擴大基礎橋梁水下基礎隱患檢查及抗洪性能評估方法

張凱旋 王志華

（北京特希達交通勘察設計院有限公司，北京 100000）

0 引言

由于現行的《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）、《公路橋梁技術評定標準》等文件主要側重于橋梁整體結構的養護及技術評定標準，未對橋梁基礎日常養護、隱患檢查做出詳細的檢查標準及操作技術細則，橋梁管養單位和檢測機構無法在常規定檢中對橋梁基礎作出可靠的評定結論并及時發現病害隱患。目前國內公路行業的橋梁管養單位和檢測技術人員多來源于交通土建類專業，對于涉及水利相關的橋梁防洪評估問題，在知識上存在短板，因此橋梁的抗洪性能評估可作為我國橋梁行業下一步解決和研究的課題。基于此，以湘洞大橋基礎隱患檢測及安全性能評估工程為依托，并基于以往工作經驗及相關規范，總結一套適用于公路橋梁水下基礎隱患檢查及抗洪性能評估辦法。

1 檢測及評估的依據及方法

根據《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）第5.2.1 條中的評定標準，對既有橋梁的外觀病害調查評估、河床斷面檢測評估、基礎埋深評估、基礎基底檢測評估、基礎承載力評估等評價指標提出了具有可操作性和針對性的評估準則，根據以上準則對橋梁基礎狀態進行評定。評估主控指標如下。

1.1 外觀病害調查評估指標

主要檢測內容包括整體有無下沉、滑移、傾斜等異常變形，構造物有無開裂、破損、剝落、露筋、空洞、沖蝕、腐蝕、松動、灰縫脫落，基礎有無失效、脫空等病害。外觀調查病害結果按以下內容進行劃分評估：

（1）無明顯沖蝕、剝落；

（2）有沖蝕、剝落，面積小于10%，深度小于20mm；

（3）有沖蝕、剝落、露筋，面積超過10%，鋼筋銹蝕；

（4）沖蝕、剝落嚴重；樁頂外露或縮頸、露筋及鋼筋銹蝕嚴重；砌體松動、脫落或變形。

1.2 河床斷面檢測評估指標

對橋梁上、下游河床斷面線進行測量并繪制河床斷面圖。河床斷面檢測結果按以下內容進行劃分評估：

（1）河床穩定；

（2）河床基本穩定；

（3）河床有沖刷；

（4）河床不穩定，沖刷嚴重。

1.3 基礎埋深評估指標

測量河床實際標高與基礎構造物底面標高，計算得出基底埋深。每個基礎的四面都應進行探摸及河床標高測量。根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJ 024-85）3.1.1條相關規定：

（1）小橋涵基礎，在無沖刷處，除巖石地基外，應該在地面或河床底以下至少埋深1m；如有沖刷，基底埋深應在局部沖刷線以下不小于1m。

（2）在有沖刷處，大、中橋基底埋置在局部沖刷線以下的安全值，應按表1規定選用。

表1 基底最小埋深安全值

1.4 基礎基底檢測評估指標

通過地質鉆探方式，查明橋梁基礎的地質條件以及橋梁基礎地基及持力層基本情況，檢查地基是否失效、掏空，探明基礎基底埋深及持力層基本情況。

1.5 基礎承載力評估指標

對橋梁基礎現況進行結構驗算，分析河床進一步沖刷對基礎承載能力的影響，評估基礎的抗洪能力，對基礎進行安全評價。

2 評估準則

根據《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）第5.2.1 條中的相關規定，將公路橋梁的抗洪能力劃分為強、可、弱、差4個等級。

2.1 工程實例

2.1.1 橋梁概況

湘洞大橋位于連山壯族瑤族自治縣，橋梁類別為中橋，橋梁全長61.75m，橋面全寬5.1m，凈寬4.4m，跨徑組合5×12.35m。上部結構：各跨為普通鋼筋混凝土T梁，橫向由3片T梁組成。下部結構：墩臺為重力式及擴大基礎。橋面鋪裝：水泥混凝土鋪裝。基礎形式：墩臺基礎均為擴大基礎，橋梁現貌如圖1所示。

