郅乃榮

山西路橋第三工程有限公司 山西忻州 034000

1 因河床下切引起的水位變化概述

跨江橋梁結構不同于陸上橋梁，尤其是下部結構，跨江橋梁下部結構樁基礎及橋墩大部分處于水下，其工程外環(huán)境與陸上橋梁存在較大差別，因此，跨江橋梁下部結構也伴隨著某些特殊的病害。河流河床又稱為河槽，專指河流中被水流淹沒的區(qū)域，水流河床受外界自然環(huán)境影響明顯，且伴隨河流水位漲跌處于動態(tài)變化進程中；在跨江橋梁工程中，因河床下切引發(fā)的河流水位異常、大幅變化是橋梁下部結構最常見的不良工況之一[1]。由于河床下切，導致原河床基準面下降，相應水位也大幅變化，致使實際河流水位與設計階段存在較大差異，橋梁樁基礎及橋墩截面占據(jù)了部分河流橫斷面面積，改變了原始河流的徑流狀態(tài)，增加了河流流速，水流沖刷效應被人為提升；樁基礎及橋墩附近的泥沙沉積物長期被河水沖刷，加之水位下降因素影響，導致樁基礎及橋墩埋深不足，樁基礎及橋墩部分裸露于自然環(huán)境中，長此以往，水平面附近裸露的樁基礎及橋墩逐步劣化，結構承載能力及抗變形剛度不斷下降，最終將威脅到橋梁下部結構的可靠度和安全性。

2 水位變化對跨江橋梁柱式墩、樁基礎的病害影響分析

在橋梁工程設計及施工實踐中，為了確保上部結構的穩(wěn)定可靠，必須保證下部結構橋墩及基礎的剛度、強度滿足設計要求，尤其是在豎向及橫向荷載耦合作用下的橋墩位移值必須在設計允許范圍內(nèi)；但是，在涉水橋梁結構中，由于自然沖刷及人工河床開挖等外部因素的干預，導致河流河床下切，進而引發(fā)河流水平面標高下降，由于水平面變化導致橋墩及基礎與水平面交界位置反復變化，橋墩和基礎在自然環(huán)境下快速劣化，其強度、剛度及荷載穩(wěn)定性等關鍵指標均不同程度下降，對整個橋梁結構的下部體系造成嚴重安全威脅[2]。以下就河流河床下切引起的水位變化對橋梁下部結構柱式墩的病害影響進行分類分析，具體如下：

2.1 橋墩混凝土結構開裂病害

以公路橋梁中常見的柱式墩組合結構為例，在涉水橋梁中，柱式墩因河床下切引起的病害大部分集中在樁基礎上，但橋墩混凝土開裂是柱式墩最常見、最高發(fā)的病害之一。因河床下切，導致水平面標高變化顯著，在橋墩系梁以上附近會出現(xiàn)若干沿著橋墩截面環(huán)向分布的圓弧裂縫，通過分析大量涉水橋梁工程案例發(fā)現(xiàn)，環(huán)向開裂一般多發(fā)于背向橋臺一側，屬典型的荷載開裂；主要原因是因河床下切，河水流速及沖刷形式被迫改變，進而影響橋墩原有的受力平衡，橋墩內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，一旦應力超過混凝土材料抗拉強度，必然造成環(huán)向拉裂，最終影響橋墩混凝土結構的剛度和完整性。

2.2 樁基礎混凝土持續(xù)劣化病害

基礎是河床下切引發(fā)下部結構病害的重災區(qū)，由于河床下切導致河水水位下降，原浸沒于水中的樁頂完全暴露于自然環(huán)境中，樁基礎混凝土由于所處自然環(huán)境發(fā)生突變，在長期水流沖刷影響下，導致樁頂混凝土劣化進程加速，混凝土耐久性持續(xù)下降。樁基礎混凝土能夠保護樁基礎鋼筋骨架，以確保樁基礎承載能力滿足上部結構及橋墩要求，一旦保護層混凝土劣化，勢必會削弱其對鋼筋骨架的保護能力，嚴重情況下將造成樁頂鋼筋裸露，承臺有效截面減小，嚴重破壞樁基礎的抗壓及抗彎承載性能；此外，原施工過程中出現(xiàn)的鋼筋骨架定位不精準、樁基礎局部脫空等病害也將因河床下切引起的水平面下降問題而被放大，由于鋼筋骨架定位偏差，樁基頂部附近存在脫空病害，在沖刷加劇作用影響下，對應位置混凝土病害進程明顯更快，劣化程度更高，對應位置鋼筋的銹蝕程度也越嚴重。

2.3 樁基礎鋼筋骨架銹蝕災變

基礎結構鋼筋銹蝕災變是最終影響下部結構承載能力劣化的根源和關鍵，也是因河床下切引發(fā)的下部結構病害中最嚴重的一種。鋼筋骨架由于失去混凝土保護層的保護，導致鋼筋骨架被暴露于自然環(huán)境中，部分處于保護層內(nèi)的鋼筋因氯離子滲透作用，導致鋼筋不同程度銹蝕，銹蝕后體積膨脹，在銹脹應力的作用下，導致混凝土保護層開裂；鋼筋銹蝕一方面破壞了鋼筋的有效截面積，直接影響了鋼筋的實際應力大小，此外，因局部不均勻銹蝕造成的應力集中問題很容易導致鋼筋脆斷，造成嚴重惡性事故；另一方面，鋼筋銹蝕后，鋼筋與混凝土之間的握裹力下降，二者協(xié)同受力及變形的能力被削弱[3]。

3 針對沖刷病害的常用加固技術概述

對于采用樁基礎的涉水橋梁結構，不論是摩擦樁還是端承樁，河床下切均會引起樁基礎承載能力和剛度下降，對于存在因河床下切引起的水位變化而導致的下部結構病害情況，必須采取必要的加固補強措施，以滿足橋梁后續(xù)的服役要求。本文簡要介紹微型樁在加固中的應用，微型樁加固技術原理與主梁增大截面法原理類似，通過強化截面剛度和強度，從而起到加固補強的作用，微型樁樁徑小于普通樁基礎，且受力結構非局限于鋼筋骨架，可用鋼管或其它型鋼代替；在原柱式墩周圍澆筑外包混凝土，以擴大原下部結構有效截面積，待混凝土強度形成后，在混凝土上鉆孔增設微型樁，微型樁樁底需鉆入基巖內(nèi)，且入巖深度不小于1m，通常情況下，微型樁采用等間距布置，樁間間距根據(jù)現(xiàn)場施工情況確定。相較于其它加固技術，微型樁加固技術現(xiàn)場施工效率更高、所需的作業(yè)空間更小、施工技術難度較低；此外，微型樁結構作用于新增加的外包混凝土結構中，不會過渡擾動原下部結構，故對地基施加的附加應力值較低。當前，微型樁加固處治技術已經(jīng)廣泛應用在因水位變化引起的樁柱病害處治領域中，并取得了良好的工程反饋。

4 結語

由于自然沖刷和人工開挖等因素影響，河床下切問題尤為普遍，因河床下切引起的水位變化已經(jīng)給橋梁下部結構造成了巨大的安全威脅；本文在明確了因河床下切導致的水位變化對跨江橋梁柱式墩及樁基礎病害影響程度及類型的基礎上，重點對微型樁加固技術進行了闡述，從而深化了對病害控制和加固的認識。