跨南水北調(diào)總干渠橋梁樁基的加固防護(hù)設(shè)計(jì)

劉海寬 陶小委 梁柯峰 張會(huì)禮

（1.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

跨南水北調(diào)總干渠橋梁樁基的加固防護(hù)設(shè)計(jì)

劉海寬1陶小委2梁柯峰1張會(huì)禮1

（1.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

本文以某高速跨南水北調(diào)總干渠橋梁為例，在對(duì)橋梁樁基承載力復(fù)核驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合樁身病害，設(shè)計(jì)制定了兩種加固方案，并對(duì)方案進(jìn)行了比選，在滿足安全、耐久性和美觀的加固前提下，最終確定了造價(jià)合理、新增阻水率較小的加固防護(hù)方案。

南水北調(diào)，橋梁樁基，加固方案，阻水率

由于河流洪水沖刷或橋下施工等人為原因，會(huì)導(dǎo)致河床或自然地面降低，引起橋梁鉆孔灌注樁埋置深度發(fā)生變化，部分樁體露出地面。當(dāng)樁基外露長(zhǎng)度較大時(shí)，需要對(duì)樁基承載力進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，并處理外露樁身病害，以確保橋梁的安全、耐久性和美觀。

1 項(xiàng)目概況

圖 1 橋梁墩樁基外露情況

某高速公路大橋全長(zhǎng)182.08m，橫跨南水北調(diào)（中線）總干渠橋。橋梁設(shè)計(jì)時(shí)考慮了后期南水北調(diào)干渠開(kāi)挖，樁長(zhǎng)作出了長(zhǎng)度預(yù)留。橋梁橫斷面為分離式雙幅，單幅橋面全寬13.5m，凈寬12.75m。上部結(jié)構(gòu)型式為一聯(lián)5孔35m后張預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橋面連續(xù)，單幅橫橋向布設(shè)7片T梁；下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，圓柱墩直徑1.5m，鉆孔灌注樁直徑1.8m。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)。由于南水北調(diào)水渠開(kāi)挖施工，該大橋2#、3#墩樁基已露出地面，橋梁下部結(jié)構(gòu)外露情況如圖1所示。

2 樁身病害與驗(yàn)算

已開(kāi)挖外露樁身表面凹凸不平，局部有空洞或露筋，樁柱結(jié)合處有輕微夾渣，2#墩樁基開(kāi)挖露出11.5m，且2-3#樁存在15 cm偏位；3#墩樁基開(kāi)挖外露5.9m，樁柱結(jié)合處有輕微夾渣，3-2#樁存在接樁現(xiàn)象。開(kāi)挖外露樁身存在不同程度的擴(kuò)樁，樁身直徑在1.86～2.52m之間。經(jīng)驗(yàn)算，開(kāi)挖后樁基承載力、樁身截面強(qiáng)度、樁頂位移等均滿足相關(guān)要求，但樁身病害影響結(jié)構(gòu)的耐久性與美觀，需要加固防護(hù)處理，且開(kāi)挖后橋梁橫向穩(wěn)定性被削弱，需要加強(qiáng)。

3 樁身防護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)橋梁墩臺(tái)或樁基等下部結(jié)構(gòu)承載能力不足、施工質(zhì)量不好、水流沖刷磨耗、風(fēng)化剝離以及其他因素造成的損壞、變形、側(cè)移或鼓肚等各種病害時(shí)，可采用外包鋼筋混凝土套箍加固法，即對(duì)原樁柱表面清理后進(jìn)行植筋，然后布設(shè)鋼筋網(wǎng)，立模澆筑混凝土增大原構(gòu)件截面。

3.1 方案一：增大直徑至2.2m

樁身存在擴(kuò)樁，擴(kuò)樁后的樁基平均直徑約為2m，為盡量減少對(duì)樁身混凝土的擾動(dòng)，考慮鑿除樁身浮渣和松散砼后，在樁身表面植筋、圍掛鋼筋網(wǎng)，然后澆筑套箍混凝土，將樁身直徑增大至2.2m，如圖2所示。

圖 2 方案一 增大直徑至2.2m（單位：cm）

圖 3 方案二 增大直徑至2.05m并加設(shè)鋼系梁（單位：cm）

3.2 方案二：增大直徑至2.05m并加設(shè)鋼系梁

本項(xiàng)目橋墩位于南水北調(diào)水渠內(nèi)，樁身截面增大勢(shì)必增大阻水率，對(duì)南水北調(diào)干渠水流造成一定影響，因此加固方案應(yīng)當(dāng)考慮在滿足橫向穩(wěn)定的前提下盡量減小樁身截面的增加。方案加鋼筋混凝土套箍，將直徑增大至2.05m，并樁身加設(shè)鋼系梁。

4 方案比選

加固方案應(yīng)能消除樁身現(xiàn)狀病害，保證結(jié)構(gòu)的耐久性，并能增加樁柱橫橋向穩(wěn)定性，且應(yīng)盡量減小對(duì)南水北調(diào)干渠阻水率的增加，同時(shí)應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。上面兩種加固方案均能消除樁身表面病害，保證結(jié)構(gòu)的耐久性，因此從橫向穩(wěn)定性、新增阻水率、經(jīng)濟(jì)性等三方面對(duì)方案進(jìn)行比選。樁柱橫向穩(wěn)定性可從橫橋最不利荷載組合作用下的柱頂位移反應(yīng)。采用有限元軟件midas Civil2012分別建立加固方案的有限元模型，并計(jì)算在最不利荷載組合作用下的橫橋向位移。

經(jīng)計(jì)算，對(duì)比加固方案一和方案二如表1所示。

表 1 加固方案對(duì)比表

由表1可知，兩加固方案均能有效提高橋梁橫向穩(wěn)定性，在最不利荷載組合作用下,蓋梁橫橋向最大位移均不超過(guò)1mm。加固方案一由于對(duì)原樁柱直徑增加較大，對(duì)南水北調(diào)總干渠新增阻水率較大；加固方案二由于增設(shè)鋼系梁等因素，較方案一增加造價(jià)6.16萬(wàn)元。

南水北調(diào)工程是我國(guó)影響深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施工程，工程地域跨度大，沿線渠下建筑物的阻水對(duì)水渠輸水效率和成本影響較大。雖然南水北調(diào)工程建設(shè)考慮了現(xiàn)有渠下建筑物的阻水影響，但對(duì)于新增阻水率應(yīng)嚴(yán)格控制。綜合考慮，在滿足加固效果且造價(jià)增加不大的情況下，選擇方案二進(jìn)行加固防護(hù)為優(yōu)，以盡量減小對(duì)南水北調(diào)干渠的新增阻水率。

5 結(jié)束語(yǔ)

橋梁鉆孔灌注樁埋置深度發(fā)生變化必將引起樁基承載能力的降低，應(yīng)對(duì)樁基承載能力重新進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。加固方案除了能夠消除橋梁病害，增加橋梁安全性的同時(shí)，仍應(yīng)充分考慮外部其他相關(guān)制約條件，以確定合理的加固措施。

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[4]JTG／TJ22-2008.公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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U445

A

1671-0037（2014）04-73－1.5

劉海寬（1985.3-），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：橋梁檢測(cè)與加固設(shè)計(jì)工作。

陶小委（1984-），女，碩士研究生，助理工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程。