某大橋樁基沖刷病害加固設計探討

李海濤

(四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院，四川 成都 610041)

廣漢市金魚石亭江大橋建于20世紀80年代初期。該橋上部結構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、擴大基礎，基底置于泥質及鈣質膠結的卵礫石層上，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，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層上(圖1)。

圖1 廣漢金魚石亭江大橋

1 結構加固前狀況

對金魚石亭江大橋進行檢測發現，該橋樁基掏刷狀況十分嚴重，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沖刷

2 基礎沖刷后樁基單樁承載力驗算

2.1 效應計算

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG D63－2007)，結構構件自身承載力采用作用效應基本組合進行驗算，基本組合表達示為:上式中各項參數意義詳見《公路橋涵設計通用規范》(JTGD60－2004)。根據計算，γ0Sud=11742 kN。

2.2 單樁受壓承載力計算

由此得單樁軸向受壓承載力容許值 [ Ra]=11706 kN。從計算可知，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。根據分析計算，該橋基礎承載能力明顯下降，應對該橋進行相應的基礎加固。

3 基礎加固方案研究

3.1 方案概況

金魚石亭江大橋樁基礎沖刷出露嚴重，加固維修擬采用加補新樁的方法提高其基礎承載力，根據其橋型特點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，兩側各加一根樁，設承臺連接原橋樁基與新設樁基，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，每根舊樁兩側各加一根樁，每個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，兩側各加一根樁，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

由于此橋是拱橋，根據拱橋受力特點，在基礎沖刷樁基外露后，基礎剛度削弱，對拱橋受力不利。因此，方案比選應考慮方案對基礎剛度的補強效果。

(1)方案一:能夠對樁基礎進行加強，解決基礎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，對環境及景觀影響均較大;若承臺置于當前河床面附近，則對樁基礎縱向剛度沒有補強效果。

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

(3)方案三:本方案采用橫向加樁，有效提高基礎承載能力;采用斜墩與增強后的拱座連接共同受力，增強橋梁基礎縱向剛度，斜墩水平分力通過系桿平衡。同時，加固后結構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 基礎處治設計

根據廣漢金魚石亭江大橋的特點，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行加固維修。

該方案在4～8號墩上、下游側原樁基對應軸線處增設新樁，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4根新樁(見圖6)，5～7號普通墩每墩增設2根新樁。新增樁基按摩擦樁設計，樁端埋入白堊紀砂巖層5 m以上，使其嵌入中(弱)風化巖層一定深度。

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

5 小結

該橋于2008年完成基礎加固施工，2010年8月洪水期，四川省石亭江、綿遠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，而該橋則經受住了此次洪水的考驗，安然渡過了汛期。廣漢金魚石亭江大橋基礎加固最終采用的加樁方案受力明確、結構美觀，經實踐證明，能顯著提高橋梁基礎承載能力，改善基礎剛度性能，對樁基沖刷病害的成功加固具有一定的借鑒意義。