山區(qū)復(fù)雜地形峽谷橋梁樁基及墩柱結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)

田世寬，李盼盼

（中交一公局第四工程有限公司，南寧 530033）

0 引 言

在橋梁的建設(shè)過程中，需要對(duì)樁基和墩柱進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控管理，這是保證工程建造質(zhì)量及其后期運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和使用壽命的重要步驟。隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，高速公路、高速鐵路逐步向山區(qū)、深山區(qū)延伸，橋位及樁位勢(shì)必會(huì)面對(duì)越來越多的陡斜坡、滑坡體、泥石流等復(fù)雜多變的地形地貌，并遇到越來越多的地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地區(qū)。在此種復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下如何保證橋梁的結(jié)構(gòu)安全，是給工程技術(shù)人員提出的新問題，如需要思考選線、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、地質(zhì)調(diào)查、設(shè)計(jì)、施工控制等一系列新的研究方向和解決措施。

卜建清在結(jié)構(gòu)時(shí)變理論的指導(dǎo)下，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)防措施、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝、建模計(jì)算、試驗(yàn)研究、監(jiān)測(cè)與控制、托換完成之后輕軌橋梁評(píng)估等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵問題進(jìn)行了比較系統(tǒng)的分析［1］。張時(shí)如在剛性地基與鋼管群樁礫砂地基上進(jìn)行考慮近場(chǎng)地震效應(yīng)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對(duì)比分析了在2種情況下橋梁墩柱的抗震性能指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)土體的存在會(huì)減小地震對(duì)上部結(jié)構(gòu)體系的作用，剛度退化、鋼筋應(yīng)變及結(jié)構(gòu)體系的基本周期等方面也表明，按剛性地基假定設(shè)計(jì)的上部結(jié)構(gòu)體系基本上會(huì)偏于安全［2］。王東然等以某交通改造工程中橋梁墩柱托換為例，對(duì)樁基托換施工工藝臨時(shí)墩支撐體系、墩柱切割和施作支撐體系等關(guān)鍵技術(shù)以及在施工中建立監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的主要內(nèi)容進(jìn)行了研究［3］。石雪飛總結(jié)了在橋梁水下結(jié)構(gòu)加固方面的研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)橋梁水下結(jié)構(gòu)的管養(yǎng)需求、技術(shù)措施和一些在加固實(shí)踐中研發(fā)的樁基加固技術(shù)進(jìn)行概括，以實(shí)例形式闡述了橋梁下部墩柱防撞評(píng)估及加固設(shè)計(jì)方法［4－8］。

本文以實(shí)體工程為例，針對(duì)施工過程中出現(xiàn)的橋位處地形陡峭的山區(qū)破面或者破面荷載的情況，對(duì)其樁基、墩柱的設(shè)計(jì)和施工工藝以及運(yùn)營(yíng)過程中的病害處理措施進(jìn)行詳細(xì)闡述，希望對(duì)類似工程起到指導(dǎo)作用。

1 橋位處地形及地質(zhì)調(diào)查

對(duì)橋位處是否處于滑坡體、泥石流及施工破壞可能會(huì)誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害等情況進(jìn)行調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文、地形、地貌及施工破壞與水沖刷對(duì)地表的改變以及進(jìn)一步對(duì)橋位及橋結(jié)構(gòu)安全的影響也需要進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)橋位、樁位地質(zhì)、地勘資料的準(zhǔn)確掌握，是橋位結(jié)構(gòu)整體和局部安全的保證。

在設(shè)計(jì)選線時(shí)盡可能避開大的滑坡體、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地帶，同時(shí)需要對(duì)地質(zhì)進(jìn)行判斷，避開陡斜坡或因施工擾動(dòng)等極易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的地帶，如實(shí)在避不開，則設(shè)計(jì)及施工方面就需要一系列強(qiáng)有力的工程措施，如選擇大跨橋梁進(jìn)行跨越。

