某桥梁下部结构扩大基础和桩基础维修加固措施

 

该桥梁总长583m，上部结构采用30m标准跨径预应力T梁和16m钢筋混凝土空心板。上部结构采用结构简支、桥面连续。0号-7号墩台范围桥梁为主桥，跨越主河道， 跨径组成为（3×30+4×30）m 的T梁组成，其余跨均为16m钢筋混凝土空心板引桥。0号主桥台采用扩大基础肋板式桥台，1号-2号桥墩采用扩大基础双柱墩，其余主桥墩采用双柱式墩柱嵌岩桩，主桥墩柱直径均为1.5m，引桥桥台采用三柱式桩柱桥台，引桥桥墩均采用双柱式桩柱桥墩，引桥墩柱直径均为1.2m。

该桥于1997年建成通车，由于河道大量采砂，河床下降严重，0号-6号墩台范围为跨越主河床跨，目前桥位处河床地面相比桥梁竣工时高程平均下降3m左右，最深处达4m。其中尤以1号墩、2号墩的扩大基础病害严重。下面逐一叙述分析0号-6号墩台基础病害。

2.1  0号桥台基础病害

0号台为肋板式桥台，检查发现桥台已无护坡防护桥台，桥台覆土被大量冲刷，扩大基础外露，基础局部脱空，地层岩基面基本裸露。分析护坡破坏原因有二点：一是多年洪水冲刷护坡损毁所致；二是桥台处公路排水沟排出雨水常年冲刷桥墩台护坡，导致倾斜岩基外露。护坡损坏降低了桥台稳定性，加快基础底部岩基稳定性和强度。

2.2  1号-2号桥墩基础病害

1号-2号墩下部结构为扩大基础双柱式桥墩，检查发现柱侧存在施工时留下的沉井未拆除，沉井底部比扩基底部高程稍高。1号桥墩扩大基础底部有悬空现象，底部持力层呈倒梯形。1号墩靠近岸侧基础下部落在基岩上，靠近河心侧基础下部没有完全落在基岩上，基础下部局部为砂土。2号桥墩基础处于河水中，但水上河心侧沉井出现明显的倾斜，该处侧墙混凝土出现较宽开裂现象。目前1号墩和2号墩立柱还未出现明显倾斜现象。

分析基础冲刷原因：一是河道采砂严重，导致河床冲刷下降所致；另一原因为公路排水沟流水直接冲击1号墩柱基础附近土层，导致1号墩基础底部冲刷尤为严重。

扩大基础底部呈倒梯形原因：施工期间沉井下沉时岸侧先接触基岩，而另一侧沉井基岩线较深，此时沉井改侧未达到基岩，仅在砂土层，而沉井岸侧受岩基阻碍已不能下沉，于是施工单位便在沉井中浇筑扩大基础，造成部分基础没有落在基岩上，由于扩大基础上部尺寸比下部尺寸尺寸大，基础下部土体被冲刷掏空后，基础底部就呈现场看到的倒梯形形状。

沉井出现倾斜开裂可能原因：在洪水冲刷下，河床不断降低，造成沉井下部支承土体被掏空，造成沉井侧翻，不均匀沉降受力，局部出现开裂，并不断倾斜。

从沉井倾斜、基础脱空、地质钻探结果分析，扩大基础和沉井底部未完全接触倾斜基岩面。土层冲刷后，造成沉井倾斜，扩基悬空，造成扩大基础有效传力面积减少，稳定性降低。

2.3  3号-6号桥墩基础病害

3号-6号墩为桩柱式桥墩，现场检查发现3号-6号墩基础冲刷严重。该处地面冲刷平均深度达4m。原设计桩基嵌岩2m，经计算桩基各项力学指标安全系数较小[2][3][4]，特别是桩侧土压应力已超标。

根据0号-6号墩结构、病害以及钻探资料，结合专家组意见，对各墩台进行不同方法的维修加固处理。对0号台基础主要进行矩形挡土墙防护，并设置排水沟引流。对1号-2号墩基础主要进行封闭方体箱形嵌岩护墙防护，对墙内土体进行压浆，为减小施工对基础扰动，保留原沉井，对2#墩倾斜沉井基础以上部分进行切除。对3号-6号墩桩基础采取两种方案：一是利用椭圆形封闭箱形嵌岩护墙防护桩基免于冲刷，二是新增加承台和钻孔桩基分担原有基础荷载。

3.1  0号桥台基础维修加固措施

0号台主要采取护坡防护，为排水沟预留空间兼造价考虑，在外露桥台基础水平距离外缘1.5m处做C30混凝土挡土墙，挡土墙截面为矩形（主要考虑基岩面不平，矩形状易于施工），平面绕桥台成矩形进行布置，护坡基础嵌岩深度不小于2m。后在挡土墙上做混凝土护坡，坡度为1:1。同时对公路排水沟进行整治，防止流水侵蚀护坡，在护坡边做排水沟。

3.2  1号-2号桥墩基础加固措施

1号墩—2号墩主要采取防护兼加固策略，利用新嵌入基岩护墙对扩大基础进行防护。步骤是：签于扩基底部已出现脱空，施工前首先采用采用片石混凝土压实基础脱空部分，用钢板桩围堰对扩大基础进行施工期间临时支护。然后对基础与板桩围堰所围砂土进行双液压浆[1]，灌实基础下缘土体。做好基础施工期间支护后，在护墙外侧区域做护墙施工砂袋围堰，护墙基岩面清理好后指定位置采用12.7cm地质钻机钻孔基岩2m，嵌入钢管混凝土灌注桩[5]，同时保证护墙根部嵌岩0.2m，立模绑扎护墙钢筋、浇筑混凝土后，浇注混凝土，使护墙与钢管混凝土桩成为整体。回填基础周围覆土后完成扩大基础维修处理。

3.3  3号-6号桥墩基础加固措施

原桥桩基设计嵌岩深度2m，基础承载能力满足规范。但由于冲刷较为严重，安全系数较低。为保证桥梁持续正常使用对桩基进行维修加固处理，加固措施有两条：

（1）利用新增桩基进行加固

沿3号-6号墩系梁上缘位置向下增设2.4m高承台，新增承台与桩基、系梁接触面植筋。为增加立柱向承台传递荷载途径，在承台上缘沿原柱周新增1.5m高圆柱，在界面处植筋。由于新增高桩承台对河道泄洪能力影响较大，因此承台尺寸设计尽量小型化、线条平顺化。承台下新设计四根桩基支撑承台，新增设桩基嵌岩4m，桩径1.2m。新增桩基以及与原有桩基中距不小于桩径2倍[4]。

该方案可以较大程度提高下部基础承载能力，但需要对原有桩柱进行较多量的植筋，对原结构有一定损伤，造价较高，桩基施工需要操作空间较大，施工不方便。

（2）新增护墙防冲刷

由于桩基承载能力有一定安全度，可在桩四周直接做施工用砂袋围堰，在指定位置采用12.7cm地质钻机钻孔入基岩2m，嵌入钢管混凝土桩，同时保证护墙根部嵌岩0.2m，立模绑扎混凝土护墙钢筋、浇筑混凝土，使护墙与钢管混凝土桩成为整体。在护墙内外回填覆土后完成桩基础防护处理。

该方案可以永久防护桩基免于冲刷，并较少对原结构产生损伤和扰动，但对基础承载能力增加有限。施工中3号-6号桥墩基础维修最后采取第二种维修加固方案。