扩大基础桥梁水下基础隐患检查及抗洪性能评估方法

张凯旋 王志华

（北京特希达交通勘察设计院有限公司，北京 100000）

0 引言

由于现行的《公路桥涵养护规范》（JTG 5120-2021）、《公路桥梁技术评定标准》等文件主要侧重于桥梁整体结构的养护及技术评定标准，未对桥梁基础日常养护、隐患检查做出详细的检查标准及操作技术细则，桥梁管养单位和检测机构无法在常规定检中对桥梁基础作出可靠的评定结论并及时发现病害隐患。目前国内公路行业的桥梁管养单位和检测技术人员多来源于交通土建类专业，对于涉及水利相关的桥梁防洪评估问题，在知识上存在短板，因此桥梁的抗洪性能评估可作为我国桥梁行业下一步解决和研究的课题。基于此，以湘洞大桥基础隐患检测及安全性能评估工程为依托，并基于以往工作经验及相关规范，总结一套适用于公路桥梁水下基础隐患检查及抗洪性能评估办法。

1 检测及评估的依据及方法

根据《公路桥涵养护规范》（JTG 5120-2021）第5.2.1 条中的评定标准，对既有桥梁的外观病害调查评估、河床断面检测评估、基础埋深评估、基础基底检测评估、基础承载力评估等评价指标提出了具有可操作性和针对性的评估准则，根据以上准则对桥梁基础状态进行评定。评估主控指标如下。

1.1 外观病害调查评估指标

主要检测内容包括整体有无下沉、滑移、倾斜等异常变形，构造物有无开裂、破损、剥落、露筋、空洞、冲蚀、腐蚀、松动、灰缝脱落，基础有无失效、脱空等病害。外观调查病害结果按以下内容进行划分评估：

（1）无明显冲蚀、剥落；

（2）有冲蚀、剥落，面积小于10%，深度小于20mm；

（3）有冲蚀、剥落、露筋，面积超过10%，钢筋锈蚀；

（4）冲蚀、剥落严重；桩顶外露或缩颈、露筋及钢筋锈蚀严重；砌体松动、脱落或变形。

1.2 河床断面检测评估指标

对桥梁上、下游河床断面线进行测量并绘制河床断面图。河床断面检测结果按以下内容进行划分评估：

（1）河床稳定；

（2）河床基本稳定；

（3）河床有冲刷；

（4）河床不稳定，冲刷严重。

1.3 基础埋深评估指标

测量河床实际标高与基础构造物底面标高，计算得出基底埋深。每个基础的四面都应进行探摸及河床标高测量。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85）3.1.1条相关规定：

（1）小桥涵基础，在无冲刷处，除岩石地基外，应该在地面或河床底以下至少埋深1m；如有冲刷，基底埋深应在局部冲刷线以下不小于1m。

（2）在有冲刷处，大、中桥基底埋置在局部冲刷线以下的安全值，应按表1规定选用。

表1 基底最小埋深安全值

1.4 基础基底检测评估指标

通过地质钻探方式，查明桥梁基础的地质条件以及桥梁基础地基及持力层基本情况，检查地基是否失效、掏空，探明基础基底埋深及持力层基本情况。

1.5 基础承载力评估指标

对桥梁基础现况进行结构验算，分析河床进一步冲刷对基础承载能力的影响，评估基础的抗洪能力，对基础进行安全评价。

2 评估准则

根据《公路桥涵养护规范》（JTG 5120-2021）第5.2.1 条中的相关规定，将公路桥梁的抗洪能力划分为强、可、弱、差4个等级。

2.1 工程实例

2.1.1 桥梁概况

湘洞大桥位于连山壮族瑶族自治县，桥梁类别为中桥，桥梁全长61.75m，桥面全宽5.1m，净宽4.4m，跨径组合5×12.35m。上部结构：各跨为普通钢筋混凝土T梁，横向由3片T梁组成。下部结构：墩台为重力式及扩大基础。桥面铺装：水泥混凝土铺装。基础形式：墩台基础均为扩大基础，桥梁现貌如图1所示。