一般橋位與溝谷有3種關(guān)系：一是正跨，縱向?yàn)槎感逼拢欢茄仄?、沿溝或沿河，橫向?yàn)槎感逼?；三是斜跨，橋位或橋墩縱向、橫向、斜向?yàn)槎感逼隆?/p>

2 樁基及樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)的安全技術(shù)

當(dāng)陡斜坡且橋位處于復(fù)雜地形、地貌等地質(zhì)條件時(shí)，需要引入幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)及控制指標(biāo)，如有效樁長(zhǎng)、最短安全樁長(zhǎng)、安全襟邊、有效入巖和嵌巖深度等。

2.1 有效樁長(zhǎng)

有效樁長(zhǎng)是指在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除地表覆蓋層（特別是松散體部分或其影響范圍）后的實(shí)際樁長(zhǎng)，比如：雜填土較厚的橋位區(qū)樁基需要考慮負(fù)摩擦力；含有古河床的黃土一旦遇到局部極端惡劣氣候會(huì)被河水切割掏空，如陜西延延高速某橋梁；橋位跨越現(xiàn)有河床卵礫石層，設(shè)計(jì)為摩擦樁需要考慮局部極端暴雨對(duì)河床局部沖刷深度的影響，如西藏拉林高速曲尼帕特大橋等。如果設(shè)計(jì)地勘資料不詳實(shí)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)比較粗糙，且施工時(shí)沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行變更，就會(huì)留下永久隱患，更何況現(xiàn)在業(yè)主為了免責(zé)和控制投資一般不輕易同意變更，目前這類問題較多。

2.2 安全襟邊

對(duì)于臨空或懸崖絕壁或縱向、橫向、斜向的陡斜坡橋位處的樁基、橋墩、橋臺(tái)，必須考慮其安全襟邊距離，特別是地面坡度陡于45°時(shí)。這里引入一個(gè)45°等腰直角三角形，有效樁長(zhǎng)是一個(gè)直角邊，另一個(gè)直角邊就是安全襟邊。以最陡一側(cè)地面控制安全襟邊，這個(gè)等腰直角三角形同時(shí)考慮了潛在的滑坡影響及范圍，如果樁基底標(biāo)高、樁長(zhǎng)和安全襟邊不滿足這個(gè)等腰直角三角形的關(guān)系，就可能存在結(jié)構(gòu)安全隱患，需要在施工時(shí)進(jìn)行復(fù)核，及時(shí)向設(shè)計(jì)方、業(yè)主說明，進(jìn)行變更處理。

2.3 有效入巖深度和嵌巖深度

在入巖深度或嵌巖深度方面，設(shè)計(jì)規(guī)范或施工規(guī)范給出了一個(gè)范圍，比如控制在2.5～3倍樁徑，這里一般是指平原或微丘陵地區(qū)，而對(duì)于山嶺重丘區(qū)或復(fù)雜地質(zhì)條件的陡斜坡橋位處則是不適用的，存在結(jié)構(gòu)安全隱患，需要考慮墩高、覆蓋層厚度、地形地貌和樁位地面陡斜坡坡度或樁長(zhǎng)等，并應(yīng)進(jìn)行修訂。這是因?yàn)?，陡斜坡地形都存在滑坡或坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，盡管看似穩(wěn)定，一旦施工擾動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生或加劇。這里引入抗滑樁的設(shè)計(jì)理念，需要考慮自由段和錨固段，入巖深度應(yīng)滿足最小的錨固段長(zhǎng)度的要求。建議根據(jù)實(shí)際地形和詳實(shí)的地勘報(bào)告，做到一樁一設(shè)計(jì)和一墩一設(shè)計(jì)。

2.4 最短安全樁長(zhǎng)

