淺談鐵路橋梁深水基礎病害成因分析與防治措施

陳　鵬

（中鐵二十一集團路橋工程有限公司陜西西安710000）

淺談鐵路橋梁深水基礎病害成因分析與防治措施

陳鵬

（中鐵二十一集團路橋工程有限公司陜西西安710000）

大跨徑橋梁的深水基礎是鐵路橋梁建設中的重點部分，施工過程中有很多的難點，本文通過介紹深水橋梁基礎常見的病害以及病害成因，提出具體的防治措施，為鐵路橋梁的施工提供參考。

橋梁基礎 基礎工程 工程技術 病害成因 防治措施

一、深水基礎

基礎尤其是大跨徑橋梁的深水基礎，往往需要解決施工技術上的許多難點，也往往是控制整個橋梁工程進度的關鍵工程，其費用也占橋梁總造價相當大的比重。

1.大直徑鋼管樁、柱。大直徑鋼管樁用作摩擦樁，經歷兩個階段：初期一般在管內澆筑砼，以防止鋼管的銹蝕。這樣做也會帶來一些不利影響：需在管內取土，而對提高樁的承載能力作用不大；增大了樁的剛度，在地震時使樁頂受力增大；增加了施工難度與造價。以后逐漸傾向于管內不填砼，由于管內土存在閉塞效應，因此鋼管樁的承載能力比鋼管外壁土壤摩阻力要增大不少。而閉塞效應的機理目前還不很清楚，因此往往通過靜載試驗來確定其承載力。具體實例如，日本跨徑240 m的濱名大橋每主墩采用49根直徑1.6 m鋼管樁，組成水上承臺。

在沖刷深、覆蓋層較薄時，往往將鋼管樁沉至巖面鉆孔嵌巖，成為管柱基礎。這時往往用砼填實。如日本主跨為220 m及185m的內海大橋，水中四個深水墩均采用直徑2 m的鋼管柱基礎。

2.大直徑鉆孔灌注樁。大直徑灌注樁具有承載力大、剛度大、施工快、造價省的優點。國內外很多采用直徑2 m～4 m的大直徑鉆孔樁；而且往往采用擴孔方法，直徑可達3 m～4 m，而在日本橫濱橫斷大橋跨徑460 m的鋼斜拉橋的基礎上，將多柱基礎嵌巖擴孔至直徑10 m，是目前世界最大的嵌巖直徑。

在連續結構，尤其是連拱或連續斜拉橋設計中，剛度起關鍵作用，以減少下部構造的水平位移，減少由此引起的附加內力。這時樁基水平向承載力不控制設計，而是剛度控制設計，大直徑灌注樁具有非常明顯的優勢。

3.沉井。沉井基礎承載能力大，剛度大，可以適用于深水，但體積龐大，隨著樁基的廣泛采用，沉井的應用范圍有所減少。不過在特大跨徑的橋梁中，沉井仍為主要基礎形式之一。

在大跨徑橋梁的深水基礎上，底節多采用浮式鋼殼沉井，用雙壁空心結構，浮運至墩位，灌水落床，再澆筑砼，接高下沉，直至設計標高。

二、復合基礎

將樁或管柱與沉井結合的一種深水基礎。沉井下到一定深度，封底，然后鉆孔，將沉井內的樁嵌巖，沉井封底與樁或柱共同受力。其優點：一是可以降低承臺的高度；二是可提供樁的施工場地；三是適應性強，尤其適應在巖面標高差異很大以及落差較大的河流；四是沉井可作防撞設施，保護樁及墩身。

三、橋梁基礎病害

在水中的橋墩，因為直接阻水，除了一般的沖刷以外，還有局部沖刷，在橋墩處形成局部漏斗形河床。當河床為厚砂礫卵石層時，因水流帶動砂礫運動，會對鉆孔灌注樁造成嚴重的磨損，甚至使樁中鋼筋外露。特別是在地面或低水位以下、凍結線以上或沖刷線附近，基礎或墩身常有環帶狀腐蝕，基礎周圍表面松散，嚴重者使砼形成空洞。對于砼或漿砌片石擴大基礎，主要缺陷是基礎松散破裂和基礎下沖空。

建立在天然地基上的淺基礎常見的病害有：埋置深度淺，易受沖刷而掏空；埋置深度不足，受凍害影響；地基不穩定，易產生滑移或傾斜。建立在巖石上的基礎常見的病害有：基礎至于風化石層上，風化部分未處理好，經水流沖刷而掏空或懸空；受地震時的剪切作用，易產生裂縫。

