摘要：卵石河床容易发生冲刷，且冲刷及桥墩局部冲刷深度较大，在此类河床中设置的桥墩易发生因过度冲刷而发生桩基裸露、混凝土剥落、桩基竖向承载力下降等病害。本文以位于温州市飞云江上游的高楼大桥桥墩桩基冲刷后竖向承载力不足为工程背景，提出卵石河床增补桩基加固设计的要点，为类似桥梁的加固设计提供参考。
关键词：卵石河床；河道冲刷；桩基加固；钻孔灌注桩
桩基为桥梁下部结构的重要组成部分，起到将上部结构的恒载、汽车活载、桥墩墩身恒载、风荷载等桥梁作用传递至桥位处地基的作用，对桥梁结构安全起到基础性的作用。若桥位处地基发生过度冲刷，将导致桥梁桩基侧摩阻力减少，桩顶（冲刷线处）竖向力增大、土体对桩基约束减少、桩身弯矩增大等不利情况，使得桩基的竖向承载力大幅下降，桩基结构处于不利的受力工况，严重危及桥梁结构安全，本文以温州市S230青岱线高楼大桥31号桥墩增补桩基加固为工程背景，提出桥墩增补桩基加固的设计要点，为类似桥梁加固设计提供参考。
1.工程概况及桩基病害情况[4]
高楼大桥位于瑞安市S230青岱线，桥梁中心桩号为K73+126。桥梁全长812.2m，共39跨，桥梁配跨为：8x16+22x20+5x 35+20+3x16m，主孔采用35m装配式预应力混凝土T梁，其余孔采用16、20m预应力混凝土空心板，桥面连续结构；桥梁下部结构：桥墩均采用柱式，桥台采用重力式，桥墩基础采用单排桩基，桥台基础采用双排桩基。桥梁横向布置为：0.5m（护栏）+9.0m+0.5m（护栏）=10.0m；桥梁设计荷载：汽-20，挂-100。本次加固涉及的31#墩为桩柱式墩，桩柱直径1.5m，基础为钻孔灌注桩，其上部结构为35m预应力混凝土T梁，31#墩桩基桩基轴向受压承载力容许值不小于5217.4kN。
桥梁位于飞云江上游，桥位处河道属山区游荡型河流，汛期主河槽易发生摇摆，对所经桥墩地基产生严重的冲刷，且桥梁上游为赵山渡水库，泄洪时水量、水流流速较大，且河床为卵石土河床，卵石含量90%以上，卵石粒径约3-15cm，属于易发生冲刷的河床。
随着使用年限的增加及施工质量控制不佳、赵山渡水库泄洪、下游挖沙活动、2016年“莫兰蒂”台风引发的河道水位暴涨、河道冲刷等原因，高楼大桥31#桥墩现状的主要病害有：因施工质量不佳，31-2#桥墩立柱空洞、露筋锈蚀，空洞深度10cm，砼破损面积约0.77m2；现场桥墩位置处河床冲刷下切约3.2m。根据特检报告[5]关于31#墩桩基竖向承载力的验算结果，31#墩桩基竖向承载力不满足原设计的要求。
31#桥墩桩基冲刷情况（cm）
2.桩基加固方案比选
本次桩基加固的目的是提高桩基竖向承载力，可选的加固方案较多，如桩周土体注浆加固、增补钢管桩或混凝土预制桩加固、增补钻孔灌注桩加固等。
考虑到桩周土体注浆加固注浆量较大，造价偏高且水泥浆液对山区河流环境可能造成的污染，故不考虑桩周土体注浆加固方案。
增补桩基加固可有效提高桩基的承载力、纵向抗推刚度及稳定性，提高桥梁的安全性及使用性能，故本次桩基加固采用增补桩基加固。
在选用增补桩基类型的选取上，笔者认为大直径的钢管桩或预制桩施工时振动较大，施工噪声对桥上交通也有不利影响，且两种桩基均为挤土桩或部分挤土桩，其施工对现有桩基存在一定的不利影响，故不采用钢管桩或预制桩，因此增补桩基选用钻孔灌注桩进行加固，考虑增补桩基及承台的阻水，并减少局部冲刷作用，设计采用横桥向增设桩基的形式，新老桩基间设置断面为2.5×2.5m，长度为15.5m的承台，新老桩基中心距为3.75m，考虑较少承台开挖施工对桥梁原有桩基的影响，承台设置时承台底标高与现状整平后的河岸高程一致。
3.增补桩基桩长设计[1]
增补桩基桩长设计计算要点如下。
⑴新增桩基承担补桩承台自重、老桥桩基承载力不足部分；
⑵考虑主河槽迁移导致31#桥墩处河床标高降低至现状主河槽底的情况，此时河床下切约13m，老桩有效桩长仅剩8.8m，桩基轴向受压承载力容许值仅2460.3kN，在此情况下，新增桩基竖向承载力仍能满足规范要求。
根据上述计算要点，新增桩基桩长（按增补桩承台底起算）较老桩长约11.5m。
需要注意的是，增补桩基施工时应严格防止发生塌孔危及原桩承载力及卡钻、断桩等可能导致废桩的情况，发生上述情况处理难度较大。
4.增补桩基承台设计[3]
增补桩基承台设计的基本要求是使新老桩基能共同承当上部结构及桥墩墩身传递的竖向力，在考虑河道主槽迁移导致31#墩处发生严重冲刷的且裸露桩身发生严重磨损的情况下，不考虑老桩对承台的支撑作用，此时需要在承台内设置预应力，以确保承台结构的传力作用及其自身的安全耐久性。承台预应力钢束设置时，按A类预应力构件进行设计，在不考虑老桩支撑作用及考虑老桩支撑作用的情况下，承台正常使用极限状态下的抗裂计算均满足规范要求。
5.河床冲刷防护设计[4]
为确保加固桥墩在上游水库日常泄洪情况下能维持较好的受力状态，对桩基周边桥梁上、下游20m范围内河岸进行抛石整平后设置向河心侧1：1.5的放坡，再采用30cm厚浆砌片石铺砌，以保护桩基周边土体稳定。对河道，采用抛大块石发的方式进行防护，抛石顶高程按设计时的河床高程控制。
6.结论
本文提出了一种桥墩发生冲刷的情况下增补桩基加固的设计思路，目前该桥31#墩增补桩基加固已施工完毕，运营期间效果良好，有效地改善了桥墩桩基的受力状态，提高了加固桥墩的安全和耐久性，可作为类似桥梁加固设计的参考。
参考文献：
［1］JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范
［2］JTG/T J23-2008公路桥梁加固施工技术规范［S］
［3］JTG3362-2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］
［4］温州市交通规划设计研究院.S230青岱线瑞安市高楼大桥31#墩桩柱加固维修工程施工图设计［R］.2017.9
［5］苏交科集团股份有限公司检测中心.《S230青岱线温州瑞安市高楼大桥（K73+126）31#墩桩基承载能力检算报告（编号：022617272）》2017.03
论文作者:方如军1,陈苗苗2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
标签：桩基论文; 桥墩论文; 桥梁论文; 承载力论文; 河床论文; 卵石论文; 预应力论文; 《基层建设》2019年第10期论文;