浅谈桥梁基础的冲刷悬空病因及应对措施

摘要:桥梁下部结构病害问题是影响桥梁施工及使用的关键问题,对桥梁基础的常见施工问题及病害进行了分析并对相应处理措施进行了研究提出了综合治理永久防护的措施。

关键词:桥梁 基础 墩台 病害 防治措施

桥墩基础冲刷预防护是近年河口与沿海地区特大型桥梁试用的安全防护措施,根据工程实际提出了桥墩基础冲刷预防护的科研、设计、施工要点及质量控制。下面就桥梁基础病害产生的原因与防治加固措施作以浅析。

1 桥梁基础的主要类型分类

大跨径桥梁的深水基础,往往需要解决施工技术上的许多难点,也往往是控制整个桥梁工程进度的关键工程,其费用也占桥梁造价相当大的比重。跨越大江大河、甚至跨越海湾的深水基础,取得了很大的成绩与不少新经验:大直径钢管桩、大直径混凝土灌注桩和空心桩、复合基础均得到较广泛的采用,地下连续墙已开始在桥梁基础中采用,超大的沉井也已经出现并顺利设置或下沉。这一切都标志着,桥梁基础工程技术已取得了很大的发展。下面按基础的主要类型进行介绍。

(1)大直径钻孔灌注桩。大直径灌注桩具有承载力大、刚度大、施工快、造价低的优点。国外很多采用直径2m～4m的大直径钻孔桩；

而且往往采用扩孔方法,直径可达3m～4m,而在日本横滨港横断大桥跨径460m的钢斜拉桥的基础中,将多柱基础嵌岩扩孔至直径10m,是目前世界最大的嵌岩直径。

(2)沉井。该基础承载能力大,刚度大,可以适用于深水,但体积庞大,随着桩基的广泛采用,沉井的应用范围有所减少。不过在特大跨径的桥梁中,沉井仍为主要基础型式之一。在大跨径桥梁的深水基础中,底节多采用浮式钢壳沉井,用双壁空心结构,浮运至墩位,灌水落床,再浇筑混凝土,接高下沉,直至设计标高。

(3)大直径钢管桩、柱。具有施工工艺简便、速度快,可沉入很深土层等优点,近年来发展很快。大直径钢管桩用作摩擦桩,经历两个阶段:初期一般在管内浇筑混凝土,以防止钢管的锈蚀。

(4)复合基础。将桩或管柱与沉井组合的一种深水基础。沉井下到一定深度,封底,然后钻孔,将沉井内的桩嵌岩,沉井封底与桩或柱共同受力。

2 桥梁基础的主要病害及病害成因 2.1 桥梁基础的主要病害

建立在天然地基上的浅基础常见的病害有:埋置深度浅、易受冲刷而掏空；埋置深度不足,受冻害影响；地基不稳定,易产生滑移或倾

斜。建立在岩石上的基础常见的病害有:基础置于风化石层上,风化部分未处理好,经水流冲刷而掏空或悬空:受地震时的剪切作用,易产生裂缝,各类基础的主要病害如下:人工地基基础:因处于软弱地基上,在竖向荷载作用下压实沉陷,使基础下沉；木桩基础:地下水位下降时,桩身常腐蚀；钢筋混凝土打入桩基础:打桩时,桩身受损坏；受水冲刷、浸蚀,产生空洞、剥落等；受船只或其它漂浮物的撞击而损坏。

钻挖孔桩基础:施工时淤泥未完全清除,就灌注混凝土,而使形成后的基础下沉；施工不当,或受水冲刷、浸蚀而产生空洞、剥落、钢筋锈蚀等；灌注混凝土过程中发生塌孔而未作处理,桩身部分脱空；受外力撞击而产生破坏。管桩基础:承载力不足而使基础产生下沉。

沉井基础:地基下沉时,基础也产生一些下沉；基础下沉不均时,桥台台背高填土受地基土侧向流动的影响时,基础产生滑移、倾斜；中间层为弱粘土层时,由于附近施工挖基坑和填土等而变位,常使基础变位；由于冲刷,沙层被冲走或由地震而使地基液化,使基础变位。

