四川省AB大桥病害治理的研究及设计方案优化

张增亚

(四川省公路工程咨询监理事务所，四川成都610041)

四川省AB大桥病害治理的研究及设计方案优化

张增亚

(四川省公路工程咨询监理事务所，四川成都610041)

在介绍四川省AB大桥的工程概况之后，分析了该桥病害现状及病害形成机理。针对右岸拱座地基加固提出风险分析及应对措施，明确地基加固顺序，论述方案拟定及比选过程，提出加固建议，形成结论。

病害形成机理；风险分析及应对措；方案优化

1 工程概述

AB大桥所处道路等级：二级公路；设计速度V=40 km/h。该桥梁是一座1-50 m的空腹式拱桥，原设计荷载等级：汽-20(新建荷载：公路-II级)；地震烈度：设计基本地震加速度0.20 g，按基本地震烈度8°设防；设计洪水频率：P=1/100。该桥经历“5.12”大地震，且震后多次洪水对桥梁基础的冲刷，对桥梁的基础结构造成了严重破坏。在发现该桥存在安全隐患后，业主单位邀请检测机构对该桥进行了全面检测。检测结论：五类桥梁，需要重建或加固。

2 桥梁病害现状及病害形成机理

桥梁地基为抗风化及冲刷能力较弱的薄层状板岩夹绢云千枚岩，属软质岩。岩层板理内倾，受3组节理面切割，完整性较差，为碎块状。病害现状主要是右岸原埋置于板岩夹千枚岩内的拱座基础因冲刷淘蚀，基础底部前缘局部临空、裸露，拱座底部因而受力情况出现改变，致使拱脚部位出现水平向延伸的横向裂缝(据了解，该横缝并未贯穿拱脚)。

若不及时对该桥梁病害进行针对性加固治理，任由拱座基础下地基岩石继续受风化、冲刷淘蚀作用，则该桥将因地基持续性受损，导致结构破坏而失稳(见图1)。

其次是左岸拱座基础右侧(面向大桩号方向分左、右)于“5.12”大地震后出现顺砌块灰缝追踪发育的间断裂缝；左侧未见明显对应裂缝，既有裂缝现今未见明显发展(见图2)。

鉴于该桥病害是由拱座基础下地基条件出现局部改变引起的，故治理工程须由地基治理开始，拱座基础下的桥梁地基加固构成了病害治理工程的主体部分。

图1 基础严重破坏的右岸桥台实景

图2 左岸拱座右侧裂缝实景

3 右岸拱座地基加固风险分析及应对措

3.1 加固风险因素及建议加固措施

由于该岸拱座地基病害实为河流冲刷淘蚀，造成其前缘临空，并经风化破碎，地基承载能力下降所致。故一切在施工过程中进一步加剧(或加快)地基临空暴露的加固工程措施等因素都须列为禁止之列。故建议采用基本无开挖工程的“先护后桩、混凝土包埋围合，再高压注浆固结地基的渐次成型地基加固技术”。

3.2 风险监控与预报

开展桥梁拱圈的变形位移监测；既有裂缝的发展情况监测(含开启宽度与延伸长度等监测项，以及贴玻片的直接观测等方法)等工作。实施风险应对措施：工作应由相应专业资质单位承担。每次监测结果应及时向有关各方通报，并及时跟进对策措施。

4 设计方案拟定、比选及优化

设计单位初次拟定初步设计方案如下：

方案一：推荐方案拆除原拱桥重建，上部为4×20 m预应力混凝土小箱梁；桥宽：0.5 m防撞栏杆+11.0 m机动车道+0.5 m防撞栏杆；下部采用桩柱式桥墩，0号台采用桩基盖梁，4号台为重力式U型台明挖扩大基础。概算总造价732.50万元，其中建安费578.16万元，计划工期14个月。

方案二：拆除原拱桥重建，上部为1×50m钢筋混凝土板拱；桥宽：0.5 m防撞栏杆+11.0 m机动车道+0.5 m防撞栏杆；重力式U型台明挖扩大基础。概算总造价850.12万元，其中建安费675.25万元，计划工期12个月。

接受业主委托后，四川省公路工程咨询监理事务所咨询部于2014年8月14日派出桥梁、地质等专业的咨询专家，对四川省AB大桥病害进行现场考察。咨询专家通过对病害桥梁的观察，询问原桥设计、修建、养护及检测等参与人员的情况介绍，查阅检测报告，经各方现场会商研讨，设计单位在监理事务所专家组指导下，形成如下之初步设计方案：

