某陡坡段橋臺加固方案設(shè)計

【摘 要】以某陡坡段橋臺為例，介紹了橋梁由于施工控制不當(dāng)所產(chǎn)生問題。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，深入分析并選取合理的加固方案，并總結(jié)了陡坡段橋臺在設(shè)計及施工中應(yīng)注意的問題，為類似工程項目提供參考經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】陡坡； 橋臺； 加固

【中圖分類號】U445.7+2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

1 工程概況

宜昌市港窯路市政工程，起于勝利三路，終于峽州大道，道路全長7.6 km，為城市快速路。峽州大道互通H匝道橋，橋梁全長400 m，橋?qū)? m。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，A0橋臺采用一字型橋臺。H4號橋墩為A0橋臺臨近橋墩，墩臺樁基均采用嵌巖樁。橋位平面如圖1所示。

施工單位在實(shí)施H04號墩承臺過程中，由于相鄰承臺距離較近（約4 m），高差較大（約9 m），將A0橋臺樁基礎(chǔ)樁側(cè)土體超挖，導(dǎo)致部分樁基礎(chǔ)外露，開挖坡面影響范圍35 m。經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)該臨空面的穩(wěn)定性尚可，但臨空土體存在軟弱夾層，遇水易軟化且易風(fēng)化。同時擬建橋臺位于臨空面以上，后期施工荷載會對該臨空面的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。上述兩方面因素可能造成橋臺A0樁基礎(chǔ)的水平向位移，影響結(jié)構(gòu)安全性。針對這種情況，需對該段臨空面邊坡進(jìn)行支護(hù)，同時需對A0橋臺基礎(chǔ)進(jìn)行加固。施工現(xiàn)場如圖2所示。

2 邊坡支護(hù)方案

2.1 治理目標(biāo)及設(shè)計原則

治理目標(biāo)：通過各種工程治理措施以保證高邊坡在使用年限內(nèi)滿足穩(wěn)定性及安全性目標(biāo)。

總體安全原則：①通過邊坡整治，使空間上整個范圍、每個部位、每個剖面、每個工況均達(dá)到安全要求；②滿足永久性邊坡的安全設(shè)計等級標(biāo)準(zhǔn)；③本邊坡為路基高填方邊坡，最高達(dá)11 m，如果邊坡失穩(wěn)，后果非常嚴(yán)重；④整治與預(yù)防相結(jié)合，邊坡整治后還存在一些無法用\"硬\"的整治措施進(jìn)行處理的安全隱患。

支護(hù)設(shè)計原則：邊坡支護(hù)采取結(jié)構(gòu)加固措施為主，如：擋土墻、抗滑樁；同時結(jié)合排水系統(tǒng)，有效控制邊坡變形，以確保邊坡穩(wěn)定，滿足邊坡安全的要求。

2.2 邊坡安全等級

邊坡為道路路基挖方邊坡，邊坡破壞后果嚴(yán)重。結(jié)合場地工程地質(zhì)條件及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，本工程邊坡安全等級為二級。

2.3 邊坡安全設(shè)計計算

利用理正巖土軟件，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，采用圓弧滑動法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析計算。

2.4 邊坡支護(hù)和加固設(shè)計方案

方案一：橋臺樁基礎(chǔ)為重點(diǎn)加固區(qū)域，采用抗滑樁+錨索控制其變形及位移；其他區(qū)域采用錨桿擋墻或毛石擋墻作為護(hù)面和支擋。加固方案一示意及斷面如圖3、圖4所示。

方案二：橋臺樁基礎(chǔ)為重點(diǎn)加固區(qū)域，采用毛石混凝土擋墻控制其變形及穩(wěn)定性，其他區(qū)域采用錨桿擋墻作為護(hù)面及支擋。加固方案二示意如圖5、圖6所示。

