湾则水库蓄水对侯月铁路县河1～3号大桥的影响及加固措施

蔚 涛

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 概述

湾则水库是沁水县县河干流上的中型控制性工程，库区水面面积2.86km2，防洪标准为50年一遇设计[1]，500年一遇校核，多年平均流量2.54m3/s。工程于2015年完工，水库正常蓄水位718.0m，最高水位721.8m，汛限水位711.0m。湾则水库水域呈狭长S形，水域长4km，平均水深约10m，平均宽度约350m，最大水深28m。工程区基本地震加速度值为0.10g，抗震设防烈度为7度。

侯月铁路自山西侯马至河南月山，于1994年建成通车。县河1～3号大桥桥梁布置为简支T形桥梁孔跨，桥墩均为单线圆端形薄壁空心墩结构，由墩帽、墩身和基础组成，混凝土标号为C25，墩壁为平均厚度1m的钢筋混凝土。在校核洪水位条件下，桥墩淹没最大深度25.5m，最小深度10m，平均淹没水位718.0m，桥墩顶平均高程725.0m，基础平均高程696.5m。

2 对1～3号桥的影响

侯月铁路县河1、2号大桥下部淹没于库区内，距离大坝坝址分别为215m～895m、35m～180m，桥高分别为33.5m、32.2m，桥长分别为370.32m、405.56m。县河铁路1～3号大桥基本位于河漫滩及河流Ⅰ、Ⅱ级阶地，湾则水库建成后，鉴于该段河道地形条件，无法避开水库蓄水后对县河1、2号大桥桥墩的淹没。根据县河铁路1、2号桥桥址区的水文计算和防洪评价结论，蓄水抬高水位后，桥墩长期处于干湿交替的环境中，混凝土中含水量过大，会因水在毛细孔中冰冻而造成裂缝，使混凝土的耐久性下降，引起钢筋锈蚀膨胀，造成混凝土保护层的开裂和剥落，影响安全，发生冻融剥蚀等。同时县河铁路1、2号桥边缘桥墩紧邻库岸，两侧库岸地形陡峻，斜坡坡度局部可达到70°～90°，地质灾害预测会发生小型崩塌体和滑塌体，现场经常发生落石，所以对侯月铁路县河1、2号大桥桥墩进行加固防护是非常必要的。

县河铁路3号桥位于湾则水库坝址下游主河槽，距离大坝坝址最近315m，桥高为32.6m，桥长为205.62m。根据防洪评价的结论，湾则水库调洪后的下泄流量，会对该桥的2座桥梁基础产生大的冲刷影响，泄流所产生的波浪压力及扰动都会对基础产生不利影响。桥墩施工时两侧回填压实度较差，极易引起冲刷，因此对其进行加固是非常必要的。

3 加固措施

3.1 县河1号大桥加固措施

县河1号大桥共有10座桥墩位于湾则水库库区内，其中2～5号桥墩基础位于河槽内。其基岩地层岩性为奥陶系中统上马家沟组中段（Q2S3）深灰色厚层灰岩夹灰绿色、灰黄色泥灰岩，强风化带厚2～4m，岩层产状N5°W/SW∠20°，右岸坡上部为二级阶地，地层岩性表层为第四系上更新统坡洪积（Q3dpl）淡黄色低液限粉土，其下为卵石混合土，结构松散，厚度0～10m；左岸坡上覆第四系上更新统坡洪积（Q3dpl）淡黄色低液限粉土，厚度0～3.7m。沟底堆积第四系全新统洪冲积（Q4pal）卵石混合土，结构松散。砾卵石主要成分为灰岩，磨圆度呈次棱角～次圆状，分选差。细粒主要成分为岩屑等，厚度0～5.5m。施工时清除覆盖层，将基础置于弱风化基岩，地基承载力地质要求为1200～1500kPa。对2～5号桥墩采用在既有混凝土基础周边增加8根φ125cm钻孔灌注C25混凝土桩进行基础加固的处理措施，桩底置于河床最低点以下不少于5m，同时相应在河床以上0.2m、河床以下1.3m内设置6×6m的C25混凝土承台。为增加整体性，对加设承台影响范围内的既有墩身侧面、基础顶面采用化学植筋16mm钢筋的方式埋设钎钉、凿毛处理，植筋间距1m，单根植筋长1m。

为减少墩身混凝土受水位变动和冲刷的影响，对位于水库校核洪水位721.80m至正常蓄水位718.00m以下5m之间水位变动范围的2～9号既有墩身表面涂刷防水涂料。防水涂料以ECM水乳环氧树脂砂浆为主剂，经混合固化后形成一种耐磨损、高强度、高粘结力抗冲的固结体，具有简便快捷、性能优良，无污染的特点，抗渗、耐盐、抗冻、耐酸防腐蚀性能、耐碱及修补加固补强性能。涂刷防水层的基层要求手持电动砂轮抹平、压光、坚实平整，不起砂，含水率低于9%。

为减少水面结冰对墩身可能面临的冰排挤压和摩擦，增加冰面破碎的机能，对位于正常蓄水位718.00m上下各2m范围的2号～9号既有墩身包裹耐候钢板，钢板型号为Q235NH。

两侧岸坡加固防护：在桥梁中心线上下游各25m范围内，对位于两侧岸坡旁的1号墩、10号墩处的两侧河岸采用浆砌片石进行河岸防护，施工前先采取逐层排险的办法对不稳定岩石和坡面堆积风化体进行卸荷，防护高度为水库设计洪水标准50年一遇的设计洪水位719.38m以上1m，浆砌片石厚度不低于0.4m。

