黄土地区桥梁强降雨条件下病害分析

摘要：对我省已建成的黄土地区高速公路桥梁在强降雨条件下病害进行现场调研，掌握大量的第一手资料，对各种病害进行分类整理，分析成因及危害，提出处理措施。通过对各种病害的分析，为设计、施工以及高速公路养护提供参考和经验。

关键词：黄土地区；高速公路桥梁；病害；桩基防护；锥坡损坏

中图分类号： U412.36+6文献标识码： 文章编号：

随着我国经济又好又快的发展，我省高速公路建设飞快推进。山西省位于太行山之西，地形复杂，有山地、丘陵、高原、盆地、台地等多种地形。复杂的地形决定了我省高速公路建设的难度大，桥梁比例高等特点。我省大多数地区地表为黄土，并具有土层厚，粘性、湿陷性等特点。地形地质条件使我省高速公路桥梁建设难度加大。

黄土地区桥梁在强降雨条件下的水毁病害一直困扰着工程人员，是后期运营和高速公路养护中的一大难题。现就我省黄土地区已建成高速公路桥梁在60年一遇强降雨条件下出现的各种病害、成因以及防治措施进行初步探讨。

桥梁桩基病害

强降雨形成较大的地表径流，对地表土层形成冲刷，特别是黄土地区，流水对黄土的切割作用较强，对桥梁桩基的破坏作用较大，容易造成桩基外露。

黄土地区V形沟上跨桥梁桥墩桩基外露，外露部分的高度通常在0.5m-2.0m。短时间内较大的降雨量在沟底形成较大径流，径流带走泥沙切割土体，使沟底桩基形成不同程度的外露；有的桥墩在设计和施工时已经做了桩基防护，由于地表洪水较大，而防护设施断面较小，洪水直接冲刷桩基防护设施的基础，将桩基防护整体冲毁，桩基受到冲刷，形成露桩（图1）。

黄土地区特别是黄土具有湿陷性的地区，桩基外露0.5-2.0m对桩基承载力影响不大，但对桩基的耐久性影响较大，应及时填埋。在发生过桩基外露的部位，应采用浆砌片石、混凝土、水泥粉煤灰等材料设置桩基防护，在桥墩上下游个50m范围内清理河道砌筑护岸或导流坝，防止日后洪水对桩基再次冲刷。

图1 沟底冲刷露桩

桥台桩基外露。桩基一侧完全外露，另一侧保持原状土，外露桩基高度从1.5m至8.0m不等。形成原因： 桥台设置在V形沟两侧的山坡上，路基两侧边沟排水通常引至桥头后汇入急流槽依山坡地势顺流而下排至沟底，急流槽断面通常为0.5m×0.6m，当降雨量大时不能满足排水要求，流水溢出急流槽对急流槽外侧土体形成冲刷，将急流槽整体冲毁，进而对桥头边坡土体进行冲刷，将桥台桩基外侧土体切割，使桩基一侧外露。（图2）。

桥台桩基一侧外露，对桥台稳定性构成极大影响。降低桩基承载力。对摩擦桩，桩基外露直接降低了桩基的有效长度，降低了桩基的承载力，威胁桥台桩基安全。对嵌岩桩承载力则影响不大。增加桥台高度，加大桥台桩基弯矩，容易造成断桩。每种桥台形式都有适用高度，冲刷土体使地面线降低，增加了桥台高度，如果桥台高度超出了安全适用范围，容易造成桥台破坏或失稳。雨水冲刷对桥台的破坏较为严重，因引起足够重视。

处理措施：清理桩基周围坍塌的浮土，桩基周围用砂砾填筑保证压实度，施做挡墙并用砼做护坡，防止砂砾受到冲刷，重新修筑排水设施。

图2桥台受冲刷露桩

桥头病害

桥台锥坡损坏。损坏位置为浆砌块石锥坡基础和浆砌片石护坡，部分桥台锥坡基础向外垮塌，部分桥台锥坡护坡下面被掏空，仅剩浆砌片石空壳。损坏原因：雨水冲刷并渗透入地基土体，引起地基沉降，在土压力作用下锥坡基础破坏；雨水从浆砌片石护坡边缘或破损处进入锥坡内，冲走锥心填土，掏空锥坡，使护坡悬空；雨水渗透进入锥坡土体引起锥坡滑塌，锥坡基础及护坡破坏（图3）。

桥台锥坡破坏对桥头路堤的稳定性造成较大影响，特别是正在通车的桥梁，桥头路堤在重车的碾压下极易造成路堤失稳塌方，严重威胁行车安全。遇到此类病害，因根据锥坡损坏程度决定是否暂时中断交通，应尽快恢复锥坡，避免再次降雨造成锥坡及路堤进一步破坏。

桥头搭板下被掏空。通常路基边沟流水引至桥头，然后顺坡而下排至沟底。当边沟水流较大时在桥头处溢出边沟，向内冲刷搭板下土体，将桥台耳墙后、搭板下土体掏空，危及桥台安全。

搭板底掏空处理措施：采用水稳稀料加人工振捣或浆砌片石和片石砼填塞搭板下空腔；施工过程别注意振捣密实。

图3桥台搭板下被掏空

排水设施病害

桥头排水形式通常为：排水沟+急流槽或波纹管+跌井等形式。在强降雨条件下，桥梁排水设施的水毁较为严重。主要病害有：急流槽断面设置较小，水量较大时流水就会溢出，直接冲刷急流槽土体，将急流槽整体冲毁。急流槽位置、流向设置不合理，水流较大时，流水依地势向下奔流，不从急流槽内流淌。波纹管+跌井排水形式由于波纹管管径较小，最大排水量有限，当遇到强降雨时，水流直接从地面流淌，将排水系统整体冲毁。

结论

黄土地区桥梁桩基尽量采用嵌岩桩，如果黄土覆盖层较厚，采用摩擦桩的，其桩长设计时应考虑强降雨冲刷会减少有效桩长，以免出现安全问题。

对有可能受到流水冲刷的桩基应采取防护措施，如护岸、护坡等。因黄土抗冲刷性能差，桩基防护应设置的更加坚固，并应考虑抗流水冲刷性能。采取增加坡面植被来减少冲刷也是一个好方法。

桥头锥坡基础及护坡应加大断面尺寸，锥坡护坡表面应加强防水措施，如采用水泥砂浆抹面等，以免雨水渗入锥坡土体，引起锥坡失稳。

桥头排水设施排水沟，急流槽应加大断面尺寸和增强结构抗冲刷强度，以免在流量较大时水流溢出沟体。

在设计排水沟流向和位置时应充分考虑地形地势因素，保证排水设施流向与地势坡度走向一致。如采用波纹管+跌井形式，应适当加大波纹管、跌井断面，提高其设计排水量。

黄土地区桥梁在桥头排水设计及施工时，应充分考虑强降雨条件下较大水流的排水问题。从众多的工程实例看，常规排水设施不具备排走较大径流的能力，洪水往往具有另外的一条路径，设计或施工时应予以充分考虑，修筑专用设施引导其以合适路径排走。

桥头坡面可采用增加植被等方式减少土体冲刷。

参考文献

【1】范立础,徐光辉.桥梁工程 [M].北京:人民交通出版社,2003.

【2】中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范[S]. 北京:人民交通出版社,2011.

窦瑞杰（1983-），男，山西长治人，硕士研究生。从事桥梁工程设计、研究工作。