張凱旋 王志華

（北京特希達(dá)交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100000）

0 引言

由于現(xiàn)行的《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120-2021）、《公路橋梁技術(shù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》等文件主要側(cè)重于橋梁整體結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)及技術(shù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，未對(duì)橋梁基礎(chǔ)日常養(yǎng)護(hù)、隱患檢查做出詳細(xì)的檢查標(biāo)準(zhǔn)及操作技術(shù)細(xì)則，橋梁管養(yǎng)單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu)無法在常規(guī)定檢中對(duì)橋梁基礎(chǔ)作出可靠的評(píng)定結(jié)論并及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害隱患。目前國內(nèi)公路行業(yè)的橋梁管養(yǎng)單位和檢測(cè)技術(shù)人員多來源于交通土建類專業(yè)，對(duì)于涉及水利相關(guān)的橋梁防洪評(píng)估問題，在知識(shí)上存在短板，因此橋梁的抗洪性能評(píng)估可作為我國橋梁行業(yè)下一步解決和研究的課題。基于此，以湘洞大橋基礎(chǔ)隱患檢測(cè)及安全性能評(píng)估工程為依托，并基于以往工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范，總結(jié)一套適用于公路橋梁水下基礎(chǔ)隱患檢查及抗洪性能評(píng)估辦法。

1 檢測(cè)及評(píng)估的依據(jù)及方法

根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120-2021）第5.2.1 條中的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)既有橋梁的外觀病害調(diào)查評(píng)估、河床斷面檢測(cè)評(píng)估、基礎(chǔ)埋深評(píng)估、基礎(chǔ)基底檢測(cè)評(píng)估、基礎(chǔ)承載力評(píng)估等評(píng)價(jià)指標(biāo)提出了具有可操作性和針對(duì)性的評(píng)估準(zhǔn)則，根據(jù)以上準(zhǔn)則對(duì)橋梁基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定。評(píng)估主控指標(biāo)如下。

1.1 外觀病害調(diào)查評(píng)估指標(biāo)

主要檢測(cè)內(nèi)容包括整體有無下沉、滑移、傾斜等異常變形，構(gòu)造物有無開裂、破損、剝落、露筋、空洞、沖蝕、腐蝕、松動(dòng)、灰縫脫落，基礎(chǔ)有無失效、脫空等病害。外觀調(diào)查病害結(jié)果按以下內(nèi)容進(jìn)行劃分評(píng)估：

（1）無明顯沖蝕、剝落；

（2）有沖蝕、剝落，面積小于10%，深度小于20mm；

（3）有沖蝕、剝落、露筋，面積超過10%，鋼筋銹蝕；

（4）沖蝕、剝落嚴(yán)重；樁頂外露或縮頸、露筋及鋼筋銹蝕嚴(yán)重；砌體松動(dòng)、脫落或變形。

1.2 河床斷面檢測(cè)評(píng)估指標(biāo)

對(duì)橋梁上、下游河床斷面線進(jìn)行測(cè)量并繪制河床斷面圖。河床斷面檢測(cè)結(jié)果按以下內(nèi)容進(jìn)行劃分評(píng)估：

（1）河床穩(wěn)定；

（2）河床基本穩(wěn)定；

（3）河床有沖刷；

（4）河床不穩(wěn)定，沖刷嚴(yán)重。

1.3 基礎(chǔ)埋深評(píng)估指標(biāo)

測(cè)量河床實(shí)際標(biāo)高與基礎(chǔ)構(gòu)造物底面標(biāo)高，計(jì)算得出基底埋深。每個(gè)基礎(chǔ)的四面都應(yīng)進(jìn)行探摸及河床標(biāo)高測(cè)量。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 024-85）3.1.1條相關(guān)規(guī)定：

（1）小橋涵基礎(chǔ)，在無沖刷處，除巖石地基外，應(yīng)該在地面或河床底以下至少埋深1m；如有沖刷，基底埋深應(yīng)在局部沖刷線以下不小于1m。

（2）在有沖刷處，大、中橋基底埋置在局部沖刷線以下的安全值，應(yīng)按表1規(guī)定選用。

表1 基底最小埋深安全值

1.4 基礎(chǔ)基底檢測(cè)評(píng)估指標(biāo)

