四川省AB大橋病害治理的研究及設(shè)計方案優(yōu)化

張增亞

(四川省公路工程咨詢監(jiān)理事務(wù)所，四川成都610041)

四川省AB大橋病害治理的研究及設(shè)計方案優(yōu)化

張增亞

(四川省公路工程咨詢監(jiān)理事務(wù)所，四川成都610041)

在介紹四川省AB大橋的工程概況之后，分析了該橋病害現(xiàn)狀及病害形成機理。針對右岸拱座地基加固提出風(fēng)險分析及應(yīng)對措施，明確地基加固順序，論述方案擬定及比選過程，提出加固建議，形成結(jié)論。

病害形成機理；風(fēng)險分析及應(yīng)對措；方案優(yōu)化

1 工程概述

AB大橋所處道路等級：二級公路；設(shè)計速度V=40 km/h。該橋梁是一座1-50 m的空腹式拱橋，原設(shè)計荷載等級：汽-20(新建荷載：公路-II級)；地震烈度：設(shè)計基本地震加速度0.20 g，按基本地震烈度8°設(shè)防；設(shè)計洪水頻率：P=1/100。該橋經(jīng)歷“5.12”大地震，且震后多次洪水對橋梁基礎(chǔ)的沖刷，對橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造成了嚴重破壞。在發(fā)現(xiàn)該橋存在安全隱患后，業(yè)主單位邀請檢測機構(gòu)對該橋進行了全面檢測。檢測結(jié)論：五類橋梁，需要重建或加固。

2 橋梁病害現(xiàn)狀及病害形成機理

橋梁地基為抗風(fēng)化及沖刷能力較弱的薄層狀板巖夾絹云千枚巖，屬軟質(zhì)巖。巖層板理內(nèi)傾，受3組節(jié)理面切割，完整性較差，為碎塊狀。病害現(xiàn)狀主要是右岸原埋置于板巖夾千枚巖內(nèi)的拱座基礎(chǔ)因沖刷淘蝕，基礎(chǔ)底部前緣局部臨空、裸露，拱座底部因而受力情況出現(xiàn)改變，致使拱腳部位出現(xiàn)水平向延伸的橫向裂縫(據(jù)了解，該橫縫并未貫穿拱腳)。

若不及時對該橋梁病害進行針對性加固治理，任由拱座基礎(chǔ)下地基巖石繼續(xù)受風(fēng)化、沖刷淘蝕作用，則該橋?qū)⒁虻鼗掷m(xù)性受損，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞而失穩(wěn)(見圖1)。

其次是左岸拱座基礎(chǔ)右側(cè)(面向大樁號方向分左、右)于“5.12”大地震后出現(xiàn)順砌塊灰縫追蹤發(fā)育的間斷裂縫；左側(cè)未見明顯對應(yīng)裂縫，既有裂縫現(xiàn)今未見明顯發(fā)展(見圖2)。

鑒于該橋病害是由拱座基礎(chǔ)下地基條件出現(xiàn)局部改變引起的，故治理工程須由地基治理開始，拱座基礎(chǔ)下的橋梁地基加固構(gòu)成了病害治理工程的主體部分。

圖1 基礎(chǔ)嚴重破壞的右岸橋臺實景

圖2 左岸拱座右側(cè)裂縫實景

3 右岸拱座地基加固風(fēng)險分析及應(yīng)對措

3.1 加固風(fēng)險因素及建議加固措施

由于該岸拱座地基病害實為河流沖刷淘蝕，造成其前緣臨空，并經(jīng)風(fēng)化破碎，地基承載能力下降所致。故一切在施工過程中進一步加劇(或加快)地基臨空暴露的加固工程措施等因素都須列為禁止之列。故建議采用基本無開挖工程的“先護后樁、混凝土包埋圍合，再高壓注漿固結(jié)地基的漸次成型地基加固技術(shù)”。

3.2 風(fēng)險監(jiān)控與預(yù)報

開展橋梁拱圈的變形位移監(jiān)測；既有裂縫的發(fā)展情況監(jiān)測(含開啟寬度與延伸長度等監(jiān)測項，以及貼玻片的直接觀測等方法)等工作。實施風(fēng)險應(yīng)對措施：工作應(yīng)由相應(yīng)專業(yè)資質(zhì)單位承擔(dān)。每次監(jiān)測結(jié)果應(yīng)及時向有關(guān)各方通報，并及時跟進對策措施。

4 設(shè)計方案擬定、比選及優(yōu)化

設(shè)計單位初次擬定初步設(shè)計方案如下：

方案一：推薦方案拆除原拱橋重建，上部為4×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁；橋?qū)挘?.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；下部采用樁柱式橋墩，0號臺采用樁基蓋梁，4號臺為重力式U型臺明挖擴大基礎(chǔ)。概算總造價732.50萬元，其中建安費578.16萬元，計劃工期14個月。

方案二：拆除原拱橋重建，上部為1×50m鋼筋混凝土板拱；橋?qū)挘?.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；重力式U型臺明挖擴大基礎(chǔ)。概算總造價850.12萬元，其中建安費675.25萬元，計劃工期12個月。

接受業(yè)主委托后，四川省公路工程咨詢監(jiān)理事務(wù)所咨詢部于2014年8月14日派出橋梁、地質(zhì)等專業(yè)的咨詢專家，對四川省AB大橋病害進行現(xiàn)場考察。咨詢專家通過對病害橋梁的觀察，詢問原橋設(shè)計、修建、養(yǎng)護及檢測等參與人員的情況介紹，查閱檢測報告，經(jīng)各方現(xiàn)場會商研討，設(shè)計單位在監(jiān)理事務(wù)所專家組指導(dǎo)下，形成如下之初步設(shè)計方案：

