四川省AB大橋病害治理的研究及設計方案優化

張增亞

(四川省公路工程咨詢監理事務所，四川成都610041)

四川省AB大橋病害治理的研究及設計方案優化

張增亞

(四川省公路工程咨詢監理事務所，四川成都610041)

在介紹四川省AB大橋的工程概況之后，分析了該橋病害現狀及病害形成機理。針對右岸拱座地基加固提出風險分析及應對措施，明確地基加固順序，論述方案擬定及比選過程，提出加固建議，形成結論。

病害形成機理；風險分析及應對措；方案優化

1 工程概述

AB大橋所處道路等級：二級公路；設計速度V=40 km/h。該橋梁是一座1-50 m的空腹式拱橋，原設計荷載等級：汽-20(新建荷載：公路-II級)；地震烈度：設計基本地震加速度0.20 g，按基本地震烈度8°設防；設計洪水頻率：P=1/100。該橋經歷“5.12”大地震，且震后多次洪水對橋梁基礎的沖刷，對橋梁的基礎結構造成了嚴重破壞。在發現該橋存在安全隱患后，業主單位邀請檢測機構對該橋進行了全面檢測。檢測結論：五類橋梁，需要重建或加固。

2 橋梁病害現狀及病害形成機理

橋梁地基為抗風化及沖刷能力較弱的薄層狀板巖夾絹云千枚巖，屬軟質巖。巖層板理內傾，受3組節理面切割，完整性較差，為碎塊狀。病害現狀主要是右岸原埋置于板巖夾千枚巖內的拱座基礎因沖刷淘蝕，基礎底部前緣局部臨空、裸露，拱座底部因而受力情況出現改變，致使拱腳部位出現水平向延伸的橫向裂縫(據了解，該橫縫并未貫穿拱腳)。

若不及時對該橋梁病害進行針對性加固治理，任由拱座基礎下地基巖石繼續受風化、沖刷淘蝕作用，則該橋將因地基持續性受損，導致結構破壞而失穩(見圖1)。

其次是左岸拱座基礎右側(面向大樁號方向分左、右)于“5.12”大地震后出現順砌塊灰縫追蹤發育的間斷裂縫；左側未見明顯對應裂縫，既有裂縫現今未見明顯發展(見圖2)。

鑒于該橋病害是由拱座基礎下地基條件出現局部改變引起的，故治理工程須由地基治理開始，拱座基礎下的橋梁地基加固構成了病害治理工程的主體部分。

圖1 基礎嚴重破壞的右岸橋臺實景

圖2 左岸拱座右側裂縫實景

3 右岸拱座地基加固風險分析及應對措

3.1 加固風險因素及建議加固措施

由于該岸拱座地基病害實為河流沖刷淘蝕，造成其前緣臨空，并經風化破碎，地基承載能力下降所致。故一切在施工過程中進一步加劇(或加快)地基臨空暴露的加固工程措施等因素都須列為禁止之列。故建議采用基本無開挖工程的“先護后樁、混凝土包埋圍合，再高壓注漿固結地基的漸次成型地基加固技術”。

3.2 風險監控與預報

開展橋梁拱圈的變形位移監測；既有裂縫的發展情況監測(含開啟寬度與延伸長度等監測項，以及貼玻片的直接觀測等方法)等工作。實施風險應對措施：工作應由相應專業資質單位承擔。每次監測結果應及時向有關各方通報，并及時跟進對策措施。

4 設計方案擬定、比選及優化

設計單位初次擬定初步設計方案如下：

方案一：推薦方案拆除原拱橋重建，上部為4×20 m預應力混凝土小箱梁；橋寬：0.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；下部采用樁柱式橋墩，0號臺采用樁基蓋梁，4號臺為重力式U型臺明挖擴大基礎。概算總造價732.50萬元，其中建安費578.16萬元，計劃工期14個月。

方案二：拆除原拱橋重建，上部為1×50m鋼筋混凝土板拱；橋寬：0.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；重力式U型臺明挖擴大基礎。概算總造價850.12萬元，其中建安費675.25萬元，計劃工期12個月。

接受業主委托后，四川省公路工程咨詢監理事務所咨詢部于2014年8月14日派出橋梁、地質等專業的咨詢專家，對四川省AB大橋病害進行現場考察。咨詢專家通過對病害橋梁的觀察，詢問原橋設計、修建、養護及檢測等參與人員的情況介紹，查閱檢測報告，經各方現場會商研討，設計單位在監理事務所專家組指導下，形成如下之初步設計方案：

