乌溪江大桥拱座基础加固

１０４桥梁结构　ＤＯＩ：１０．１６７９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｔｈ．２０１７．０４．０３０　城市道桥与防洪　２０１７年４月第４期　乌溪江大桥拱座基础加固　张红星古海东　（浙江省交通规划设计研究院，浙江杭州３１０００６）　摘要：乌溪江大桥主桥为２６０ｍ的上承式钢管混凝土拱桥，３号拱座位于陡坡上，基岩为中风化化岗岩，节理发育，对基础边　坡稳定产生不利影响。通过有限元强度折减法从理论上探讨采用锚筋桩加固拱座基础方案的可行性。研究结果表明：采用锚筋　桩加固后能大幅度提高边坡的整体稳定安全系数。为确保工程安全，实际施Ｔ叶】采用了锚筋桩与蕻底压浆、锚索组合形式对拱　座基础进行加固处理。实践表明，加固效果明显，可为类似桥梁基础加固提供参考。　关键词：拱桥；拱座；基础加固；锚筋桩　中图分类号：Ｕ４４３．２３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—７７Ｉ６（２０１７）０４—０１０４—０３　１概况　１．１桥梁总体设计　乌溪江大桥位于浙江省遂昌县西部乌溪江库　区，采用二级公路双向双车道的技术标准，设计速　度为６０　ｋｍ／ｈ，桥梁全宽１２　ｍ，主桥为计算跨径　２６０　ｍ上承式钢管混凝土拱桥（见图１）。　桥梁中心桩号Ｋ叶５５５　８　１７Ｘ１６ｍ筒支蹦　挢面连续）　图２　３号拱座基岩节理实景　图１乌溪江大桥总体图（单位：ｍ）　乌溪江水库一年中水位变化剧烈，最大可超　过３０　ｍ，根据最近３０　ａ水文资料，最高水位约２３０　ｍ，　最低水位约１８９　ｍ。主桥拱座位于约６０。的陡坡　上，基底设计高程２１７　ｍ，持力层为中风化花岗岩。　１．２拱座基础地质情况　图３　３号拱座基础及影响区域划分图　拱座开挖到设计高程后，现场情况表明３号　拱座基岩临水侧节理发育（见图２），按照节理发育　程度及性质，将３号拱座基础及影响区域划分为５　个区（见图３）。　于１　ｎｑ，但局部岩体被这　组节理切割形成楔形　体，爆破松动后易滑塌。　Ａ２（拱座基础８８％的区域）：该区域岩体主要　发育产状为２６２。　８６。的长大节理，与岸坡小角　度相交，陡倾于江心，节理发育密集，整体上扭曲，　呈ｓ形，经挤压，岩体破碎，节理间距２～５　ｃｎｌ，节理　面上有氧化膜，局部微张，岩体呈片状结构。拱座　８８％面积上位于该区域，岩体节理密集发育，Ｆ１＋受　挤压，极破碎。　Ａ１（拱座外侧临江处）：该区域岩体较完整，呈　块状体结构，主要发育三组节理，分别是２６２。　８６。。３０５。／８４。，１９７。　４０。，节理间距大　收稿日期：２０１７一Ｏ１—０９　作者简介：张红星（１９７８一），男，安徽蚌埠人，高级工程师，研究　方向：桥梁设计。　Ａ３（拱座东南角上）：该区域岩体主要发育产　状为２６２。　８６。的长大节理，与岸坡小角度棚　２０ｌ７年４，Ｊ　４　城市道桥与防洪　桥梁结构１　０５　交，陡ｆ顷。－汀心，　发育密集，１，　１Ｉ　平“，闭　合，为硬质结构　，　问　５～８　，　体‘　片状　结构，　体性质略好］：Ａ２　Ｉｘ：　Ａ４（拱　后缘）：陔Ｉｘ：域主要发育Ｊ　：状为２６５。　８７。的Ｋ大　，　坡小们度卡Ｉｆ交，陡倾ｒ汀　心，　较密集，　理而平　．