图1 桥梁现貌

2.1.2 外观病害调查

下部结构采用桥台砌片石重力式结构，桥墩采用钢筋混凝土重力式结构，墩基础形式均为扩大基础。本次检查的主要病害为：

（1）全桥基础均未见下沉、滑移、倾斜等异常；

（2）0#台身麻面、骨料外露，未见露筋现象；

（3）2#墩身左侧存在1处裂缝L=1.2m，δ=0.12mm；

（4）3#墩身右侧存在2 处裂缝L1=0.4m，L2=0.6m，δ=0.05mm，墩身底部局部磨损露骨；（5）5#台身局部破损，骨料外露，未见露筋现象。

2.1.3 河床断面检测

（1）对桥梁上、下游河床断面线进行测量，通过高程数据进行拟合，绘制出河床断面示意图如图2所示。

图2 河床扫测图

（2）本次测得基础周围河床示意图如图3所示。

图3 基础周围河床示意图

通过水下探摸检测测得河床表层为淤泥、石块。河床冲刷痕迹较小，但由于缺乏原始资料，后续需以本次河床检测数据为依据，定期对河床标高进行检测，以此更清晰地掌握河床变化情况。

2.1.4 基础埋深检测

（1）基底埋深情况。由于本桥年代久远，缺乏相关设计施工资料，基底埋深无法获知，因此利用基础钻探检测法获得，详细检查情况见表2。根据最不利原则判断该桥最浅埋深为3#墩，基础埋置深度为2.09m。

表2 基础埋置深度反算表

（2）基底埋深一般规定。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85）3.1.1 条相关规定：湘洞大桥的桥墩基础为浅基础，持力层为卵石，按无冲刷考虑，基础底埋深不应小于1.0m。该桥1#～5#墩基底埋深满足规范要求，最小桥墩基底埋深为2.09m。

2.1.5 基础基底检测

湘洞大桥的墩台基础为浅基础，根据钻探结果，该桥基础持力层为卵石层。具体土层参数如表3所示。

表3 桥墩基础基底应力验算

表4 桥墩基础基底偏心距验算

2.1.6 基础承载力评估

对湘洞大桥现况基础结构验算，分析河床进一步冲刷对基础承载能力的影响，评估基础的防洪能力，对基础进行安全评价。结合检测情况对1#～4#墩基础进行基础结构验算，结构验算根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85）、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85）要求进行，按照汽车-15 级、挂车-80 的荷载等级计算。

（1）有限元模型。结构验算采用迈达斯civil 有限元软件建立平面杆系模型，如图4所示。

图4 有限元模型

（2）基础验算。本桥桥台为砌片石重力式结构，桥墩采用钢筋混凝土重力式结构，墩台基础均为扩大基础，根据验算要求，对扩大基础进行验算。根据钻探结果，湘洞大桥基础持力层为卵石。

①荷载及荷载组合

a.计算荷载

结构重力：混凝土容重按26kN/m3计算，程序自动计入。

二期恒载：桥面铺装自重、护栏自重等均以线荷载形式分配到主梁上。

b.荷载组合

荷载组合Ⅰ：恒载+汽车（计入冲击系数）。

荷载组合Ⅱ：恒载+汽车（计入冲击系数）+温度荷载+收缩徐变。

荷载组合Ⅲ：恒载+挂车。

②桥墩基础验算结果

对1#～4#桥墩沉井基础基底应力、偏心距、抗倾覆及抗滑移稳定性进行验算，验算结果分别如表3～表5所示。根据以上验算结果，现况结构桥墩基础基底应力、偏心距及稳定性均满足要求。

表5 桥墩基础基底稳定性验算

2.1.7 防洪性能评价

按照评定标准最差状况的评定原则，桥梁抗洪性能评价表如表6所示，该桥防洪能力评定等级为可。

表6 桥梁抗洪性能评价

3 结束语

（1）对扩大基础桥梁进行抗洪性能评估时，可通过外观病害调查评估、河床断面检测评估、基础埋深评估、基础基底检测评估、基础承载力评估这5项性能指标进行总体评价。

（2）我国现存大量缺少原始资料的中小桥，随着运营时间的增加导致的河床冲刷及车载重量的不断增加导致的基础承载力安全系数的降低，都会对桥梁抗洪性能造成影响，由于现行的《公路桥涵养护规范》，《公路桥梁技术评定标准》，桥梁养护管理办法、文件，均缺乏有关桥梁水下基础隐患检查的详细、操作性强的技术细则，本文旨在依据《公路桥涵养护规范》（JTG 5120-2021）中的相关规定，对涉水扩大基础桥梁提出系统的抗洪性能评估，为我国公路交通行业的管养单位、设计单位及检测单位提供一种细致、全面的抗洪性能评估方案。