邊坡支護(hù)、加固方案對比如表1所示。

方案一費(fèi)用約33萬元，方案二費(fèi)用約193萬元。綜合考慮加固支護(hù)效果、施工難易、工期、造價等因素，推薦采用方案一。

根據(jù)現(xiàn)場情況及測量結(jié)果，A0橋臺2～4號樁距離巖質(zhì)造價高，變形難以控制，擋墻與坡面之間難以密貼，空隙處易滲水坡頂距離均大于2.5 m，嵌固情況尚可。1號樁基樁頂約1 m范圍外露，坡腳處樁身距離開挖面約2.7 m。考慮到1號樁基大部分樁身距離坡面較近，陡坡段一定深度范圍內(nèi)樁周土體已不滿足半無限體假設(shè)前提，需對原設(shè)計樁基受力機(jī)理重新分析。樁側(cè)土體受豎向荷載時候會同時產(chǎn)生豎向變形及剪切應(yīng)變，并沿樁周擴(kuò)散。擴(kuò)散距離與基樁承擔(dān)的荷載水平、場地土體性質(zhì)等相關(guān)。一般情況下，樁基中心到土體邊緣的距離小于2.5～3.0d時，相對應(yīng)的樁基長度豎向承載力可不考慮；同時根據(jù)地基規(guī)相關(guān)條文，由于樁周土體約束削弱，土體水平向地基比例系數(shù)也應(yīng)折減，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗判斷，本次保守考慮完全失效。經(jīng)驗算，原設(shè)計1號樁基承載力不足，基于上述情況，為保證橋臺結(jié)構(gòu)安全性，提出以下兩個橋臺基礎(chǔ)加固方案。

方案一：橋臺加樁

為充分保障結(jié)構(gòu)安全性，1號樁不考慮坡腳以上樁周土體作用，坡腳以上范圍樁身按完全自由端考慮，對1號樁基進(jìn)行承載復(fù)核。經(jīng)復(fù)核，1號樁單樁豎向反力為6 000 kN，單樁樁頂水平反力為985 kN。按此工況考慮，1號樁承載力不滿足規(guī)范要求，需A0橋臺進(jìn)行加樁處理，以降低1號樁外力使其承載力各項指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

考慮加樁空間、施工方便等因素，擬在臺背方向加設(shè)兩根樁，樁徑1.2 m，樁長15 m。橋臺承臺由原7.9×6×2 m擴(kuò)大至7.9×9×2 m。橋臺加固方案一平面布置、橋臺構(gòu)造如圖7、圖8所示。

對橋臺加樁后的1號樁基承載力進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)單樁受力計算結(jié)果，1號樁單樁豎向反力為4 192 kN，單樁樁頂水平反力為657 kN。

開挖面坡腳標(biāo)高約126 m，嵌固深度為3.013 m，經(jīng)驗算，1號樁基豎向承載力滿足規(guī)范要求。樁身彎矩及位移采用Midas有限元分析軟件，土彈簧模擬樁土作用，采用“m”法計算。計算模型如圖9所示。經(jīng)計算，樁頂最大水平位移2 mm，小于6 mm，滿足規(guī)范要求。

方案一相比原橋臺方案，工程造價增加約15萬元。

方案二：采用U型橋臺（擴(kuò)大基礎(chǔ)）

考慮到已施工完成的樁基距離開挖坡面較近，1號樁承載力不滿足規(guī)范要求，樁長不夠。橋址處地質(zhì)情況良好，考慮調(diào)整原設(shè)計樁基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋臺調(diào)整為U型橋臺。橋臺加固方案二平面及斷面布置如圖10、圖11所示。

經(jīng)估算，方案二相比原橋臺方案（考慮樁基已實(shí)施情況下），工程造價增加約32.3萬元。

方案一相對方案二而言，雖然工期較長，但利用了已經(jīng)施工的樁基，采用了深基礎(chǔ)的方案，對邊坡地形的適應(yīng)性更好，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全保障度更高，推薦采用該方案。

4 總結(jié)

目前，該加固項目已完工，運(yùn)營期邊坡及橋臺結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，加固效果較好。通過本項目，總結(jié)幾點(diǎn)經(jīng)驗有：

（1）陡坡段橋臺基礎(chǔ)設(shè)計相對普通平整地形橋而言更為復(fù)雜，在設(shè)計前期往往會出現(xiàn)總體方案考慮不足等問題。在現(xiàn)場施工實(shí)施過程中若施工單位組織不當(dāng)，極易超挖而導(dǎo)致橋臺處邊坡不穩(wěn)，進(jìn)而改變原設(shè)計橋臺受力狀態(tài)，誘發(fā)安全問題，應(yīng)多加重視。

（2）設(shè)計人員碰到類似陡坡段橋梁設(shè)計時，應(yīng)充分踏勘，緊密結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，高度重視橋梁墩臺基礎(chǔ)臨坡問題，仔細(xì)核實(shí)基礎(chǔ)埋深、承載力等結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)。

（3）在設(shè)計文件中應(yīng)明確指出陡坡段墩臺施工注意事項，并在施工前對施工單位進(jìn)行充分交底。施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計文件實(shí)地放樣，核實(shí)設(shè)計方案合理性，制定合理的施工組織方案并嚴(yán)控各項施工流程，避免類似問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

［1］ 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范： JTG 3663-2019［S］.

［2］ 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范： GB50330-2013［S］.

［3］ 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范： JTG/T 3650-2020［S］.

［作者簡介］熊誠（1986—），男，碩士，高級工程師，從事道路橋梁設(shè)計工作。