闭合，为硬质结构　嘶，一般　理　ｌ０～ｌ５　ｍ，Ｊ　０部Ｉ１＿ＩＪ　３０¨ｌｌ’节　理而ｌ　仃氧化膜，　体　片状结构　５：陔　域　发育产　火为２６５。　８７。的长　大节理，‘ｊｆ　ｔ　Ｊ坡小ｆｆ】度卞盯交，陡倾］：汀心，１ｔｒ．ｎ￣面　．　合，为硬质结构　，节娜　２Ｏ～３０（＇Ｉｌｌ，　局部ｆＨＪ　较宽．裂隙Ｉｆｌｆ上有氧化膜，　－ｆ本　ｔ１　厚　结构　３　拱　地质钻探孔『人】Ｉ乜　成像【皋１　示，　高　２０７．３５～２０５．９５　Ｉｌｌ发育ｌｌ条￣＇ｌ－ｆ顷　（坡【ｎ『倾　向２３７。），倾向２５ｌ。，倾角５０。；存高程２０２．３５　ｍ　处发育Ｉ条外倾　，倾　２７ｌ。，倾角２４。，均　为硬质结构　．　１．３研究内容　３　拱座　裂隙发育，对拱鹰堆础下边坡的　稳定性广：生不利影响，进　危及到整　拱桥的安　全　此．需　７　清３　Ｉ　．｛共　琏Ｊｆｉ：Ｉ｛边坡稳定性是否　满足规范受水若　满足。应采用怎样的加　办案　是陔项口的　点和难点　本义拟通过　慢度　折减法Ｉ　１从理沦Ｉ　分析３　ＬＬｑ４￣　础边坡稳定性，　坪研究采Ｊｌ　Ｊ锚筋桩Ｉ！ｊ埘｝乔梁拱　基础进行Ｊ】ＩＩ　的　・Ｉ『仃性：ｉ｛之　，　．　合　实洲结果，探讨锚筋桩对　桥梁拱　础的『ＪＩｌ　效果　２计算模型的建立　２．１计算方法　小史果Ｊ｛ｊ仃限冗软件ＡＢ４Ｑｕｓ培＿ｒ仃限元强　度折减法进仃边坡稳定性汁筲：　仃限兀强度折减　技术的原理是通过利ＪＨ』Ｉ＝（１）确Ｉ　（２）洲悟柑土体　的曲　度指铂　ｃ・币ＩＩ　，』　巾　为｛）７１Ｊ，￣系数　，和Ｊ　，分　别为折减　的岩上休粘聚力和内摩擦们，然后对　’上休进　有　冗分析，通过不断增ＪＪｌ１折减系数，　腹复分折Ｊ　坡，ｌ　：　达刮临界破坏，＠ｆｔｔ，得刮的折　减系数【ＪＩ］为发伞系数　强度折减法的优点址安全　系数ｎｒ以ｒ　接给…，小需要事魁似　滑裂面的形　式　化　，ｊ¨１．滑裂ｌｆＩｆ的　更７ＪｌＩ　ｆ，ｉ：观。　Ｃｔ＝ｆ・／Ｌ　（１）　，－￣ｔｌ＇ｆ　ｌｌ（１ａｎＩＰ　）　（２）　¨前仃　己强度折减法巾破坏标准的判断主　要有以下３种　准：（１）仃限兀计’算小收敛作为失　稳依据，埘幢的折减系数作为安全系数；（２）边坡　性区贯通作为失稳依据，对应的折减系数作为　安全系数；（３）边坡坡顶位移发　突变作为火稳依　据，对应的安全系数作为边坡安伞系数。文献Ｉ３ｌＩｆｌ１　指Ｉ叶Ｊ，采用标准（２）干ｎ（３）得¨【［Ｉ勺安全系数比较接　近，且都比标准（１）得　的安全系数要小　、本艾仃　限元分析巾的安全系数主要采用以＿Ｌ　３种削定厅　法中得　的最小安全系数作为边坡的最终安令系　数。　２．２计算模型与参数取值　利用ＡＢＡＱＵＳ有限元软什建　ｒ々溪　大桥３　号拱座基础边坡的平　心变计ｔｌ：模Ｊ　㈨【皋１　４所　示。岩土体采Ｊ｝｝ｊ实体单元模拟。锚筋卡ｎ　采川梁　．厄　模拟，锚筋桩与岩土体的接触采』ｔｆ　ｅｎｌｌ　１嵌入接　触模拟，岩土体的本构模　根据　ｆ　发育情　况分别采用节理材料模型‘　摩尔　伦模，　Ｌ　（ａ）术设锚筋桩计算模　（ｈ）没　锚筋移ｌ：的汁钎模Ｊ　图４有限兀计算模型简图　模型计算参数取值：Ａ１～Ａ３　ｆ）（域按节　材料　模型计算，节理结构面黏聚力分别取１７０　ｋＰａ、ｌ３０　ｋｔ）ａ、　１　７０　ｋＰａ，摩擦角均取３３。；Ａ４　ｆ¨Ａ５　ＩＸ域按　级　岩石抗剪强度取黏聚力５００　ｋＰａ，睁擦　３０。