方案一：拆除原拱橋重建，上部為4×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁；橋?qū)挘?.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；下部采用樁柱式橋墩，0號臺采用樁基蓋梁，4號臺為重力式U型臺明挖擴大基礎(chǔ)。概算總造價732.50萬元，其中建安費578.16萬元，計劃工期14個月，系設(shè)計推薦方案。

方案二：拆除原拱橋重建，上部為1×50 m鋼筋混凝土板拱；橋?qū)挘?.5 m防撞欄桿+11.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿；重力式U型臺明挖擴大基礎(chǔ)。概算總造價850.12萬元，其中建安費675.25萬元，計劃工期12個月。

方案三，對原拱橋進行維修加固，橋?qū)挘?.5 m防撞欄桿+7.0 m機動車道+0.5 m防撞欄桿。概算總造價192.56萬元，其中建安費153.63萬元，計劃工期3個月。

雖橋梁基礎(chǔ)受沖刷淘蝕致拱座基礎(chǔ)前緣外露臨空，約束度下降，構(gòu)造嚴重破壞，但主拱及拱上建筑基本完好。經(jīng)由行業(yè)管理、業(yè)主、審查機構(gòu)及設(shè)計單位聯(lián)合召開的評審會議審查，通過經(jīng)濟、技術(shù)等各方面綜合比較，最終確定方案三為推薦方案，即對原拱橋進行維修加固，概算總造價192.56萬元，其中建安費153.63萬元，計劃工期3個月。

5 建議地基加固順序

(1)施作底噴層-錨桿掛網(wǎng)-再施作面噴層，恢復(fù)拱座基礎(chǔ)的部分約束條件。

(2)打設(shè)小直徑多排鋼管樁、澆筑包埋混凝土并預(yù)埋高壓注漿管PVC導(dǎo)向管，再作注漿管造孔、注漿加固地基。

(3)橋梁裂縫等局部缺陷修復(fù)。

6 維修加固的建議

(1)立即建立針對橋梁關(guān)鍵結(jié)構(gòu)——主拱圈的沉降、位移監(jiān)測系統(tǒng)，并立即開始監(jiān)測作業(yè)(此項工作應(yīng)持續(xù)至全橋加固結(jié)束后，再延續(xù)一段時間)。以監(jiān)測數(shù)據(jù)作為保證加固決策科學(xué)合理；施工風(fēng)險可控，人機安全；工后評價讓數(shù)據(jù)說話，有效排除人為臆斷與假象干擾。

(2)補測右岸拱座及上、下游的地形、地質(zhì)斷面。數(shù)量為：中線及拱座兩側(cè)邊緣各1條，距拱座邊緣上、下游側(cè)5 m處各1條，共5條，用其初步確定拱座基礎(chǔ)的實際臨空情況，并據(jù)此初步估算地基的耐受程度。

(3)采用網(wǎng)噴混凝土封閉基下及上、下游一定范圍內(nèi)的臨空暴露巖面，防止風(fēng)化與河流沖刷、淘蝕作用等進一步削弱地基的完整性與承載能力，延遲病害發(fā)展，為地基加固贏得時間。

(4)于擬防護加固的地基范圍之邊緣打設(shè)壁厚9 mm，直徑168 mm的無縫小直徑鋼管樁。按照經(jīng)驗，可能需要3排，排間距可采1.10 m，樁間距1.20～1.30 m。

(5)澆筑混凝土將鋼管樁包裹在內(nèi)，并封埋拱座基礎(chǔ)下部，恢復(fù)原地形對基礎(chǔ)的圍限約束條件，保護基下軟巖地基免受風(fēng)化及河流沖刷的不良作用。

(6)打設(shè)高壓注漿鋼花管，對基下破碎之承重巖石作固結(jié)灌漿，提高承載能力。施工時，注漿鋼花管無須拔出，其所具有的加筋、斜撐、連接、與錨固等綜合作用可進一步提高地基的整體性與工程適應(yīng)能力。大直徑之挖孔樁或鉆孔樁因存在爆破或機械振動，以及單輪次挖空量較大，對地基的損傷較強，均不宜選作加固工程措施。

7 結(jié)論

(1)原拱橋維修加固方案能節(jié)約投資、縮短斷道時間及施工工期。

(2)基本無開挖工程的“先護后樁、混凝土包埋圍合，再高壓注漿固結(jié)地基的漸次成型地基加固技術(shù)”應(yīng)用于該橋橋臺病害治理。

(3)分析了該橋病害現(xiàn)狀及病害形成機理，針對右岸拱座地基加固提出風(fēng)險分析及應(yīng)對措施，同時提出地基加固順序建議，明確橋梁維修加固注意事項。論證方案比選及制定過程，為同類橋梁維修加固積累理論及實踐經(jīng)驗。

(4)避免了拆除重建，社會影響小，取得良好的社會效益。

(5)由于未采用拆除重建方案，避免了拆除原橋產(chǎn)生的廢方，同時避免了新建橋梁需要消耗的沙、石、鋼材等建筑材料，有利于環(huán)境保護和建設(shè)節(jié)約型社會。

U445.7+1

B

1009-7716(2015)08-0066-02

2015-04-27

張增亞(1972-)，男，河北石家莊人，高級工程師，從事路橋工程設(shè)計文件審查工作。