通過地質(zhì)鉆探方式，查明橋梁基礎(chǔ)的地質(zhì)條件以及橋梁基礎(chǔ)地基及持力層基本情況，檢查地基是否失效、掏空，探明基礎(chǔ)基底埋深及持力層基本情況。

1.5 基礎(chǔ)承載力評(píng)估指標(biāo)

對(duì)橋梁基礎(chǔ)現(xiàn)況進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，分析河床進(jìn)一步?jīng)_刷對(duì)基礎(chǔ)承載能力的影響，評(píng)估基礎(chǔ)的抗洪能力，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

2 評(píng)估準(zhǔn)則

根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120-2021）第5.2.1 條中的相關(guān)規(guī)定，將公路橋梁的抗洪能力劃分為強(qiáng)、可、弱、差4個(gè)等級(jí)。

2.1 工程實(shí)例

2.1.1 橋梁概況

湘洞大橋位于連山壯族瑤族自治縣，橋梁類別為中橋，橋梁全長61.75m，橋面全寬5.1m，凈寬4.4m，跨徑組合5×12.35m。上部結(jié)構(gòu)：各跨為普通鋼筋混凝土T梁，橫向由3片T梁組成。下部結(jié)構(gòu)：墩臺(tái)為重力式及擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面鋪裝：水泥混凝土鋪裝?；A(chǔ)形式：墩臺(tái)基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋梁現(xiàn)貌如圖1所示。

圖1 橋梁現(xiàn)貌

2.1.2 外觀病害調(diào)查

下部結(jié)構(gòu)采用橋臺(tái)砌片石重力式結(jié)構(gòu)，橋墩采用鋼筋混凝土重力式結(jié)構(gòu)，墩基礎(chǔ)形式均為擴(kuò)大基礎(chǔ)。本次檢查的主要病害為：

（1）全橋基礎(chǔ)均未見下沉、滑移、傾斜等異常；

（2）0#臺(tái)身麻面、骨料外露，未見露筋現(xiàn)象；

（3）2#墩身左側(cè)存在1處裂縫L=1.2m，δ=0.12mm；

（4）3#墩身右側(cè)存在2 處裂縫L1=0.4m，L2=0.6m，δ=0.05mm，墩身底部局部磨損露骨；（5）5#臺(tái)身局部破損，骨料外露，未見露筋現(xiàn)象。

2.1.3 河床斷面檢測(cè)

（1）對(duì)橋梁上、下游河床斷面線進(jìn)行測(cè)量，通過高程數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，繪制出河床斷面示意圖如圖2所示。

圖2 河床掃測(cè)圖

（2）本次測(cè)得基礎(chǔ)周圍河床示意圖如圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)周圍河床示意圖

通過水下探摸檢測(cè)測(cè)得河床表層為淤泥、石塊。河床沖刷痕跡較小，但由于缺乏原始資料，后續(xù)需以本次河床檢測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，定期對(duì)河床標(biāo)高進(jìn)行檢測(cè)，以此更清晰地掌握河床變化情況。

2.1.4 基礎(chǔ)埋深檢測(cè)

（1）基底埋深情況。由于本橋年代久遠(yuǎn)，缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)施工資料，基底埋深無法獲知，因此利用基礎(chǔ)鉆探檢測(cè)法獲得，詳細(xì)檢查情況見表2。根據(jù)最不利原則判斷該橋最淺埋深為3#墩，基礎(chǔ)埋置深度為2.09m。

表2 基礎(chǔ)埋置深度反算表

（2）基底埋深一般規(guī)定。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 024-85）3.1.1 條相關(guān)規(guī)定：湘洞大橋的橋墩基礎(chǔ)為淺基礎(chǔ)，持力層為卵石，按無沖刷考慮，基礎(chǔ)底埋深不應(yīng)小于1.0m。該橋1#～5#墩基底埋深滿足規(guī)范要求，最小橋墩基底埋深為2.09m。

2.1.5 基礎(chǔ)基底檢測(cè)