；琏　底外倾节理面：黏聚　ｌ７０　ｋＩ　｝１＇　擦角３３。　３计算结果分析　３．１未采用锚筋桩加固　汁算结果见同５所示，３　拱　琏础术ＪＪｌｌ　ｍ　时下边坡稳定安全系数仪为１．１０，　满足《公路路　基设计规范》（ＪＴＧ　Ｄ３０—２０ｌ　５）ｆ｛Ｉ公路路　边坡稳　定安全系数不小于１．２的要求　３．２采用锚筋桩加固　计算结果见　６所爪，采Ｈｊ锚筋机．）Ｊｌｌ　后边　坡的稳定安全系数为１．７６，满足规池巾安　系数　不小于１．２的要求。　采用锚筋桩加Ⅲ后，边坡的稳定安个＝系数提　高了约６０％，说叫锚筋桩对拱　艇｛ｉ｝ｆ｛的加　效果　非常明　，　、４拱座基础加固设计　理论计算表口Ｊ】：采川锚筋桩对３　拱曦壤础　（）６桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１　７年４月第４期　一　ｌＪ　Ｉ　¨　Ｌ　Ｊ　ｎ　ｕ　ｆ　ｌＪ　Ｈ　ｌＪ　ｌ　Ｌ．１　１　强度折减系数ｌ　ｓ　（ｒ・）坡顶位移　ｊ折减系数关系曲线图　图５未采用锚筋桩加固时边坡稳定计算结果图示　：…　。．．　一－●’－●　０　６　０　８　Ｉ　Ｉ．２　强度折减系数Ｆｓ　（　）坡顶似移　ｊ折减系数炎系ｌ甘Ｉ线图　图６采用锚筋桩加固后边坡稳定计算结果图示　加　的方案是可行的，加同后拱座基础所在边坡　整体稳定性满足规范要求　实际施Ｔ中，为确保Ｔ　安令，　实施锚筋桩作为主要加闷方案的同时，　还综合果川琏底压浆与锚索对３号拱座基础进行　辅助加　处婵　４．１锚筋桩设计　在基底范同竖直向下钻孔，孔径　稳　起　２　Ｒ　ｌ３０　Ⅷ．平　面布置为横桥向共１０排，问距２　ｍ，顺桥向６排．破　　问距１．５～２．５　ｍ；孔底位于基底外倾节理面以下不　坏　小于２ｍ，孔深１２～２０　ｍ÷每个钻孑Ｌ内放入３根直　塑　径２８　ｍｉｔｌ的ＨＲＢ４００束筋。作为基岩抗滑动剪切　性　区．　的主要受力构件。孔内采用Ｍ４０水泥浆进行压浆。云　～　　４．２基底压浆设计　用水泥浆液灌入岩体裂隙或破碎带．以增强　基岩的整体性，提高岩层面之间的粘聚力。压浆孔　位平面间距为１．５　ｍ～２．０　ｍ，按梅花形布置，顺桥向　共布置６排合计６２个压浆孔。钻孔孔径９０　ｎ瑚，深　度ｌ０．５　ｎ　压浆管采用ＤＮ２５型钢管，浆液采用　Ｍ４０水泥浆，压浆压力０．５～１．０　ＭＰａ　、　４．３锚索设计　拱座基底以下设两排预应力锚索，防止临水　侧基岩侧向失稳。锚索倾角ｌ５。，长度为３２　ｍ，锚　阎段范围位于Ａ５　，穿过＿ｒ节理发育带（见图　７）　锚索采用压力分散型，锚同段长度为９ｍ，设计　锚固力为６００ｋＮ。锚索压浆采用从孔底到孔Ｌｊ返浆　式压浆，压浆材料为Ｍ４０水泥砂浆。　描京　｜ｉ　ｊ　｛　Ｉ　＾：｛．　、　＼ｌ　图７基底锚索设计图　５实测结果　在拱座顶面设置了６个位移观测点，采用全　站仪进行高程测量，测量精度为±ｌ　ｍｍ±ｌ　ｐｐｍ。　从拱座施一ｒ　完成开始观测记录，至全桥施１二完成　投入运营，各测点位移变化量均未超过ｌ　ｍｍ　结合　测量精度分析，拱座基础稳定，未发生异常沉降。　６结语　本义计算时重点研究锚筋桩的加崮效果，拱　座基底压浆和边坡坡体锚索加固仪作为安全储　备，有限元分析计算￣，Ｌｉｆ－未考虑基底压浆和坡体　侧向锚索的加固作用　、理论计算和Ｔ程实践都表　明：通过锚筋桩、基底压浆、锚索ｊ项加［占１措施，３　号拱座基础完整性得到了提高，基础下边坡稳定　（下转第ｌ１　５页）　２０１７年４月第４期　城市道桥与防洪　防洪排水１１５　见表１。