3.2 县河2号大桥加固措施

县河2号大桥共有14座桥墩位于湾则水库库区内。其中7～14号为空心墩，壁厚为1m～1.2m，底部为2m厚毛石混凝土。2号大桥基础地质情况为：基岩裸露，岩性为奥陶系中统上马家沟组中段（Q2S3）深灰色厚层灰岩夹灰绿色、灰黄色泥灰岩，强风化带厚2～4m，仅在岸坡顶部上覆厚0～1.5m厚的低液限粉土层。右岸表层岩性为第四系全新统（Q4pal）卵石混合土层，厚度约5～7m，施工时清除覆盖层，将基础置于下伏奥陶系中统上马家沟组弱风化灰岩。左岸基岩岩性为奥陶系中统上马家沟组中段（Q2S3）深灰色厚层灰岩夹灰绿色、灰黄色泥灰岩，强风化带厚2～4m，仅在岸坡顶部上覆厚约0～1.2m的低液限粉土层。施工时清除覆盖层，将基础置于弱风化基岩，地基承载力地质要求值1200～1500kPa。由于桥墩为空心结构，漏水面较多，本次加固设计采取对7～12号空心墩内部采用C20混凝土回填密实至水库校核洪水位721.80m处的处理方法，以保证在水库水位变动范围内的空心墩内不积水，消除墩内积水冻胀的影响。

对6号桥墩、7～12号桥墩、14号桥墩采用φ125cm钻孔灌注C25混凝土桩进行基础加固处理措施。其中，6号桥墩，在桥台基础前方增加3根φ125cm钻孔桩，桩底置于现基底以下不少于5m，且置于新鲜岩面下不少于2倍设计桩径，同时在河床以上0.2m、河床以下1.3m内相应设置6×6m的C25混凝土承台；7～12号桥墩，由于位于主河槽，地质较差，在原有基础周边增加14根φ125cm钻孔桩，桩底置于现基底以下不少于5m，且置于新鲜岩面下不少于2倍设计桩径；对位于二级阶地的14号桥墩，在原有基础周边增加8根φ125cm钻孔桩，桩底置于现基底以下不少于4m，且置于新鲜岩面下不少于2倍设计桩径。为增加整体性，对加设承台影响范围内的既有墩身侧面、基础顶面采用化学植筋18mm钢筋的方式埋设钎钉、凿毛处理，植筋间距1m，单根植筋长1m。

为减少墩身受水位变动的影响，对位于水库校核洪水位721.80m至正常蓄水位718.00m以下2m之间水位变动范围的1～14号墩身表面涂刷防水涂料。涂料材料及施工要求均同1号大桥。

为减少水面结冰对墩身的冻融影响，对位于正常蓄水位718.00m上下各2m范围的1～14号墩身包裹耐候钢板。钢板型号均同1号大桥。

两侧岸坡加固防护：在桥梁中心线上下游各25m范围内，对位于右岸岸坡上的1～2号桥墩之间、对位于左岸岸坡上的14号桥墩两侧河岸采用浆砌片石进行河岸防护，施工前先采取逐层排险的办法对不稳定岩石和坡面堆积风化体进行卸荷，防护高度不低于设计洪水位（水库设计洪水标准为50年一遇）719.38m以上1m，浆砌片石厚度不低于0.4m。

3.3 县河3号大桥措施

县河3号大桥共有7～8号桥墩位于坝址下游改道后的主河道内，地表岩性为第四系上更新统坡洪积（Q3dpl）低液限粉土，结构松散，厚1.2～3.7m。下伏Q2S3深灰色厚层灰岩夹灰绿色、灰黄色泥灰岩，地基承载力地质要求值1200～1500kPa。由于水库修建后泄水量集中，下游河床过水面束窄，加大了水流冲刷河床深度，根据防洪评价报告，水库调洪后的最大下泄流量对该桥基础产生的冲刷深度达到4.2m。3号大桥桥墩处理措施为：对7号、8号桥墩采用φ125cm钻孔灌注C25混凝土桩进行基础加固的处理措施，即在既有基础周边增加10根φ125cm钻孔桩，桩底置于既有基底以下不少于5m，且置于新鲜岩面下不少于2倍设计桩径，同时相应在河床以上0.2m、河床以下1.3m内设置7×7m的C25混凝土承台。为增加整体性，对加设承台影响范围内的既有墩身侧面、基础顶面采用化学植筋20mm钢筋的方式埋设钎钉、凿毛处理，植筋间距1m，单根植筋长1m。

同时，对7～8号空心墩内部采用C20混凝土回填密实4m高的处理方法，以满足由于设置加固承台需在墩身埋设钎钉的要求。

4 结语

从3座大桥桥墩加固防护施工完成后的防护效果看，侯月线县河铁路1～3号桥桥墩加固设计方案合理，施工方措施得力，与湾则水库同时施工且完成较早。经铁路质量监督部门各项监测资料成果看，加固防护原材料配比合格，混凝土强度满足设计要求，工程外观质量良好，施工质量总体受控。自湾则水库2015年蓄水以来，根据3个水文年的侯月铁路动载运行记录、洪水浸淹及冲刷监测记录，尤其是2017年较大洪水的冲刷，侯月铁路县河铁路1～3号大桥桥墩防护体、河岸防护均保持完好，经铁路部门巡检人员多次实地查勘，均未发现安全隐患，耐水淹、抗洪、抗冲能力较好。以后也应加强侯月铁路县河铁路1～3号桥桥墩的变形观测，加强与铁路安全监测部门的联系，遇有异常情况及时处理，确保大桥安全。