某大桥桩基冲刷病害加固设计探讨

李海涛

(四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041)

广汉市金鱼石亭江大桥建于20世纪80年代初期。该桥上部结构为混凝土砌悬链线空腹式板拱，共12孔，单孔净跨径30 m，矢跨比1/8，拱轴系数m=2.13，主拱圈全宽10.4 m，高0.9 m。1、2、9～11号墩为重力式墩、扩大基础，基底置于泥质及钙质胶结的卵砾石层上，3～8号墩(4、8号墩为施工制动墩，其余为普通墩)采用钻孔灌注摩擦桩基础，桩径1.8 m，桩身穿过较薄的砂夹层而将桩底置于较厚的胶结层上(图1)。

图1 广汉金鱼石亭江大桥

1 结构加固前状况

对金鱼石亭江大桥进行检测发现，该桥桩基掏刷状况十分严重，5～8号桩基地面线以上最大出露桩长分别为4.0 m、6.0 m、5.0 m和8.5 m，相应地面以下桩基推测埋深分别为13.5 m、11.5 m、10.0 m 和9.0 m(图2)。

图2 金鱼石亭江大桥基础冲刷

2 基础冲刷后桩基单桩承载力验算

2.1 效应计算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63－2007)，结构构件自身承载力采用作用效应基本组合进行验算，基本组合表达示为:上式中各项参数意义详见《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004)。根据计算，γ0Sud=11742 kN。

2.2 单桩受压承载力计算

由此得单桩轴向受压承载力容许值 [ Ra]=11706 kN。从计算可知，按目前的桩基埋置深度，最不利7号墩桩基单桩轴向受压承载力容许值已不满足。根据分析计算，该桥基础承载能力明显下降，应对该桥进行相应的基础加固。

3 基础加固方案研究

3.1 方案概况

金鱼石亭江大桥桩基础冲刷出露严重，加固维修拟采用加补新桩的方法提高其基础承载力，根据其桥型特点提出以下三种加桩方案。

(1)方案一:横向加桩。新桩位于原桩横桥向两侧，两侧各加一根桩，设承台连接原桥桩基与新设桩基，上部荷载通过承台传递至新加桩基(图3)。

(2)方案二:纵向加桩。新桩位于原桩顺桥向两侧，每根旧桩两侧各加一根桩，每个普通墩增加四根新桩，用承台将每根原有桩基与两根新桩连接，使其共同受力(图4)。

图3 方案一加桩立面示意

图4 方案二加桩侧面示意

(3)方案三:横向加桩。新加桩位于目前桩位横桥向两侧，两侧各加一根桩，上部墩身倾斜，将拱座加高加厚，与新桩基连接共同受力(图5)。

图5 方案三加桩立面示意

3.2 加固方案特点

由于此桥是拱桥，根据拱桥受力特点，在基础冲刷桩基外露后，基础刚度削弱，对拱桥受力不利。因此，方案比选应考虑方案对基础刚度的补强效果。

(1)方案一:能够对桩基础进行加强，解决基础承载能力不足的问题。但本方案承台工程量较大，且阻水面积较大，对环境及景观影响均较大;若承台置于当前河床面附近，则对桩基础纵向刚度没有补强效果。

(2)方案二:通过采用四根桩加强原桩承载能力，能够解决桥梁基础承载能力问题，但对基础刚度提高并无作用;且增设桩基工程量较大，承台阻水面积较大。

(3)方案三:本方案采用横向加桩，有效提高基础承载能力;采用斜墩与增强后的拱座连接共同受力，增强桥梁基础纵向刚度，斜墩水平分力通过系杆平衡。同时，加固后结构阻水面积较前两种方案小，受力更合理，且美观。

图6 方案三制动墩加固效果图

4 基础处治设计

根据广汉金鱼石亭江大桥的特点，考虑到受力特征、水文、美观等因素最终采用了方案三对其进行加固维修。

该方案在4～8号墩上、下游侧原桩基对应轴线处增设新桩，新增桩基直径1.8 m，距原桥桩基中心距离4.5 m。4、8号制动墩每墩增设4根新桩(见图6)，5～7号普通墩每墩增设2根新桩。新增桩基按摩擦桩设计，桩端埋入白垩纪砂岩层5 m以上，使其嵌入中(弱)风化岩层一定深度。

采用外包自密实钢筋混凝土加大原桥墩帽，在墩帽与新增桩基间设斜墩，通过斜墩将上部荷载产生的竖向力传递至新增桩基。上、下游斜墩间设置预应力拉杆，以平衡斜墩产生的水平推力。

5 小结

该桥于2008年完成基础加固施工，2010年8月洪水期，四川省石亭江、绵远河等几条干流上的多座桥梁受到水毁，部分桥梁甚至沉陷、坍塌，而该桥则经受住了此次洪水的考验，安然渡过了汛期。广汉金鱼石亭江大桥基础加固最终采用的加桩方案受力明确、结构美观，经实践证明，能显著提高桥梁基础承载能力，改善基础刚度性能，对桩基冲刷病害的成功加固具有一定的借鉴意义。