馮 超，譚 威

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 烏魯木齊市 830006)

0 引言

近年來，隨著我國(guó)不斷加強(qiáng)沙化土地治理力度，生態(tài)環(huán)境逐步改善，荒漠化防治取得顯著成績(jī)，荒漠化和沙化面積實(shí)現(xiàn)“雙縮減”，但我國(guó)是世界上荒漠化最嚴(yán)重的國(guó)家之一，荒漠化土地面積占陸地國(guó)土面積的1/4，其中以新疆分布面積最廣[1-2]。

新疆雖然位于內(nèi)陸干旱區(qū)，但由于其三山夾兩盆地地形特點(diǎn)，加之境內(nèi)山脈高聳，截獲了較多的水汽，因而山區(qū)極易形成降水。高海拔區(qū)域在低溫條件影響下，降水會(huì)形成積雪、冰川，隨著氣溫升高融化后形成季節(jié)性冰雪融水洪水；中低山帶則多暴雨，常形成暴雨洪水和泥石流，結(jié)合各種特殊自然地理?xiàng)l件，匯聚形成各種類型突發(fā)性洪水，造成荒漠戈壁區(qū)公路橋梁水毀現(xiàn)象頻發(fā)，因此戈壁荒漠區(qū)橋梁水毀如何修復(fù)成為了亟需重點(diǎn)考慮的難題。

1 橋梁水毀形式

橋梁水毀的主要形式有[3-4]：

(1)由于橋孔跨境設(shè)計(jì)不足，導(dǎo)致泄洪、輸砂不暢，造成橋前大量壅水，橋下沖刷嚴(yán)重，墩臺(tái)外露；部分含沙量較大的河流則會(huì)出現(xiàn)橋下泥沙大量淤積，阻塞橋孔的現(xiàn)象。

(2)墩臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)因埋深不足，其底部被沖蝕后發(fā)生沉陷或傾覆。

(3)洪水流量超過橋跨過水能力或河道遷移造成洪水迂回沖斷橋后路基。

(4)洪水中夾雜浮木、塊石等漂浮物，與橋墩發(fā)生碰撞，造成墩身?yè)p壞。

(5)橋前壅水過高，對(duì)橋梁產(chǎn)生過大的推力和浮力，造成橋梁被推倒沖毀。

2 工程概況

某戈壁荒漠區(qū)橋梁位于新疆南疆地區(qū)，地處昆侖山北麓，塔克拉瑪干沙漠南緣，地表特征為荒戈壁，植被非常稀疏，地質(zhì)狀況以細(xì)砂為主，夾雜圓礫、卵石。本橋上跨一大型沖溝，橋跨為5-20.0m，上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下部采用柱式墩、肋式橋臺(tái)，樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅱ級(jí)，設(shè)計(jì)洪水頻率為1/50。

3 戈壁荒漠區(qū)橋梁水毀成因

導(dǎo)致戈壁荒漠區(qū)橋梁水毀形成的原因是多方面的，是由特定的地質(zhì)、地貌、水文氣象等自然因素與人為因素共同作用所產(chǎn)生的結(jié)果。

3.1 自然原因

水毀災(zāi)害主要發(fā)生在氣溫較高、降水量相對(duì)多的6月份至9月份，持續(xù)的高溫，造成昆侖山高山區(qū)冰川、永久性積雪及中低山區(qū)的冬季積雪大范圍快速消融，加之昆侖山北麓自然坡度大，地表植被少，地面組織多為經(jīng)過風(fēng)化的松疏物質(zhì)，砂礫石裸露，水土保持能力差，冰雪融水匯流快，水流速度大，極易于山前匯集形成融雪性洪水。

3.2 橋梁建設(shè)自身原因

由于橋梁的修建對(duì)原有河道進(jìn)行了較大程度壓縮，造成橋下水流速度加快，加之河道地表以下9m地質(zhì)均以粉砂為主，抗沖擊能力差，洪水造成河床下切近6m，從而導(dǎo)致橋墩樁基外露，導(dǎo)流壩基礎(chǔ)沖刷掏空，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)正常使用造成安全隱患。為避免結(jié)構(gòu)物進(jìn)一步損壞，洪水過后養(yǎng)護(hù)單位對(duì)橋墩沖刷、掏空部分進(jìn)行了回填，但簡(jiǎn)單的回填處理無(wú)法解決沖刷造成的病害影響，需對(duì)橋梁構(gòu)造物進(jìn)行修復(fù)、加固，并采取一定措施防止水毀的再次發(fā)生。

