跨南水北调总干渠桥梁桩基的加固防护设计

2014-07-27刘海宽陶小委梁柯峰张会礼

创新科技 2014年8期

关键词：干渠南水北调耐久性

刘海宽陶小委梁柯峰张会礼

（1.河南省交通科学技术研究院有限公司，河南郑州 450000；2.机械工业第六设计研究院有限公司，河南郑州 450000）

跨南水北调总干渠桥梁桩基的加固防护设计

刘海宽1陶小委2梁柯峰1张会礼1

（1.河南省交通科学技术研究院有限公司，河南郑州 450000；2.机械工业第六设计研究院有限公司，河南郑州 450000）

本文以某高速跨南水北调总干渠桥梁为例，在对桥梁桩基承载力复核验算的基础上，结合桩身病害，设计制定了两种加固方案，并对方案进行了比选，在满足安全、耐久性和美观的加固前提下，最终确定了造价合理、新增阻水率较小的加固防护方案。

南水北调，桥梁桩基，加固方案，阻水率

由于河流洪水冲刷或桥下施工等人为原因，会导致河床或自然地面降低，引起桥梁钻孔灌注桩埋置深度发生变化，部分桩体露出地面。当桩基外露长度较大时，需要对桩基承载力进行复核验算，并处理外露桩身病害，以确保桥梁的安全、耐久性和美观。

1 项目概况

图 1 桥梁墩桩基外露情况

某高速公路大桥全长182.08m，横跨南水北调（中线）总干渠桥。桥梁设计时考虑了后期南水北调干渠开挖，桩长作出了长度预留。桥梁横断面为分离式双幅，单幅桥面全宽13.5m，净宽12.75m。上部结构型式为一联5孔35m后张预应力混凝土T梁，桥面连续，单幅横桥向布设7片T梁；下部结构为桩柱式墩，钻孔灌注桩基础，圆柱墩直径1.5m，钻孔灌注桩直径1.8m。桥梁设计荷载等级为公路Ⅰ级。由于南水北调水渠开挖施工，该大桥2#、3#墩桩基已露出地面，桥梁下部结构外露情况如图1所示。

2 桩身病害与验算

已开挖外露桩身表面凹凸不平，局部有空洞或露筋，桩柱结合处有轻微夹渣，2#墩桩基开挖露出11.5m，且2-3#桩存在15 cm偏位；3#墩桩基开挖外露5.9m，桩柱结合处有轻微夹渣，3-2#桩存在接桩现象。开挖外露桩身存在不同程度的扩桩，桩身直径在1.86～2.52m之间。经验算，开挖后桩基承载力、桩身截面强度、桩顶位移等均满足相关要求，但桩身病害影响结构的耐久性与美观，需要加固防护处理，且开挖后桥梁横向稳定性被削弱，需要加强。

3 桩身防护设计

当桥梁墩台或桩基等下部结构承载能力不足、施工质量不好、水流冲刷磨耗、风化剥离以及其他因素造成的损坏、变形、侧移或鼓肚等各种病害时，可采用外包钢筋混凝土套箍加固法，即对原桩柱表面清理后进行植筋，然后布设钢筋网，立模浇筑混凝土增大原构件截面。

3.1 方案一：增大直径至2.2m

桩身存在扩桩，扩桩后的桩基平均直径约为2m，为尽量减少对桩身混凝土的扰动，考虑凿除桩身浮渣和松散砼后，在桩身表面植筋、围挂钢筋网，然后浇筑套箍混凝土，将桩身直径增大至2.2m，如图2所示。

图 2 方案一增大直径至2.2m（单位：cm）

图 3 方案二增大直径至2.05m并加设钢系梁（单位：cm）

3.2 方案二：增大直径至2.05m并加设钢系梁

本项目桥墩位于南水北调水渠内，桩身截面增大势必增大阻水率，对南水北调干渠水流造成一定影响，因此加固方案应当考虑在满足横向稳定的前提下尽量减小桩身截面的增加。方案加钢筋混凝土套箍，将直径增大至2.05m，并桩身加设钢系梁。

4 方案比选

加固方案应能消除桩身现状病害，保证结构的耐久性，并能增加桩柱横桥向稳定性，且应尽量减小对南水北调干渠阻水率的增加，同时应满足经济性的要求。上面两种加固方案均能消除桩身表面病害，保证结构的耐久性，因此从横向稳定性、新增阻水率、经济性等三方面对方案进行比选。桩柱横向稳定性可从横桥最不利荷载组合作用下的柱顶位移反应。采用有限元软件midas Civil2012分别建立加固方案的有限元模型，并计算在最不利荷载组合作用下的横桥向位移。

经计算，对比加固方案一和方案二如表1所示。

表 1 加固方案对比表

由表1可知，两加固方案均能有效提高桥梁横向稳定性，在最不利荷载组合作用下,盖梁横桥向最大位移均不超过1mm。加固方案一由于对原桩柱直径增加较大，对南水北调总干渠新增阻水率较大；加固方案二由于增设钢系梁等因素，较方案一增加造价6.16万元。

南水北调工程是我国影响深远的战略性基础设施工程，工程地域跨度大，沿线渠下建筑物的阻水对水渠输水效率和成本影响较大。虽然南水北调工程建设考虑了现有渠下建筑物的阻水影响，但对于新增阻水率应严格控制。综合考虑，在满足加固效果且造价增加不大的情况下，选择方案二进行加固防护为优，以尽量减小对南水北调干渠的新增阻水率。