方案一：拆除原拱橋重建，上部為4×20 m預應力混凝土小箱梁；橋寬：0.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；下部采用樁柱式橋墩，0號臺采用樁基蓋梁，4號臺為重力式U型臺明挖擴大基礎。概算總造價732.50萬元，其中建安費578.16萬元，計劃工期14個月，系設計推薦方案。

方案二：拆除原拱橋重建，上部為1×50 m鋼筋混凝土板拱；橋寬：0.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；重力式U型臺明挖擴大基礎。概算總造價850.12萬元，其中建安費675.25萬元，計劃工期12個月。

方案三，對原拱橋進行維修加固，橋寬：0.5 m防撞欄桿+7.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿。概算總造價192.56萬元，其中建安費153.63萬元，計劃工期3個月。

雖橋梁基礎受沖刷淘蝕致拱座基礎前緣外露臨空，約束度下降，構造嚴重破壞，但主拱及拱上建筑基本完好。經由行業管理、業主、審查機構及設計單位聯合召開的評審會議審查，通過經濟、技術等各方面綜合比較，最終確定方案三為推薦方案，即對原拱橋進行維修加固，概算總造價192.56萬元，其中建安費153.63萬元，計劃工期3個月。

5 建議地基加固順序

(1)施作底噴層-錨桿掛網-再施作面噴層，恢復拱座基礎的部分約束條件。

(2)打設小直徑多排鋼管樁、澆筑包埋混凝土并預埋高壓注漿管PVC導向管，再作注漿管造孔、注漿加固地基。

(3)橋梁裂縫等局部缺陷修復。

6 維修加固的建議

(1)立即建立針對橋梁關鍵結構——主拱圈的沉降、位移監測系統，并立即開始監測作業(此項工作應持續至全橋加固結束后，再延續一段時間)。以監測數據作為保證加固決策科學合理；施工風險可控，人機安全；工后評價讓數據說話，有效排除人為臆斷與假象干擾。

(2)補測右岸拱座及上、下游的地形、地質斷面。數量為：中線及拱座兩側邊緣各1條，距拱座邊緣上、下游側5 m處各1條，共5條，用其初步確定拱座基礎的實際臨空情況，并據此初步估算地基的耐受程度。

(3)采用網噴混凝土封閉基下及上、下游一定范圍內的臨空暴露巖面，防止風化與河流沖刷、淘蝕作用等進一步削弱地基的完整性與承載能力，延遲病害發展，為地基加固贏得時間。

(4)于擬防護加固的地基范圍之邊緣打設壁厚9 mm，直徑168 mm的無縫小直徑鋼管樁。按照經驗，可能需要3排，排間距可采1.10 m，樁間距1.20～1.30 m。

(5)澆筑混凝土將鋼管樁包裹在內，并封埋拱座基礎下部，恢復原地形對基礎的圍限約束條件，保護基下軟巖地基免受風化及河流沖刷的不良作用。

(6)打設高壓注漿鋼花管，對基下破碎之承重巖石作固結灌漿，提高承載能力。施工時，注漿鋼花管無須拔出，其所具有的加筋、斜撐、連接、與錨固等綜合作用可進一步提高地基的整體性與工程適應能力。大直徑之挖孔樁或鉆孔樁因存在爆破或機械振動，以及單輪次挖空量較大，對地基的損傷較強，均不宜選作加固工程措施。

7 結論

(1)原拱橋維修加固方案能節約投資、縮短斷道時間及施工工期。

(2)基本無開挖工程的“先護后樁、混凝土包埋圍合，再高壓注漿固結地基的漸次成型地基加固技術”應用于該橋橋臺病害治理。

(3)分析了該橋病害現狀及病害形成機理，針對右岸拱座地基加固提出風險分析及應對措施，同時提出地基加固順序建議，明確橋梁維修加固注意事項。論證方案比選及制定過程，為同類橋梁維修加固積累理論及實踐經驗。

(4)避免了拆除重建，社會影響小，取得良好的社會效益。

(5)由于未采用拆除重建方案，避免了拆除原橋產生的廢方，同時避免了新建橋梁需要消耗的沙、石、鋼材等建筑材料，有利于環境保護和建設節約型社會。

U445.7+1

B

1009-7716(2015)08-0066-02

2015-04-27

張增亞(1972-)，男，河北石家莊人，高級工程師，從事路橋工程設計文件審查工作。