圖1 典型橋梁水毀病害

4 戈壁荒漠區(qū)橋梁修復(fù)方案分析

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該橋的平面位置、高程、結(jié)構(gòu)外觀、幾何尺寸以及混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度及鋼筋偏位等詳細(xì)和針對(duì)性檢查，該橋目前雖經(jīng)洪水沖刷下切嚴(yán)重，但尚未發(fā)生明顯的水平及豎向變位;主要承重構(gòu)件的幾何尺寸與設(shè)計(jì)基本相符，但外觀較差，存在跑模、蜂窩麻面、色差嚴(yán)重等現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)與設(shè)計(jì)基本相符。

4.1 上部結(jié)構(gòu)修復(fù)

橋梁上部結(jié)構(gòu)空心板底部存在縱向開裂，部分梁板板底伴有不規(guī)則干縮裂縫，雖裂縫造成梁板剛度一定程度下降，但經(jīng)檢測(cè)其強(qiáng)度和剛度基本符合設(shè)計(jì)等級(jí)要求;另外支座存在開裂、剪切變形病害。

針對(duì)上部結(jié)構(gòu)存在病害，提出處置方案如下：對(duì)梁板寬度大于0.15mm的裂縫進(jìn)行壓力灌膠處理，小于0.15mm的裂縫進(jìn)行表面封閉處理，此外對(duì)破損的支座進(jìn)行更換。

4.2 橋墩加固方案

橋梁下部結(jié)構(gòu)墩柱存在較多網(wǎng)狀開裂，其中以網(wǎng)狀開裂中的縱向裂縫為主。橋墩表面裂縫對(duì)橋梁承載能力影響不大，但會(huì)造成橋墩混凝土、鋼筋耐久性下降。此外，受河床沖刷下切影響，樁基外露近6m，雖然設(shè)計(jì)過程中考慮了樁基沖刷影響，適當(dāng)加長(zhǎng)了樁基長(zhǎng)度，經(jīng)驗(yàn)算現(xiàn)有樁基有效樁長(zhǎng)可滿足承載力需求，但對(duì)整體基礎(chǔ)承載力及耐久性仍存在一定的安全隱患。故擬采用增大截面法對(duì)受沖刷橋墩進(jìn)行加固處理，提高基礎(chǔ)承載能力和抗彎能力。鑒于洪水中夾雜有卵礫石，為避免其對(duì)墩身造成撞擊破壞，于橋墩墩柱及樁基外側(cè)包裹鋼板進(jìn)行防護(hù)。具體加固方式如圖2所示。

圖2 橋墩加固方案示意圖

如圖3所示，對(duì)橋墩墩柱、樁基系梁及2m長(zhǎng)樁基進(jìn)行外包鋼板防護(hù)，鋼板與墩身間距10cm，采用C30小石子混凝土填充。施工前需將墩身表面進(jìn)行鑿毛處理，以增強(qiáng)粘結(jié)性。鋼板內(nèi)側(cè)焊接10cm定位鋼筋，以保證與墩身間距，每段鋼板高1.5m，施工時(shí)先安裝固定鋼板，再?gòu)南孪蛏线M(jìn)行逐層澆注。每塊鋼板為半圓兩兩焊接，相鄰兩層的豎向接縫應(yīng)錯(cuò)開。

圖3 鋼板大樣圖

4.3 河床修復(fù)加固

受洪水沖蝕，橋位處河道下切近6m，雖然養(yǎng)護(hù)部門已對(duì)下切河床進(jìn)行回填處理，但單純的回填無(wú)法應(yīng)對(duì)下次洪水沖刷。

擬對(duì)橋梁內(nèi)上游15m至下游40m范圍內(nèi)回填后河床進(jìn)行壓實(shí)整平，結(jié)合地形滿河床鋪設(shè)格賓網(wǎng)護(hù)墊，以此加固河床，提高河床抗沖刷能力；為避免格賓網(wǎng)下部沖刷、掏蝕破壞，增強(qiáng)格賓網(wǎng)鋪砌耐久性，于上游格賓網(wǎng)邊緣設(shè)置2m深垂裙，并于下游設(shè)置拋石防護(hù)，具體方案如圖4所示。

