試論咬合樁在橋梁擴大基礎(chǔ)加固中的可行性

黃文鈺 于佳寧 蘭洋

西華大學(xué) 四川 成都 610039

引言

擴大基礎(chǔ)也稱淺基礎(chǔ)或明挖擴大基礎(chǔ)，指在橋墩、橋臺位置處直接開挖基坑澆筑而成的實體基礎(chǔ)，適用于地基承載力符合要求的岸上以及水流沖擊力較小的淺水處。因它具有施工容易，受力明確，構(gòu)造簡單，造價低廉等特點，在二十世紀(jì)八十年代以前，我國經(jīng)濟基礎(chǔ)比較薄弱，被普遍用于中小型橋梁及旱橋。但其也具有基礎(chǔ)開挖深度淺，容易被洪水掏空沖毀等缺點。我國地形復(fù)雜，氣候多樣，在大部分地區(qū)都有持續(xù)雨季的情況，因此每年持續(xù)強降雨引發(fā)洪水沖毀橋梁的現(xiàn)象十分普遍，近年來，水毀橋梁典型的有溫江三渡水大橋，長來武江大橋等。這些淺基礎(chǔ)橋梁的病害日益嚴(yán)重，為我國人民的出行及財產(chǎn)安全帶來了極大的威脅，因此尋找一個良好合適的病害整治方式來延長橋梁的使用年限是十分必要的。

1 擴大基礎(chǔ)病害成因分析

（1）河水沖刷。影響既有橋梁擴大基礎(chǔ)破壞的主要因素就是河水的沖刷，其掏空基礎(chǔ)周圍及底部土體，使墩臺發(fā)生不均勻沉降發(fā)生位移，進一步導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的損害。

（2）汽車超載。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，重車及私家車的增加，前期修建橋梁使用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較低，大多處于超齡負(fù)載狀態(tài)，以及現(xiàn)有橋梁的車流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過修建時的設(shè)計預(yù)想，導(dǎo)致橋梁擴大基礎(chǔ)在超載荷載的循環(huán)作用下出現(xiàn)實際沉降大于設(shè)計沉降容許值，承載能力嚴(yán)重下降。

（3）人為因素。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，采挖河沙以及抽取地下水的情況屢見不鮮，加上在河道內(nèi)修建違規(guī)的碼頭，水壩等不利水工建筑物的不當(dāng)行為加速了河道的變遷，破壞了自然狀態(tài)的平衡，使河床加速下降，致使橋梁基礎(chǔ)暴露在外，并有被掏空的危險。汽車，船舶對橋墩的撞擊產(chǎn)生的沖擊力也會導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生滑移或傾斜，進一步影響上部結(jié)構(gòu)使健康運營的橋梁變?yōu)椴『ξ颉?/p>

（4）基礎(chǔ)深度不夠。我國二十世紀(jì)修筑的橋梁因經(jīng)濟條件等因素大多以明挖擴大基礎(chǔ)為主，受地形限制及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的更新，基礎(chǔ)開挖深度不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，經(jīng)長時間使用，擴大基礎(chǔ)本身就會存在容易被沖刷以及被掏空外露的現(xiàn)象。

（5）河道障礙物未及時清理。河道內(nèi)因清理不及時會堆積大量枯木，樹杈等障礙物，在遇到洪水時，這些障礙物會隨著河流撞擊橋梁墩臺及基礎(chǔ)，致使橋梁墩臺基礎(chǔ)周邊被障礙物堵塞，導(dǎo)致河水沖擊力增大，進而導(dǎo)致橋梁水毀。

（6）施工質(zhì)量問題。我國橋梁發(fā)展時間較長，前期施工技術(shù)不成熟和管理的不到位造成了多種質(zhì)量缺陷，包括橋梁原材料強度不夠，建成橋梁質(zhì)量低劣，地質(zhì)資料收集不完全使基礎(chǔ)建造在軟弱地層上等。這些缺陷將導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，梁體開裂等后果，降低了橋梁的正常運營年限。

