試論咬合樁在橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)加固中的可行性

黃文鈺 于佳寧 蘭洋

西華大學(xué) 四川 成都 610039

引言

擴(kuò)大基礎(chǔ)也稱淺基礎(chǔ)或明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，指在橋墩、橋臺(tái)位置處直接開挖基坑澆筑而成的實(shí)體基礎(chǔ)，適用于地基承載力符合要求的岸上以及水流沖擊力較小的淺水處。因它具有施工容易，受力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉等特點(diǎn)，在二十世紀(jì)八十年代以前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)比較薄弱，被普遍用于中小型橋梁及旱橋。但其也具有基礎(chǔ)開挖深度淺，容易被洪水掏空沖毀等缺點(diǎn)。我國(guó)地形復(fù)雜，氣候多樣，在大部分地區(qū)都有持續(xù)雨季的情況，因此每年持續(xù)強(qiáng)降雨引發(fā)洪水沖毀橋梁的現(xiàn)象十分普遍，近年來(lái)，水毀橋梁典型的有溫江三渡水大橋，長(zhǎng)來(lái)武江大橋等。這些淺基礎(chǔ)橋梁的病害日益嚴(yán)重，為我國(guó)人民的出行及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的威脅，因此尋找一個(gè)良好合適的病害整治方式來(lái)延長(zhǎng)橋梁的使用年限是十分必要的。

1 擴(kuò)大基礎(chǔ)病害成因分析

（1）河水沖刷。影響既有橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)破壞的主要因素就是河水的沖刷，其掏空基礎(chǔ)周圍及底部土體，使墩臺(tái)發(fā)生不均勻沉降發(fā)生位移，進(jìn)一步導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的損害。

（2）汽車超載。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，重車及私家車的增加，前期修建橋梁使用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較低，大多處于超齡負(fù)載狀態(tài)，以及現(xiàn)有橋梁的車流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)修建時(shí)的設(shè)計(jì)預(yù)想，導(dǎo)致橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)在超載荷載的循環(huán)作用下出現(xiàn)實(shí)際沉降大于設(shè)計(jì)沉降容許值，承載能力嚴(yán)重下降。

（3）人為因素。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，采挖河沙以及抽取地下水的情況屢見不鮮，加上在河道內(nèi)修建違規(guī)的碼頭，水壩等不利水工建筑物的不當(dāng)行為加速了河道的變遷，破壞了自然狀態(tài)的平衡，使河床加速下降，致使橋梁基礎(chǔ)暴露在外，并有被掏空的危險(xiǎn)。汽車，船舶對(duì)橋墩的撞擊產(chǎn)生的沖擊力也會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生滑移或傾斜，進(jìn)一步影響上部結(jié)構(gòu)使健康運(yùn)營(yíng)的橋梁變?yōu)椴『ξ颉?/p>

（4）基礎(chǔ)深度不夠。我國(guó)二十世紀(jì)修筑的橋梁因經(jīng)濟(jì)條件等因素大多以明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)為主，受地形限制及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的更新，基礎(chǔ)開挖深度不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用，擴(kuò)大基礎(chǔ)本身就會(huì)存在容易被沖刷以及被掏空外露的現(xiàn)象。

（5）河道障礙物未及時(shí)清理。河道內(nèi)因清理不及時(shí)會(huì)堆積大量枯木，樹杈等障礙物，在遇到洪水時(shí)，這些障礙物會(huì)隨著河流撞擊橋梁墩臺(tái)及基礎(chǔ)，致使橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)周邊被障礙物堵塞，導(dǎo)致河水沖擊力增大，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁水毀。

（6）施工質(zhì)量問題。我國(guó)橋梁發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，前期施工技術(shù)不成熟和管理的不到位造成了多種質(zhì)量缺陷，包括橋梁原材料強(qiáng)度不夠，建成橋梁質(zhì)量低劣，地質(zhì)資料收集不完全使基礎(chǔ)建造在軟弱地層上等。這些缺陷將導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，梁體開裂等后果，降低了橋梁的正常運(yùn)營(yíng)年限。

2 橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)常見加固方式

我們?cè)诿媾R常見的擴(kuò)大基礎(chǔ)病害時(shí)，往往采用低圍堰直接加固法、擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法，基樁托換加固法等處置方法。