圖4 格賓網(wǎng)鋪砌橫斷面示意圖

格賓網(wǎng)護(hù)墊一般是由耐磨強(qiáng)度高的鍍鋅鋼絲、鋁鋅合金鋼絲或者包塑鋼絲編織的蜂巢式網(wǎng)片構(gòu)成，可根據(jù)需求加工成不同尺寸的網(wǎng)箱，并于施工現(xiàn)場(chǎng)向網(wǎng)箱內(nèi)填充質(zhì)地堅(jiān)硬無(wú)風(fēng)化，塊徑不小于網(wǎng)格大小石料，石料間空隙用小塊石填塞，保證填充石料飽滿密實(shí)，均勻無(wú)架空。

格賓網(wǎng)護(hù)墊是作為一種常用的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)體系，具有透水性好，抗沖刷、沖擊能力強(qiáng)，建筑成本較低，施工便捷的特點(diǎn)，且因其具有一定彎曲變形能力，能適應(yīng)砂卵石基礎(chǔ)的不均勻沉降，已逐步成為中、小河流河道治理普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式。

5 戈壁荒漠區(qū)橋梁設(shè)計(jì)階段水毀防治建議

通過深入分析水毀成因，不難發(fā)現(xiàn)，造成公路橋梁水毀的原因雖然是多方面的，但究其主要原因，或是由于設(shè)計(jì)依據(jù)與實(shí)際情況不符，或是橋梁遭受設(shè)計(jì)時(shí)未能預(yù)料的水利條件，可見，設(shè)計(jì)階段對(duì)橋梁水毀予以充分重視，采取必要的預(yù)防措施，可減小甚至根治水毀對(duì)橋梁構(gòu)造物的危害。

橋梁設(shè)計(jì)階段水毀防治需著重以下幾個(gè)方面：

(1)橋位應(yīng)盡量選擇河道順直、水流穩(wěn)定，河床土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的河段。

(2)加強(qiáng)水文地質(zhì)調(diào)查，充分了解河道特性，準(zhǔn)確把握河道歷史最高洪水位、洪水比降、流域面積、糙率等水文要素，以及洪水過后河床沖淤變化情況，對(duì)未來數(shù)年橋位處河道演變進(jìn)行充分考慮。對(duì)河床土質(zhì)進(jìn)行取樣調(diào)查，分析確定土質(zhì)特性及平均粒徑。

(3)除以水文地質(zhì)調(diào)查資料為依據(jù)，進(jìn)行橋孔水利計(jì)算，確定橋跨最小凈長(zhǎng)度外，還應(yīng)結(jié)合橋位地形、河床地質(zhì)、河道演變、橋前壅水、沖刷深度等情況，綜合分析論證后確定橋孔合理長(zhǎng)度。

(4)墩臺(tái)基礎(chǔ)埋置深度需根據(jù)橋位河段具體情況，取河床自然演變沖刷、一般沖刷和局部沖刷的最不利組合，作為確定墩臺(tái)基礎(chǔ)埋深的依據(jù)。保證最小埋置深度，確保沖刷后墩臺(tái)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性。

(5)橋梁設(shè)計(jì)不應(yīng)僅局限于橋梁主體設(shè)計(jì)，還應(yīng)重視附屬調(diào)治構(gòu)造物的設(shè)計(jì)，如通過設(shè)置導(dǎo)流壩對(duì)河道進(jìn)行合理分流；通過設(shè)置丁壩，加速泥沙沉積，防止水流對(duì)河岸沖刷等。此外對(duì)于戈壁荒漠區(qū)河床，由于土質(zhì)易被沖刷，設(shè)計(jì)過程中可考慮對(duì)河床進(jìn)行鋪砌加固。

6 結(jié)語(yǔ)

戈壁荒漠區(qū)因其特殊的水文、地質(zhì)條件，公路橋梁水毀問題較為嚴(yán)重。水毀作為橋梁使用過程中所產(chǎn)生的較大的質(zhì)量問題，如處理不及時(shí)，處理方式不當(dāng)，極易引起重大安全事故，必須予以充分的重視。以某戈壁區(qū)水毀橋梁修復(fù)工程為研究背景，首先總結(jié)了戈壁區(qū)橋梁水毀的主要成因，然后分別從橋梁上部結(jié)構(gòu)、橋墩、河床三個(gè)方面對(duì)水毀修復(fù)加固方案進(jìn)行了研究，最后提出了橋梁前期設(shè)計(jì)階段預(yù)防水毀的幾點(diǎn)建議，以期為同地區(qū)橋梁設(shè)計(jì)以及水毀修復(fù)加固提供參考。