人工地基基礎：因處于軟弱地基上，在豎向荷載作用下壓實沉陷，是基礎下沉。木樁基礎：地下水位下降時，樁身常腐蝕。鋼筋砼打入樁基礎：打樁時，樁身受損壞；受水沖刷、侵蝕，產生空洞、剝落等；受船只或其他漂浮物的撞擊而損壞。鉆孔樁基礎：施工時淤泥未完全清除，就灌注砼，而使形成后的基礎下沉；施工不當，或受水沖刷、侵蝕而產生空洞、剝落、鋼筋銹蝕等；灌注砼過程中發生塌孔而未處理，樁身部分脫空；受外力撞擊而產生破壞。管樁基礎：承載力不足而使基礎產生下沉。沉井基礎：地基下沉時，基礎也產生一些下沉；基礎下沉不均勻時，橋臺臺背高填土受地基土側向流動的影響時，基礎產生滑移、傾斜；中間層為弱黏土層時，由于附近施工挖基坑和填土等而變位；由于沖刷被沖走或地震而使地基液化，使基礎變位。

四、病害成因

對于寬淺變遷河段，由于河床坡度比上游平緩，滿水時從上游陡峻河床上推移來的大量泥沙多為卵礫石，遠遠超過了平緩河床上的挾運能力，因此河床上就發生多余泥沙的沉積，使河床逐漸升高，引導水流沖刷河床兩岸，使河槽遷徙不定。在這些河段早期修建的橋涵，由于受經濟條件的制約和對水流遷徙特性認識不足，往往是岸灘上的基礎埋深較淺，基底標高與主河槽基底不一致。由于河槽擺動不定，原有岸灘若干年后可能變為主河槽，致使原有基礎外露掏刷懸空。

有些大中橋基礎原本是明挖基礎及沉井基礎，明挖基礎由于具有就地取材、節約造價、方便施工的特點。但在有些變遷性河段上，由于水流搬運作用，一些淺河灘可能是過去的舊河道，多由一些卵石、砂礫石沉積而成，其深度少則幾米，多則數十米，孔隙較大，且不穩定，因而在這樣的地段基坑不可能開挖到穩定的老土持力層上，當河槽變遷時，原有的灘地可能再次變為主河槽，基石被沖刷掏空。

施工過程若施工質量控制不好，漿砌基礎砂漿標號低，砂子雜質多、砌石石質差、尺寸小、砌壘不規范、灌漿不飽滿，致使基礎整體性差，抵抗水的沖刷能力弱。另外基坑開挖時未進行釬探，致使基礎坐落在軟弱下臥層上；或因設計中地質勘探不細，地基承載力確定不準；基底地質復雜、受力不均等引起基礎傾斜、開裂、沉降等病害。

五、橋梁基礎的防治措施

對于在卵石沉積層較厚的河床上修建的橋梁基礎，受洪水沖刷往往會造成局部懸空，一般可采用基底壓注水泥漿的辦法進行處理。由于砂質河床松散、流動性大，一旦沖空就急劇擴大，引起大面子坍塌，頃刻即可毀掉整個橋梁基礎，對于這類橋可采取在上游設截水墻，下游設梯級跌水墻，橋孔中間滿鋪漿砌片石的方案進行加固。方案是采取水泥法穩定基礎。根據滲水性灌漿理論，漿液的擴散距離與壓力成正比。為了創造一個邊界，以使用漿量達到所需壓力，先在基礎周邊立模澆筑砼，然后用級配卵石回填至基礎墩臺頂，在回填的同時埋入10根關閉上鉆有多個細孔的壓漿管。待周圍澆筑的砼達到10 Mpa時進行壓漿。壓漿材料用425普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、鋁粉膨脹劑和水玻璃配制，為了防止漿液隨地下水經卵石空隙流走，采取兩次壓漿法，即先按0.5 Mpa～1 Mpa壓力對外圈孔注漿，待初凝充填周圍卵石空隙后，再進行壓漿，使壓漿壓力到1.5 Mpa～2 Mpa為止。對于橋位斜交角度過大又處于次穩定性河段上的橋梁可通過采取調治、疏通上游河道的辦法改變水流方向，解決河流沖刷問題。當橋基礎被洪水沖刷掏空后，應采取永久加固措施，確保橋基永久安全。要根據河床地質、病害程度采取不同的措施。

六、結束語

綜上所述，應運用科學的手段和方法合理論證、正確判斷橋梁基礎病害成因，并采取可行的預防加固措施，充分發揮舊橋功能，節約資金，保證鐵路運輸安全具有重要的現實意義。對于舊橋基礎病害的加固，不可能有一個固定模式，必須根據橋位所處地質、水文條件、橋型結構、施工技術條件等綜合考慮，就要不斷總結，不斷提高，為工程質量、施工進度、安全生產提供有力的保障。