山区地区河流、河谷多,枯水期河道水深浅,河床狭窄,聚集在坡脚低的地方,流速缓慢的雨季,坡面汇水导致河流水量增加,流速增加,地形平坦宽的地方河床变宽,退水后难以恢复原貌。在山区桥梁设计选线时,受地形条件的限制,为跨越河道及河谷等复杂地段,桥梁基础不可避免的设置于河道中、河岸边及山体上,常受河水水流冲刷及地质灾害作用,对桥梁施工及后期运营阶段基础的承载力及稳定性构成威胁,存在巨大安全隐患。由于山区地形、水文地质的特点,桥梁基础设计的高度不同,基础位置和埋设深度也不同。结合路线沿线现场调查,目前山区地形和桥梁基础位置关系分为河道中、坡顶、坡中、坡脚5种。
2山区地段桥梁基础工程问题
2.1河道中及河岸边桥梁基础冲刷问题
山区地段桥梁以沿河流走向为设计指导思想,桥梁基础多处位于河道中或河岸边,由于施工中弃渣或施工机械随意堆放,压缩了河道断面,导致水流流速增加,造成墩周局部冲刷剧烈、河床下切,引起墩台基础不同程度外露,降低了基础承载能力,威胁桥梁安全。如图2-a)所示,图中桩基位于河道中,水流已对桩基造成冲刷,且部分桩基外露。
2.2陡坡桥基础稳定性问题
冲刷和坡岩破碎是影响山区桥基础稳定性和承载能力的重要因素。陡坡地段岩质在基础施工过程中受到扰动,岩体破碎;雨水冲刷往往造成松散体滑塌,陡坡基础外露,桥墩稳定性降低。如图2-b)所示,图中桩基位于陡坡坡顶,由于雨水及风化作用下,土体剥落侵蚀,桩侧土体缺失严重,承载力降低,桩基稳定性得不到保障。
2.3施工弃渣随意堆放问题
受地形地貌的限制,山区公路桥梁建设中土石方的纵向调配十分困难,不可避免地会产生大量弃土(石)。渣滓是一种特殊的人工地质体,一般由土、石等工程废弃物构成,具有多孔隙、不固定的结构特征,防护体系不完善的渣滓在降雨和风等因素的作用下水土流失极为严重,容易引起滑坡、泥石流等严重的地质灾害和次要灾害。废渣堆积在桥墩柱旁时,对桥墩柱产生横向推力,在设计中,该部分横向推力未考虑的推力足够大时,墩柱和基础的稳定性和安全使用受到威胁,严重时可能会推倒桥墩,桥梁倒塌,引起重大安全事故。如图1c所示,废渣堆积在桩基桩柱边,对桩柱造成偏压,桩柱受力不合理,雨水作用下,废渣堆积体容易滑倒,严重威胁桥梁安全。
2.4陡坡岩土体稳定性问题
施工中,对接近桥梁结构的山体进行不合理的挖掘,没有采取相应的处理和防护措施,部分桥梁结构施工完成后难以处理。岸坡岩土体不稳定,经常在干扰和雨水的作用下落下,撞击桥梁柱,严重影响桥梁基础的安全使用,无法保障桥梁结构的安全性。如图1d所示,陡坡岩土体在雨水等因素下滑落,撞击脚柱,撞击后堆积在脚柱侧,对脚柱产生偏压。
2.5防护结构故障问题
山区地质灾害频发,在存在安全危险的边坡地区建设防护结构(如预应力锚框架)是桥基周边岩土体的积极防护措施,防止灾害,保护桥基础但是,施工中存在施工不规范、不细致的情况,防护结构破坏、变形、无效,无法发挥防护作用,反而加重坡体负担,容易诱发灾害。如图1e所示,桩基位于坡脚,坡体已经保护锚杆框架梁,桩侧有防滑桩,图中锚杆框架梁变形,框架内和挡土墙背部的土体被挖空,结构失效,没有充分发挥防护作用。
2.6排水设施不完善问题
桥梁排水系统主要排出路基路面和边坡聚集的雨水,引起沟底,不冲刷桥台和脚柱。在雨季,山区水量较大,且水流流速较快,完善地排水设施能将路基路面及边坡排水顺利引致沟底,减小对桥台及桥墩的冲刷,保证桥梁安全使用。如图1f所示,脚柱位于天然形成的沟槽底部,在雨水的作用下,脚柱支撑台的基础有冲刷现象,支撑台的底部有冲刷现象,长期以来,直接威胁桥的稳定性。
3原因分析与解决对策
3.1陡坡桥基础清洗
山区坡体岩性差,破碎,施工中对坡产生障碍,废渣未采取有效处理措施,形成坡体,且未采取防护措施,雨水清洗建议在施工中避免大规模挖掘障碍坡体,采取相关临时施工排水措施,不稳定坡体在施工前期可采用M7.5或M10浆石护墙保护,施工中防止渣滓堆积,基础露出处应立即回填或采取相应保护。
3.2山体危险岩滑落
山区地质条件复杂,岩体破碎,岩体受结构作用形成块体结构,体积和重量大,脱离母体滑落,具有巨大能量,弹性高,对接近陡坡的桥梁脚台及其基础造成破坏性冲击,严重影响桥梁稳定性。建议清扫有危险的危险岩石,或者采用M7.5浆石遮挡墙壁,遮挡墙壁的具体尺寸根据坡面松散带的长度和桥墩的高度确定,确保遮挡结构能有效地保护脚台及其基础。
3.3坡体岩土体稳定性
坡体下滑是山区常见的不良地质现象,高速公路不仅有跨沟的桥梁,还有由于路基设计困难而设置的长桥,施工过程不规范操作导致陡坡上坡体下滑引起的桥梁基础病害较多,雨季施工这对桥梁施工及后期运营期间的安全和经济效益都构成严重威胁。建议在桥梁施工前查看坡体是否稳定,分析其对桥梁施工的影响,尽量不要破坏或影响桥梁施工的稳定性,在施工顺序中必须先处理坡体,然后施工桥梁,减少坡体对桥梁的危害。常用的防护措施有预应力锚架梁、锚架梁、挂网喷锚等。
3.4确保施工质量
基础工程质量对桥梁安全意义重大,是桥梁工程质量控制的重中之重,而基础属于隐蔽工程,质量控制难度大。在实际施工中,基础施工时受一些不可预见的客观因素和主观因素的影响,经常出现质量问题,给基础质量带来一定的安全隐患,直接影响桥梁建成通车后的运行安全。因此,基础施工往往被施工人员和管理人员列为质量控制的重点和难点。对于桥梁基础的施工,工作人员应全面详细了解施工技术流程,严格遵守设计图纸和操作规范,做好事前、事中控制、事后检查和修复,确保桥梁按时、保质开通。
4结语
通过山区高速公路沿线山区桥梁基础工程问题的调查,总结了山区地形与桥梁关系的特点和常见工程问题,对问题提出了相应的解决对策,为确保桥梁使用安全提供了技术保障,同时提供了其他山区桥梁基础工程设计和施工的参考。
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