2.2 桥梁基础的主要病害成因

对于宽浅变迁河段,由于河床坡度比上游平缓,满水时从上游陡峻河床上推移来的大量泥沙多为卵砾石,远远超过了平缓河床上的挟运能力,因此河床上就发生多余泥沙的沉积,使河床逐渐升高,引导水流冲刷河床两岸,使河槽迁徙不定。在这些河段早期修建的桥涵,由于受经济条件的制约和对水流变迁特性认识不足,往往是岸滩上的基础埋

深较浅,基底标高与主河槽基底不一致。由于河槽摆动不定,原有岸滩若干年后可能变为主河槽,致使原有基础外露淘刷悬空。有些大中桥基础原本是明挖式基础及沉井基础。明挖式基础由于具有就地取材、节约造价、方便施工的特点。但在一些变迁性河段上,由于水流搬运的作用,一些浅滩可能是过去的旧河道,多由一些卵石、漂石、砂砾沉积所成,其深度少则几米,多则数十米,孔隙较大,且不稳定。因而在这样的地段基坑不可能开挖到稳定的老土持力层上,当河槽变迁时,原有的滩地可能再次变为主河槽,基石被冲刷淘空。由于当时河道挖沙采石用量很少,桥墩局部冲刷深度是基于水的自然作用力计算的,并未考虑到人力搬运作用,随着建筑业对河砂的需求急剧增加,挖沙取石不断升温,致使河床急剧下降,桥墩基础攀露悬空。另外在河流上游建库蓄水后,泥沙被拦截住,无法弥补下游被淘空取走的河沙,致使基础长期外露。由于上游蓄水后,水位加高,汛期水位一旦高于警戒线后就要提闸放水,水位落差人、势能强,加剧了对桥墩基础的冲刷淘空。施工过程若施工质量控制不好,浆砌基础砂浆标号低,砂子杂质多、砌石石质差、尺寸小、砌垒不规范、灌浆不饱满,致使基础整体性差,抵抗水的冲刷能力弱。另外基坑开挖时未进行钎探,致使基础坐落在软弱下卧层上；或因设计中地质勘探不细,地基承载力确定不准；基底地质复杂、受力不均等引起基础倾斜、开裂、滑移、沉降等病害。

3 桥梁基础的病因的主要防治措施

(1)对于在卵石沉积层较厚的河床上修建的桥梁基础,受洪水冲刷往往会造成局部悬空,一般可采用基底压注水泥浆的办法进行处理。由于砂质河床松散、流动性大,一旦冲空就急剧扩大,引起大而积坍塌,顷刻即可毁掉整个桥梁基础,对于这类桥可采取在上游设截水墙,下游设梯级跌水墙,桥孔中问满铺浆砌片石的方案进行加固。

(2)采用水泥压浆法稳定基础。根据渗水性灌浆理论,浆液的扩散距离与压力成正比。为了创造一个边界,以使用浆量达到所需压力,先在基础周边立模浇筑硅,然后用级配卵石回填至基础墩台顶,在回填的同时埋入10根管壁上钻有多个细孔的压浆管。

(3)浇灌的硅强度达到20MPa时进行压浆。压浆材料用425撑普通硅酸盐水泥、粉煤灰、铝粉膨胀剂和水玻璃配制为了防止浆液随地下水经卵石空隙流走,采取两次压浆法,即先按0.5MPa～1MPa压力对外圈孔注浆,待初凝充填周围卵石空隙后,再进行第一次压浆,使灌浆压力到1.5MPa～2MPa为止。

(4)对于桥位斜交角度过大又处于次稳定性河段上的桥梁可通过采取调治、疏通上游河道的办法改变水流方向,解决绕流冲刷基础问题。当桥基础被洪水冲刷淘空后,应采取永久加固措施,确保桥基永久安全。要根据河床地质、病害程度采取不同的措施。

4 结语

应运用科学的手段和方法合理论证、正确判断桥梁基础病害成因,并采取有可行的预防加固措施,对予发挥旧桥功能,节约资金,保证公路运输安全具有重要的现实意义。对旧桥基础病害的加固,不可能有一个固定模式,必须根据桥位所处地质、水文条件、桥型结构、施工技术条件等综合考虑,确定出符合实际的加固方案。

参考文献 [1]

姚锦宝.铁路桥梁基础受冲刷对桥墩自振特性的影响分析

[J].中国铁道科学,2010(1):44～48.