在復(fù)雜、陡斜坡地形橋位應(yīng)引入一個(gè)最小直徑、最短安全樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)理念，綜合考慮實(shí)際地形、地貌、地質(zhì)、水文及施工平臺(tái)和施工便道開挖對(duì)山體的擾動(dòng)，在保證其安全襟邊、有效樁長(zhǎng)和最短入巖錨固長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)山區(qū)復(fù)雜地形、陡斜坡地區(qū)橋位有一個(gè)安全的設(shè)計(jì)最短樁長(zhǎng)，同時(shí)也需要提出一個(gè)最小樁徑的要求。

3 山區(qū)樁基施工主要控制技術(shù)

3.1 施工便道及施工作業(yè)平臺(tái)控制

便道與工作平臺(tái)的施工應(yīng)與前期選線和現(xiàn)場(chǎng)踏勘相結(jié)合，并利用一些新的信息化手段，如無人機(jī)、傾斜測(cè)影等技術(shù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)便道及平臺(tái)的施工優(yōu)化和管理，規(guī)避便道及平臺(tái)開挖引起的山體破壞或地質(zhì)災(zāi)害，便于精細(xì)化設(shè)計(jì)、施工及環(huán)境保護(hù)。

3.2 樁基地系梁及墩臺(tái)基坑開挖控制

山區(qū)特別是陡斜坡橋位處地系梁和墩臺(tái)基坑開挖會(huì)形成較大的臨空面，這樣對(duì)山體及橋位穩(wěn)定和安全不利，會(huì)誘發(fā)一些地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)此需要做一些技術(shù)研究。一是從設(shè)計(jì)上做一些優(yōu)化，盡可能抬高地系梁或減少基坑開挖深度，以少擾動(dòng)或不破壞山體穩(wěn)定；二是確需開挖，則要采用配套的設(shè)計(jì)防護(hù)工程措施；三是加強(qiáng)施工控制，開挖及防護(hù)同步進(jìn)行，實(shí)行施工動(dòng)態(tài)管理。

3.3 樁基施工方式和施工工藝選擇

在復(fù)雜地形、地質(zhì)、水文條件下，如何合理和符合實(shí)際、因地制宜地選擇樁基成孔方法和施工工藝是非常重要的，一旦選擇不當(dāng)就會(huì)留下極大的隱患。一般首先是挖孔樁成孔，只要解決好出渣和棄渣處理就會(huì)達(dá)到很好的效果；其次是修筑好施工便道，由于選擇旋挖鉆干孔成孔，同樣是要解決好出渣和棄渣，以達(dá)到較好的效果；最后是不得以情況下選擇沖孔成孔，這就需要解決泥漿的問題。這里挖孔樁和旋挖鉆是最環(huán)保的施工方法和施工工藝。

3.4 樁基和墩柱偏位控制技術(shù)

在山區(qū)陡斜坡復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下，不管采用何種方法和工藝成孔，很難避免地表覆蓋層沿陡斜坡滑移導(dǎo)致樁基偏位，一旦沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)就很容易造成墩柱偏心和偏位，給橋梁結(jié)構(gòu)安全留下極大的隱患。因此，需要采用以下幾個(gè)關(guān)鍵控制技術(shù)。

（1）在樁基成孔過程中定期進(jìn)行樁基偏位檢查和復(fù)核。

（2）在鋼筋籠下放和就位后，加強(qiáng)樁基鋼筋籠偏位復(fù)核和檢查，然后必須對(duì)鋼筋籠進(jìn)行定位和固定，避免在樁基混凝土灌注過程中鋼筋籠再次偏心和偏位。

（3）在墩柱施工前必須再次進(jìn)行偏心和偏位復(fù)核，視實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行糾偏，不要等到墩柱施工完成后才發(fā)現(xiàn)偏位。目前這類問題較多，一般按質(zhì)量通病去對(duì)待和處理。

3.5 樁基出渣及棄渣場(chǎng)的選擇和施工技術(shù)