圖1 橋梁現貌

2.1.2 外觀病害調查

下部結構采用橋臺砌片石重力式結構，橋墩采用鋼筋混凝土重力式結構，墩基礎形式均為擴大基礎。本次檢查的主要病害為：

（1）全橋基礎均未見下沉、滑移、傾斜等異常；

（2）0#臺身麻面、骨料外露，未見露筋現象；

（3）2#墩身左側存在1處裂縫L=1.2m，δ=0.12mm；

（4）3#墩身右側存在2 處裂縫L1=0.4m，L2=0.6m，δ=0.05mm，墩身底部局部磨損露骨；（5）5#臺身局部破損，骨料外露，未見露筋現象。

2.1.3 河床斷面檢測

（1）對橋梁上、下游河床斷面線進行測量，通過高程數據進行擬合，繪制出河床斷面示意圖如圖2所示。

圖2 河床掃測圖

（2）本次測得基礎周圍河床示意圖如圖3所示。

圖3 基礎周圍河床示意圖

通過水下探摸檢測測得河床表層為淤泥、石塊。河床沖刷痕跡較小，但由于缺乏原始資料，后續需以本次河床檢測數據為依據，定期對河床標高進行檢測，以此更清晰地掌握河床變化情況。

2.1.4 基礎埋深檢測

（1）基底埋深情況。由于本橋年代久遠，缺乏相關設計施工資料，基底埋深無法獲知，因此利用基礎鉆探檢測法獲得，詳細檢查情況見表2。根據最不利原則判斷該橋最淺埋深為3#墩，基礎埋置深度為2.09m。

表2 基礎埋置深度反算表

（2）基底埋深一般規定。根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJ 024-85）3.1.1 條相關規定：湘洞大橋的橋墩基礎為淺基礎，持力層為卵石，按無沖刷考慮，基礎底埋深不應小于1.0m。該橋1#～5#墩基底埋深滿足規范要求，最小橋墩基底埋深為2.09m。

2.1.5 基礎基底檢測

湘洞大橋的墩臺基礎為淺基礎，根據鉆探結果，該橋基礎持力層為卵石層。具體土層參數如表3所示。

表3 橋墩基礎基底應力驗算

表4 橋墩基礎基底偏心距驗算

2.1.6 基礎承載力評估

對湘洞大橋現況基礎結構驗算，分析河床進一步沖刷對基礎承載能力的影響，評估基礎的防洪能力，對基礎進行安全評價。結合檢測情況對1#～4#墩基礎進行基礎結構驗算，結構驗算根據《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021-89）、《公路磚石及混凝土橋涵設計規范》（JTJ 022-85）、《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJ 024-85）要求進行，按照汽車-15 級、掛車-80 的荷載等級計算。

（1）有限元模型。結構驗算采用邁達斯civil 有限元軟件建立平面桿系模型，如圖4所示。

圖4 有限元模型

（2）基礎驗算。本橋橋臺為砌片石重力式結構，橋墩采用鋼筋混凝土重力式結構，墩臺基礎均為擴大基礎，根據驗算要求，對擴大基礎進行驗算。根據鉆探結果，湘洞大橋基礎持力層為卵石。

①荷載及荷載組合

a.計算荷載

結構重力：混凝土容重按26kN/m3計算，程序自動計入。

二期恒載：橋面鋪裝自重、護欄自重等均以線荷載形式分配到主梁上。

b.荷載組合

荷載組合Ⅰ：恒載+汽車（計入沖擊系數）。

荷載組合Ⅱ：恒載+汽車（計入沖擊系數）+溫度荷載+收縮徐變。

荷載組合Ⅲ：恒載+掛車。

②橋墩基礎驗算結果

對1#～4#橋墩沉井基礎基底應力、偏心距、抗傾覆及抗滑移穩定性進行驗算，驗算結果分別如表3～表5所示。根據以上驗算結果，現況結構橋墩基礎基底應力、偏心距及穩定性均滿足要求。

表5 橋墩基礎基底穩定性驗算

2.1.7 防洪性能評價

按照評定標準最差狀況的評定原則，橋梁抗洪性能評價表如表6所示，該橋防洪能力評定等級為可。

表6 橋梁抗洪性能評價

3 結束語

（1）對擴大基礎橋梁進行抗洪性能評估時，可通過外觀病害調查評估、河床斷面檢測評估、基礎埋深評估、基礎基底檢測評估、基礎承載力評估這5項性能指標進行總體評價。

（2）我國現存大量缺少原始資料的中小橋，隨著運營時間的增加導致的河床沖刷及車載重量的不斷增加導致的基礎承載力安全系數的降低，都會對橋梁抗洪性能造成影響，由于現行的《公路橋涵養護規范》，《公路橋梁技術評定標準》，橋梁養護管理辦法、文件，均缺乏有關橋梁水下基礎隱患檢查的詳細、操作性強的技術細則，本文旨在依據《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）中的相關規定，對涉水擴大基礎橋梁提出系統的抗洪性能評估，為我國公路交通行業的管養單位、設計單位及檢測單位提供一種細致、全面的抗洪性能評估方案。