湘洞大橋的墩臺(tái)基礎(chǔ)為淺基礎(chǔ)，根據(jù)鉆探結(jié)果，該橋基礎(chǔ)持力層為卵石層。具體土層參數(shù)如表3所示。

表3 橋墩基礎(chǔ)基底應(yīng)力驗(yàn)算

表4 橋墩基礎(chǔ)基底偏心距驗(yàn)算

2.1.6 基礎(chǔ)承載力評(píng)估

對(duì)湘洞大橋現(xiàn)況基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，分析河床進(jìn)一步?jīng)_刷對(duì)基礎(chǔ)承載能力的影響，評(píng)估基礎(chǔ)的防洪能力，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。結(jié)合檢測(cè)情況對(duì)1#～4#墩基礎(chǔ)進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)驗(yàn)算根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021-89）、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 022-85）、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 024-85）要求進(jìn)行，按照汽車-15 級(jí)、掛車-80 的荷載等級(jí)計(jì)算。

（1）有限元模型。結(jié)構(gòu)驗(yàn)算采用邁達(dá)斯civil 有限元軟件建立平面桿系模型，如圖4所示。

圖4 有限元模型

（2）基礎(chǔ)驗(yàn)算。本橋橋臺(tái)為砌片石重力式結(jié)構(gòu)，橋墩采用鋼筋混凝土重力式結(jié)構(gòu)，墩臺(tái)基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)，根據(jù)驗(yàn)算要求，對(duì)擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)鉆探結(jié)果，湘洞大橋基礎(chǔ)持力層為卵石。

①荷載及荷載組合

a.計(jì)算荷載

結(jié)構(gòu)重力：混凝土容重按26kN/m3計(jì)算，程序自動(dòng)計(jì)入。

二期恒載：橋面鋪裝自重、護(hù)欄自重等均以線荷載形式分配到主梁上。

b.荷載組合

荷載組合Ⅰ：恒載+汽車（計(jì)入沖擊系數(shù)）。

荷載組合Ⅱ：恒載+汽車（計(jì)入沖擊系數(shù)）+溫度荷載+收縮徐變。

荷載組合Ⅲ：恒載+掛車。

②橋墩基礎(chǔ)驗(yàn)算結(jié)果

對(duì)1#～4#橋墩沉井基礎(chǔ)基底應(yīng)力、偏心距、抗傾覆及抗滑移穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果分別如表3～表5所示。根據(jù)以上驗(yàn)算結(jié)果，現(xiàn)況結(jié)構(gòu)橋墩基礎(chǔ)基底應(yīng)力、偏心距及穩(wěn)定性均滿足要求。

表5 橋墩基礎(chǔ)基底穩(wěn)定性驗(yàn)算

2.1.7 防洪性能評(píng)價(jià)

按照評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)最差狀況的評(píng)定原則，橋梁抗洪性能評(píng)價(jià)表如表6所示，該橋防洪能力評(píng)定等級(jí)為可。

表6 橋梁抗洪性能評(píng)價(jià)

3 結(jié)束語

（1）對(duì)擴(kuò)大基礎(chǔ)橋梁進(jìn)行抗洪性能評(píng)估時(shí)，可通過外觀病害調(diào)查評(píng)估、河床斷面檢測(cè)評(píng)估、基礎(chǔ)埋深評(píng)估、基礎(chǔ)基底檢測(cè)評(píng)估、基礎(chǔ)承載力評(píng)估這5項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

（2）我國現(xiàn)存大量缺少原始資料的中小橋，隨著運(yùn)營時(shí)間的增加導(dǎo)致的河床沖刷及車載重量的不斷增加導(dǎo)致的基礎(chǔ)承載力安全系數(shù)的降低，都會(huì)對(duì)橋梁抗洪性能造成影響，由于現(xiàn)行的《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》，《公路橋梁技術(shù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，橋梁養(yǎng)護(hù)管理辦法、文件，均缺乏有關(guān)橋梁水下基礎(chǔ)隱患檢查的詳細(xì)、操作性強(qiáng)的技術(shù)細(xì)則，本文旨在依據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120-2021）中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)涉水?dāng)U大基礎(chǔ)橋梁提出系統(tǒng)的抗洪性能評(píng)估，為我國公路交通行業(yè)的管養(yǎng)單位、設(shè)計(jì)單位及檢測(cè)單位提供一種細(xì)致、全面的抗洪性能評(píng)估方案。