由表１可知，不是排泥频次越高，出水ｓｓ　含量越小。由于污泥沉降需要一定周期，排泥频次　越高，导致污泥沉降效果越低，出水ｓｓ含量越大，　引起出水ｓｓ超标。此外，伴随排泥间隔时间的增　大，出水ＳＳ含量也在不断增加，这是因排泥频次　减小，使得池体内污泥沉降的积累量大量增多，对　沉降过滤一体机的污泥处理造成影响。由试验结　果发现，出水ｓｓ含量最低的最佳排泥频次是４ｈ／　次。　表１沉降过滤一体机排泥出水ＳＳ含量和时间间隔的关系　；　６０。　罂　８　０　３月　４月５月６月７月　８月９月１０月１１月ｌ２月　月份　图３深度处理装置进出口ＣＯＤ含量比较　—４０．０　・　３０．０　２０．０　排泥间隔时间　出水ｓｓ含量　／（ｍｇ・Ｌ　）　１　３３　．　２　３　４　６　８　１０　１２　２４　３０　２２　１３　１９　２６　３５　３９　４４　缸１０．０　Ｏ．０　３月　４月５月６月７月８月９月１０月１１月１２月　４微波处理污水效果　收集２０１５年３—１２月期间经过生活污水深度　月份　图４深度处理装置进出口ＳＳ含量比较　处理装置的进出口水的ＣＯＤ和ｓｓ的平均含量值，　计算分析污染物去除率。计算得到：通过深度处理　装置处理的污水中ＣＯＤ去除率范围是５８．７％～　６９．２％，ＳＳ去除率范围是６３．３％～７０．４％，处理后的　污水ＣＯＤ和ＳＳ的平均含量分别为１８．５　ｍ　Ｌ和　１０．２　ｍｇ／Ｌ，水质符合回用需求。图３和图４是２０１５　年３～１２月生活污水深度处理的进出水ＣＯＤ和ｓｓ　比较，由图可以发现，生活污水深度处理装置处理　后的污水中污染物可以有效除去。　面有良好的处理效果，经过处理后污水ＣＯＤ去除　率达到了５８．７％，ＳＳ平均去除率达到了６３．３％。在　处理污水过程中，开启微波发生器会对设备的稳　定性以及处理效果造成影响，因此要根据水量及　时对微波发生器的开启台数进行调整。　参考文献：　［１］王剑红，严莲荷，周申范，等．微波技术在环境保护领域中的应　用『Ｊ］．工业水处理，２００３，２３（４）：１８—２２．　５结语　综上所述，使用微波技术在处理生活污水方　［２］李党生，丁杭军．微波技术在分析检验与污染治理中的应用【Ｊ］．　安全与环境工程，２００３，１０（３）：４２—４５．　［３］李宏训．微波能污水处理技术简介【Ｊ］．北京水利，２００４（２）：５８—５９．　七　七　｜七七七｜七｜七电七七七七七七七｜电七七七七七七　七七｜七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七　七七　七电七七七电七七七七｜七七　七七七七七七七七七’七七七七　（上接第１０６页）　性计算满足规范要求，为类似桥梁基础加固提供　了参考。　参考文献：　【１］连镇营，韩国城，孔宪京．强度折减有限元法研究开挖边坡的稳　定性．［　岩土工程学报，２ｏ０１，２３（４）：４０７．　【２］陈胜宏，汪卫明，杨志明．筱溪水电站重力坝坝基锚筋桩加固　研究［Ｊ］．岩土力学，２０１０，３１（４）：１１５１—１１５６．　［３】刘金龙，栾茂田，关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的　讨论［Ｊ１．岩土工程学报，２ｏ０５，２６（８）：１３４６．