，沖刷后河床線可能降低至局部沖刷線以下，進而導致樁基礎(chǔ)承載力容許值不能滿足上部荷載要求，基礎(chǔ)發(fā)生沉降，從而影響橋梁結(jié)構(gòu)安全性。

2.2 維護思路[2]

根據(jù)原設(shè)計圖紙說明，該橋設(shè)計流量采用流域面積比擬法所推求結(jié)果作為設(shè)計流量，百年一遇流量為Q1%=689 m/s。原設(shè)計一般沖刷線及局部沖刷線也根據(jù)此確定，樁頂標高距局部沖刷線高差最小為4.81 m（2～5號樁基）。根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，現(xiàn)有河床樁基周圍地面線高程、發(fā)生百年一遇洪水沖刷后的地面線高程及原設(shè)計局部沖刷線高程見表1。

表1 樁基周圍河床地面線情況

如表1所示，目前樁基周圍地面線仍全部位于原設(shè)計局部沖刷線上方，基礎(chǔ)承載力是滿足要求的；按原設(shè)計沖刷考慮，現(xiàn)有地面線在沖刷后將會低至原設(shè)計局部沖刷線以下，樁基承載力會出現(xiàn)不足。該橋橋墩樁基目前樁基承載能力足夠。

根據(jù)以上情況，為防止在遇到百年一遇的水流沖刷后，樁基出現(xiàn)承載力不足的情況，必須采取措施提高樁基承載力，或通過防止沖刷的措施，保證樁基周圍現(xiàn)有土體不被沖刷，維持樁基現(xiàn)有承載能力。

3 維護方案比選

3.1 維護方案

為保證橋梁安全運營，防止橋下蓄水后沖刷引起樁基承載力不足，并根據(jù)大橋樁基當前狀況，提出如下3種比選方案。

3.1.1 方案一

如圖1所示，在原橋樁基中間位置增加兩根相同的樁基礎(chǔ)，鑿除原樁基間系梁，重新澆筑混凝土承臺，將4根樁基礎(chǔ)連接。

圖1 新增樁基礎(chǔ)方案

3.1.2 方案二

如圖2所示，在樁基周圍進行注漿，使得樁基周圍土體固結(jié)成一個整體，保證樁基不受水流沖刷影響，注漿后可以同時提高樁土之間摩阻系數(shù)，確保了樁基礎(chǔ)承載的安全性。

圖2 樁基周圍注漿加固方案

3.1.3 方案三

如圖3所示，在樁基上游和下游6 m處開始砌筑截水墻，防止水流對樁基周圍土體的沖刷；此外，在樁基周圍5 m范圍內(nèi)鋪砌碎石墊層和漿砌片石鋪砌，進一步保護樁基周圍的土體不會受到水流沖刷。

上述3個方案中，方案一是通過增加樁基數(shù)量從而提高整體承載能力，方案二與方案三是通過采取維護措施，保證樁基礎(chǔ)周圍土體不被水流沖刷走，保證了原設(shè)計樁基承載力不會損失。此外，由于大橋樁基與系梁結(jié)合處混凝土澆筑質(zhì)量較差，為防止蓄水后出現(xiàn)耐久性病害，方案二與方案三都自墩柱系梁頂部向下2.3 m范圍內(nèi)的樁基截面進行加大20 cm處理。

圖3 砌筑截水墻并在樁基周圍鋪砌方案（單位：cm）

3.2 方案比選[3]

針對以上提出的3個維護方案，并根據(jù)工程實際情況，對其進行優(yōu)缺點對比，從而確定出最優(yōu)維護方案。

3.2.1 方案一

通過在原樁基間新增兩根同樣參數(shù)的樁基礎(chǔ)，然后通過承臺將4根樁基礎(chǔ)進行連接。

a）該方案優(yōu)點為增加了兩根同樣的樁基礎(chǔ)，在新增樁基能夠共同受力的前提下，較大地提高了樁基礎(chǔ)承載能力，發(fā)生百年一遇水流沖刷情況后，樁基承載力仍有較大的富余，能夠很好地保證橋梁運營的安全性。

b）其缺點主要是該方案需要在橋下進行灌注樁基礎(chǔ)施工，該橋橋下凈空只有4 m左右，鉆孔機械受限制不能使用；原設(shè)計樁基長度為25 m，采用人工挖孔時，需要組織專家進行專項方案評審，占用了有效施工時間；此外，根據(jù)原地質(zhì)勘測情況，河道中存在較厚的砂土層，人工挖孔危險性較大；此方案最大的缺點就是施工時間較長，在橋下蓄水之前完工的難度太大。

3.2.2 方案二

通過在樁基礎(chǔ)周圍注漿將樁基周圍土體固結(jié)為一個整體，防止土體受到?jīng)_刷，保證樁基承載力。

a）該方案優(yōu)點為若注漿效果能達到預期，則樁基周圍土體在固結(jié)后，能有效地防止水流的沖刷，且注漿完成后，樁基與固結(jié)土體的摩阻系數(shù)與之前相比能夠增大20%～30%，提高了樁基承載力，從另一方面更好地保證了橋梁運營的安全性。

b）此方案缺點為河道中土層大部分為砂性土，但其中夾雜黏性土層，采用壓力注漿法不能保證黏性土層中注漿效果達到設(shè)計要求；注漿面積較大，在有限的工期內(nèi)需要大量的人工和機械在現(xiàn)場施工，且由于需要大方量的注漿，費用也較高；若注漿效果不能達到設(shè)計要求，后期一旦出現(xiàn)問題，將很難進行再次的維護加固。

3.2.3 方案三

在大橋上下游兩側(cè)各增設(shè)了一道截水墻，并在樁基周圍進行鋪砌。該方案優(yōu)點為施工工藝簡單，主要為土石方工程，截水墻采用片石混凝土，鋪砌采用漿砌片石，工藝單一，施工速度快，能在較短的時間內(nèi)完成；截水墻砌筑和漿砌片石鋪砌施工較方案二具有較大的把握性，能夠保證維護效果；此外，該方案在工程造價上也比方案二經(jīng)濟，節(jié)約了大量資金。

該方案需要對截水墻底部的土層進行標貫試驗，必要時采取措施，保證土體的承載能力，防止截水墻出現(xiàn)不均勻沉降或大范圍的斷裂。

根據(jù)以上所列，3種方案優(yōu)缺點綜合對比后，方案三的優(yōu)勢較為明顯，最終采用方案三對該橋樁基礎(chǔ)進行維護。且根據(jù)現(xiàn)有狀況，對樁基與系梁結(jié)合處截面進行加大，保證蓄水后此部分混凝土的耐久性。

4 結(jié)語

樁基礎(chǔ)在地震力作用下的變形小，穩(wěn)定性好，在我國高速公路橋梁建設(shè)中大量應用，由于早期規(guī)范對現(xiàn)有活載考慮不足，或樁基礎(chǔ)周圍環(huán)境變化導致樁基礎(chǔ)承載能力不足，這類問題在今后將會較多地出現(xiàn)，在針對不同的工程情況時應采用合理的方法對相應的問題進行處理，對癥下藥并采用最優(yōu)方案，保證結(jié)構(gòu)物安全性。