2 橋梁擴大基礎(chǔ)常見加固方式

我們在面臨常見的擴大基礎(chǔ)病害時，往往采用低圍堰直接加固法、擴大基礎(chǔ)加固法，基樁托換加固法等處置方法。

（1）圍堰加固法。圍堰加固法是直接對明挖擴大基礎(chǔ)進行加固，是在維護過程中十分常見的一種方式。

適用于橋梁墩臺基礎(chǔ)在修建時因地形限制而導(dǎo)致的基礎(chǔ)開挖深度不夠的情況。這種病害處治方式有止水效果好，施工簡單方便，造價較低等特點被工程師們優(yōu)先選擇使用，但也存在施工過程對周圍環(huán)境影響大等缺點[1]。

（2）擴大基礎(chǔ)加固法。此方法是在橋梁基礎(chǔ)周圍澆筑混凝土使之與原有基礎(chǔ)形成一個整體來增加基礎(chǔ)底面積，使橋梁荷載均勻分布在周圍地層來提高地基承載能力，在原地質(zhì)條件不良的情況下可在基礎(chǔ)底部打入一定樁基來增加土的密實度。此方法施工難度低，但使新老基礎(chǔ)能同時受力比較困難，加固效果也不好控制，同時存在耗材量大，造價偏高等問題。

（3）基樁托換加固法。這種處置方法是在原有擴大基礎(chǔ)周圍打入樁基，并且樁基的埋置深度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有基礎(chǔ)的埋深，使橋梁上部荷載通過原基礎(chǔ)傳遞給新建的樁基礎(chǔ)，進而將荷載傳遞給樁基周圍更加穩(wěn)定的下部土層來提高橋梁的承載能力。這種方式使原基礎(chǔ)只起到傳遞荷載的作用，主要受力的樁基埋置在下部土體，可避免受到水流沖刷掏空的危害，保證了橋梁的安全[2]。

3 把咬合樁應(yīng)用于橋梁擴大基礎(chǔ)加固中的可行性

（1）咬合樁的特性。咬合樁是指樁身密排且相鄰樁身相割而形成的具有防滲作用的連續(xù)擋土支護結(jié)構(gòu)，作為圍護結(jié)構(gòu)，它既可全部采用鋼筋混凝土樁，也可采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁相隔布置，因其特點為樁間相互咬合，故被稱為咬合樁，是由我國地下工程界知名專家王振信教授20世紀(jì)70年代在國外考察時發(fā)現(xiàn)，并將其引入國內(nèi)[3]。根據(jù)咬合樁在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)其作為一種支護圍擋結(jié)構(gòu)，在地鐵車站、高層建筑等深基坑圍護施工中有著比較廣泛的應(yīng)用，但把其用于橋梁基礎(chǔ)加固中的案例比較少見。其適用于地下水豐富、有淤泥、流沙等不良條件地層。由于咬合樁是由樁與樁之間相互咬合而形成的整體結(jié)構(gòu)，具有良好的擋護與止水效果，能有效防止河流對基礎(chǔ)的沖刷以及掏空基底土層，并能預(yù)防船舶等交通工具直接沖擊基礎(chǔ)導(dǎo)致橋梁受損。由此可見是可以把咬合樁用于橋梁擴大基礎(chǔ)的加固中。

（2）咬合樁的優(yōu)點。咬合樁具有機械設(shè)備噪音低，在施工過程中可與橋梁原基礎(chǔ)不產(chǎn)生接觸，對臨近墩基礎(chǔ)擾動較少，可避免對橋梁產(chǎn)生二次損傷；沉降以及變形容易控制，開挖方量少，施工方便，快捷，防護質(zhì)量有保證；結(jié)構(gòu)整體性好，保證了樁的承載能力；并與其他圍護結(jié)構(gòu)相比，造價也有一定的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

咬合樁通過樁身之間相互咬合，可對橋梁擴大基礎(chǔ)起到一個整體包裹的作用，能有效防止基礎(chǔ)周邊土體繼續(xù)被河流沖刷掏空，并能避免船舶直接傷害橋基。其作為永久結(jié)構(gòu)設(shè)置在橋梁基礎(chǔ)周邊可永久根治河流沖刷對基礎(chǔ)產(chǎn)生的不良后果。本文通過分析咬合樁的基本特性，證明把其用于橋梁擴大基礎(chǔ)加固中是可行的。