谈谈多沙河流跨河桥梁桥墩基础设计

2014-08-15江西同济工程设计有限公司江西南昌330000

江西建材 2014年23期

■李玲，肖文 ■江西同济工程设计有限公司，江西南昌 330000

随着我国交通事业的不断发展，桥梁建设也逐渐增加，尤其是跨河大桥的建设，增加越来越多。但同时，在桥梁的使用过程中也出现了不少安全事故，事关广大人民群众的生命财产安全。为了使广大人民群众在获得桥梁使用的同时使自己的生命财产安全得到保证，需要对桥梁的设计施工进行严格的控制。桥墩的基础设计是桥梁能够完成其使用价值，保证使用过程中安全性的关键内容，是整个桥梁建设工程的核心环节，对整个桥梁工程具有决定性作用。因此，对多沙河流上跨河桥梁的基础设计具有很重要的研究意义。

1 多沙河流跨河桥梁桥墩设计的概述

对于多沙河流上桥梁桥墩的设计，当受到河道淤积和泥沙冲刷的影响时，对桥墩的冲刷深度就成为了影响桥梁安全的重要参数。本文所选的黄河河段的河床坡度突然变缓，河水速度骤然变慢，这种情况下，从黄河上游流下来的大量泥沙在此段沉积，并形成了地上悬河，长期以来，此段以多次发生了决口并改道，其河段是典型的游荡性河流。黄河下游河段的地表堆积物主要是第四系堆积物，其表层的土质主要以沙性为主，而且其厚度极大，因此，这种河段现状给跨河桥梁的设计和建设构成了巨大的困难。

随着我国经济水平的提高，广大人民对交通运输的要求也更高，而黄河作为我国交通运输业中的重大影响因素，对其河上桥段的修建是我国整个交通事业的重要内容，因此，在黄河下游，大量的跨河桥梁修建工程已开始或已经完成。

根据黄河下游河段的特点，在其上修建桥梁时通常采用的是沉井基础，也有桩基础的使用例子。从施工技术当前的发展状况和对施工工期的要求来看，桩基础是现阶段桥梁建设施工中应用较多的技术方法。对桩基础设计时，其桩长是一个重要的参数，其桩长的重要影响参数是桥墩基础的冲刷深度，另外还有河床以下桩周土极限摩擦力的大小。桥墩基础的冲刷深度越深，需要建设的桥墩就越长，相当于桥墩就越高;而桥墩的高度越大，其基础所受的力就相应越大;反之，河床的下桩周土极限摩擦力越小，在承担相同的反力时需要的桩长就越长。因此，对上述的这两项参数需要严格来设计，从而确保跨河桥梁桥墩设计的安全性。

通常情况下，在桥梁的基础设计中，桥墩的冲刷深度可以通过计算来算得，即依据水文设计规范所提供的相应公式进行计算;对于桩周土的极限摩擦力，则可由桥址地质钻探资料，同时参考设计规范的相关意见来加以确定。桥梁设计是否合理，一般是由设计工程师的设计经验所决定的。对于特大型的桥梁的设计，因其工程规模太大，为了保证施工质量的可靠和安全，仅仅采用上述设计方法还是不够的，这时，研究并采用更加科学的设计方法是很有必要的。

2 河沙对桥墩的冲刷原理

河沙对桥墩的冲刷往往是局部冲刷，它是一个及其复杂的过程，发生时主要是在桥墩的周围，主要表现为泥沙运动和床面冲刷。按照当前的相关理论以及实践研究，引起泥沙对桥墩的冲刷主要原理如下:

第一，桥墩在河流中，不断受到河流的冲刷，具有阻碍河流向前流动的作用，这样，在桥墩附近会形成一定的漩涡，主要表现为螺旋流，这种螺旋流会随着流水向下游流去。同时，在螺旋流向下游传播的时候，会在下游形成回流区，这样的回流区又会形成另外的漩涡，这时形成的漩涡的中心是空的，能够产生有漩流动，流动时会将河中的泥沙卷起并带向下游，冲刷了床面。

第二，桥墩在水中会对水产生一定的阻碍作用，在产生了这种作用后，其侧向流动会渐渐形成螺旋流，这种螺旋流呈马蹄形，会冲刷桥墩的两侧地形，并逐渐带动桥墩周围床面的泥沙运动，同时向下游传播，传播的过程中形成了冲刷坑。其冲刷坑的形成和传播与水流能量具有紧密的联系，仅在水流能量降至很弱时才会有冲刷现象的减弱甚至停止。

3 以具体模型试验为基础的桥梁基础设计

本文通过在具体的模型试验(主要是整体水工模型试验、局部正态模型试验和桥墩冲刷深度的分析确定)中获得一定的研究经验，结合其试验结果对实践中的桥梁设计进行了更加缜密的推算和研究，提出了相应的桥梁基础设计方案。

在桥梁的基础设计中，基础作用的相关力及负荷都是桥梁桥墩设计中的重要影响因素，需要对其进行严格的计算，即严格根据相应的规范和规定进行对其参数的运算。在对桥梁和桥墩进行设计之初，需要对桩周土极限摩擦力的取值进行严格的分析。

在对桥梁进行钻孔桩的设计中，需要对河槽的冲刷有一个准确的分析，对计算出的摩擦力值要进行合理的取舍，使桩基的设计尽量即安全可靠又经济合理。在本文选定的黄河下游某河段，其地质主要是细沙、粉质粘土，桥梁的桩基按摩桩设计，其桩长通常比较长，同时对施工过程中的应用设备要求也相对较高。在计算主桥桩的基础桩周土的极限摩擦力时，需要根据土层的加权平均方法来计算。需要注意的是，局部冲刷线到普通冲刷线之间的一段土层通常是冲刷后的淤积土层，这时不计摩擦力，也不考虑负摩擦力的作用。

在实际的设计中，对桥梁的设计还需要考到承台座板的高程的影响因素，根据不同的承台座板的高程，通常可分为低桩式基础和高桩式基础。承台座板的高程是以地面以下或者刷线以下的桩基布置为分界线的，位于其以上的成为高桩承台;反之，位于其以下的，成为低桩承台。在设计中，需要严格结合实际地质条件、重要参数等进行仔细的设计，使桥梁设计真正满足基础工程的经济性和安全性。