方案一：拆除原拱桥重建，上部为4×20 m预应力混凝土小箱梁；桥宽：0.5 m防撞栏杆+11.0 m机动车道+0.5 m防撞栏杆；下部采用桩柱式桥墩，0号台采用桩基盖梁，4号台为重力式U型台明挖扩大基础。概算总造价732.50万元，其中建安费578.16万元，计划工期14个月，系设计推荐方案。

方案二：拆除原拱桥重建，上部为1×50 m钢筋混凝土板拱；桥宽：0.5 m防撞栏杆+11.0 m机动车道+0.5 m防撞栏杆；重力式U型台明挖扩大基础。概算总造价850.12万元，其中建安费675.25万元，计划工期12个月。

方案三，对原拱桥进行维修加固，桥宽：0.5 m防撞栏杆+7.0 m机动车道+0.5 m防撞栏杆。概算总造价192.56万元，其中建安费153.63万元，计划工期3个月。

虽桥梁基础受冲刷淘蚀致拱座基础前缘外露临空，约束度下降，构造严重破坏，但主拱及拱上建筑基本完好。经由行业管理、业主、审查机构及设计单位联合召开的评审会议审查，通过经济、技术等各方面综合比较，最终确定方案三为推荐方案，即对原拱桥进行维修加固，概算总造价192.56万元，其中建安费153.63万元，计划工期3个月。

5 建议地基加固顺序

(1)施作底喷层-锚杆挂网-再施作面喷层，恢复拱座基础的部分约束条件。

(2)打设小直径多排钢管桩、浇筑包埋混凝土并预埋高压注浆管PVC导向管，再作注浆管造孔、注浆加固地基。

(3)桥梁裂缝等局部缺陷修复。

6 维修加固的建议

(1)立即建立针对桥梁关键结构——主拱圈的沉降、位移监测系统，并立即开始监测作业(此项工作应持续至全桥加固结束后，再延续一段时间)。以监测数据作为保证加固决策科学合理；施工风险可控，人机安全；工后评价让数据说话，有效排除人为臆断与假象干扰。

(2)补测右岸拱座及上、下游的地形、地质断面。数量为：中线及拱座两侧边缘各1条，距拱座边缘上、下游侧5 m处各1条，共5条，用其初步确定拱座基础的实际临空情况，并据此初步估算地基的耐受程度。

(3)采用网喷混凝土封闭基下及上、下游一定范围内的临空暴露岩面，防止风化与河流冲刷、淘蚀作用等进一步削弱地基的完整性与承载能力，延迟病害发展，为地基加固赢得时间。

(4)于拟防护加固的地基范围之边缘打设壁厚9 mm，直径168 mm的无缝小直径钢管桩。按照经验，可能需要3排，排间距可采1.10 m，桩间距1.20～1.30 m。

(5)浇筑混凝土将钢管桩包裹在内，并封埋拱座基础下部，恢复原地形对基础的围限约束条件，保护基下软岩地基免受风化及河流冲刷的不良作用。

(6)打设高压注浆钢花管，对基下破碎之承重岩石作固结灌浆，提高承载能力。施工时，注浆钢花管无须拔出，其所具有的加筋、斜撑、连接、与锚固等综合作用可进一步提高地基的整体性与工程适应能力。大直径之挖孔桩或钻孔桩因存在爆破或机械振动，以及单轮次挖空量较大，对地基的损伤较强，均不宜选作加固工程措施。

7 结论

(1)原拱桥维修加固方案能节约投资、缩短断道时间及施工工期。

(2)基本无开挖工程的“先护后桩、混凝土包埋围合，再高压注浆固结地基的渐次成型地基加固技术”应用于该桥桥台病害治理。

(3)分析了该桥病害现状及病害形成机理，针对右岸拱座地基加固提出风险分析及应对措施，同时提出地基加固顺序建议，明确桥梁维修加固注意事项。论证方案比选及制定过程，为同类桥梁维修加固积累理论及实践经验。

(4)避免了拆除重建，社会影响小，取得良好的社会效益。

(5)由于未采用拆除重建方案，避免了拆除原桥产生的废方，同时避免了新建桥梁需要消耗的沙、石、钢材等建筑材料，有利于环境保护和建设节约型社会。

U445.7+1

B

1009-7716(2015)08-0066-02

2015-04-27

张增亚(1972-)，男，河北石家庄人，高级工程师，从事路桥工程设计文件审查工作。