（1）圍堰加固法。圍堰加固法是直接對(duì)明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行加固，是在維護(hù)過(guò)程中十分常見的一種方式。

適用于橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)在修建時(shí)因地形限制而導(dǎo)致的基礎(chǔ)開挖深度不夠的情況。這種病害處治方式有止水效果好，施工簡(jiǎn)單方便，造價(jià)較低等特點(diǎn)被工程師們優(yōu)先選擇使用，但也存在施工過(guò)程對(duì)周圍環(huán)境影響大等缺點(diǎn)[1]。

（2）擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法。此方法是在橋梁基礎(chǔ)周圍澆筑混凝土使之與原有基礎(chǔ)形成一個(gè)整體來(lái)增加基礎(chǔ)底面積，使橋梁荷載均勻分布在周圍地層來(lái)提高地基承載能力，在原地質(zhì)條件不良的情況下可在基礎(chǔ)底部打入一定樁基來(lái)增加土的密實(shí)度。此方法施工難度低，但使新老基礎(chǔ)能同時(shí)受力比較困難，加固效果也不好控制，同時(shí)存在耗材量大，造價(jià)偏高等問題。

（3）基樁托換加固法。這種處置方法是在原有擴(kuò)大基礎(chǔ)周圍打入樁基，并且樁基的埋置深度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有基礎(chǔ)的埋深，使橋梁上部荷載通過(guò)原基礎(chǔ)傳遞給新建的樁基礎(chǔ)，進(jìn)而將荷載傳遞給樁基周圍更加穩(wěn)定的下部土層來(lái)提高橋梁的承載能力。這種方式使原基礎(chǔ)只起到傳遞荷載的作用，主要受力的樁基埋置在下部土體，可避免受到水流沖刷掏空的危害，保證了橋梁的安全[2]。

3 把咬合樁應(yīng)用于橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)加固中的可行性

（1）咬合樁的特性。咬合樁是指樁身密排且相鄰樁身相割而形成的具有防滲作用的連續(xù)擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，它既可全部采用鋼筋混凝土樁，也可采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁相隔布置，因其特點(diǎn)為樁間相互咬合，故被稱為咬合樁，是由我國(guó)地下工程界知名專家王振信教授20世紀(jì)70年代在國(guó)外考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，并將其引入國(guó)內(nèi)[3]。根據(jù)咬合樁在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)其作為一種支護(hù)圍擋結(jié)構(gòu)，在地鐵車站、高層建筑等深基坑圍護(hù)施工中有著比較廣泛的應(yīng)用，但把其用于橋梁基礎(chǔ)加固中的案例比較少見。其適用于地下水豐富、有淤泥、流沙等不良條件地層。由于咬合樁是由樁與樁之間相互咬合而形成的整體結(jié)構(gòu)，具有良好的擋護(hù)與止水效果，能有效防止河流對(duì)基礎(chǔ)的沖刷以及掏空基底土層，并能預(yù)防船舶等交通工具直接沖擊基礎(chǔ)導(dǎo)致橋梁受損。由此可見是可以把咬合樁用于橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)的加固中。

（2）咬合樁的優(yōu)點(diǎn)。咬合樁具有機(jī)械設(shè)備噪音低，在施工過(guò)程中可與橋梁原基礎(chǔ)不產(chǎn)生接觸，對(duì)臨近墩基礎(chǔ)擾動(dòng)較少，可避免對(duì)橋梁產(chǎn)生二次損傷；沉降以及變形容易控制，開挖方量少，施工方便，快捷，防護(hù)質(zhì)量有保證；結(jié)構(gòu)整體性好，保證了樁的承載能力；并與其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)相比，造價(jià)也有一定的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

咬合樁通過(guò)樁身之間相互咬合，可對(duì)橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)起到一個(gè)整體包裹的作用，能有效防止基礎(chǔ)周邊土體繼續(xù)被河流沖刷掏空，并能避免船舶直接傷害橋基。其作為永久結(jié)構(gòu)設(shè)置在橋梁基礎(chǔ)周邊可永久根治河流沖刷對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的不良后果。本文通過(guò)分析咬合樁的基本特性，證明把其用于橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)加固中是可行的。