樁基出渣及棄渣場(chǎng)亂堆亂放，很容易引發(fā)橋位處陡斜坡地表的滑塌，進(jìn)一步加劇地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，一旦遇到極端惡劣氣候或地震等，就很容易誘發(fā)和啟動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害，從而給橋梁結(jié)構(gòu)安全留下永久的隱患。棄渣場(chǎng)選擇不當(dāng)也會(huì)對(duì)既有結(jié)構(gòu)物、橋梁、路基等形成推移、滑坡、偏壓，最后導(dǎo)致樁基偏位或剪斷，直接影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。

4 山區(qū)復(fù)雜地形橋梁常見病害

（1）地震、滑坡、泥石流、坍塌和易發(fā)生的滾石、落石等地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋位、橋墩及橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響和破壞，均需進(jìn)行危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估，并從設(shè)計(jì)開始采取措施，施工期需進(jìn)一步評(píng)估和處治，在營(yíng)運(yùn)階段加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控并加大養(yǎng)護(hù)力度。

（2）棄渣場(chǎng)或其他臨近施工對(duì)既有橋梁、墩柱產(chǎn)生偏壓、擠壓和推移等導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響和破壞。

（3）施工過程中樁基偏位、墩柱偏位等為結(jié)構(gòu)帶來安全隱患或產(chǎn)生破壞。

（4）大縱坡、曲線橋預(yù)制梁等梁底楔形塊設(shè)置不當(dāng)，或沒有考慮對(duì)支座產(chǎn)生的偏壓、脫空、剪切破壞，會(huì)使墩柱產(chǎn)生偏位，最后對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響及破壞。

（5）大縱坡、曲線橋等高墩橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，對(duì)高墩產(chǎn)生較大的推力或偏壓，導(dǎo)致高墩出現(xiàn)偏位等，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響或破壞。如支座設(shè)計(jì)、設(shè)置、安裝不當(dāng)，或墩梁固結(jié)設(shè)計(jì)不當(dāng)，或沒有考慮對(duì)局部個(gè)別高墩產(chǎn)生的較大水平推力，在溫度變化、環(huán)境變化、基礎(chǔ)變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致高墩出現(xiàn)偏位而形成結(jié)構(gòu)安全隱患。

5 山區(qū)復(fù)雜地形橋梁病害應(yīng)對(duì)措施

（1）加強(qiáng)地質(zhì)、地形及選線調(diào)查和比選，加強(qiáng)地勘工作，對(duì)于陡斜坡地形橋位應(yīng)盡可能地將地勘資料做到詳實(shí)準(zhǔn)確。

（2）前期進(jìn)場(chǎng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)圖復(fù)核和現(xiàn)場(chǎng)橋位踏勘，必要時(shí)做一些地質(zhì)補(bǔ)充勘探，及時(shí)優(yōu)化和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。

（3）施工過程加強(qiáng)施工工序及施工工藝精細(xì)化管理，如樁基和墩柱施工偏位控制、梁底楔形塊設(shè)置控制、支座安裝檢查及控制等。

（4）加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)階段對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下特殊結(jié)構(gòu)和陡斜坡橋梁的監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)管理。

6 結(jié) 語

（1）在設(shè)計(jì)選線時(shí)，應(yīng)對(duì)地質(zhì)進(jìn)行判斷，避開滑坡體、泥石流、陡斜坡或因施工擾動(dòng)等極易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的地帶，可選擇大跨橋梁進(jìn)行跨越。

（2）在陡斜坡及橋位處于復(fù)雜地形、地貌條件下，關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)及控制指標(biāo)包括：有效樁長(zhǎng)、最短安全樁長(zhǎng)、安全襟邊、有效入巖和嵌巖深度等。

（3）在樁基成孔過程中定期進(jìn)行樁基偏位檢查和復(fù)核。在鋼筋籠下放和就位后，對(duì)鋼筋籠進(jìn)行定位和固定。在墩柱施工前必須再次進(jìn)行偏心和偏位復(fù)核，及時(shí)糾偏。

（4）施工過程加強(qiáng)樁基和墩柱施工偏位控制、梁底楔形塊設(shè)置控制、支座安裝檢查及控制，以及陡斜坡橋梁的監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)管理。