木樁基礎(chǔ)加固方案及效果分析

陶茂杏，張 勇

(1.南昌鐵路局 鷹潭工務(wù)機(jī)械段，江西 鷹潭 335000;2.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

峰福線大目溪大橋處于大目溪支流與閩江干流交匯口處，下游約100 m即為閩江，橋跨布置第1孔為16 m鋼筋混凝土 Π梁，第2孔 ～5孔為4孔24 m上承簡支鋼板梁。0#橋臺為擴(kuò)大基礎(chǔ)，落在基巖上，地質(zhì)為流紋巖粒狀帶。1#墩為木樁基礎(chǔ)，共打入φ26 cm×7 m木樁88根，樁打入流紋巖粒狀帶;2#墩為高樁承臺，共打入φ28 cm×11 m垂直木樁24根，φ30 cm×18 m縱向斜樁內(nèi)排16根，外排20根，φ30 cm×18 m橫向斜樁10根，樁打入細(xì)砂層(共46根);3#墩為木樁基礎(chǔ)，打入φ26 cm×14.5 m木樁108根，樁打入中砂層，4#墩及5#橋臺采用鉆孔樁基礎(chǔ)。該橋于1956年 ～1957年由鐵道兵8511部隊(duì)修建。

該橋自1957年建成以來，由于河床沖刷，1#墩、2#墩和3#墩基礎(chǔ)防護(hù)片石出現(xiàn)沖失現(xiàn)象，導(dǎo)致木樁露出河床面處于干濕交替狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)單位對橋墩基礎(chǔ)采用拋填片石進(jìn)行防護(hù)。2005年，“龍王”號臺風(fēng)后，2#墩周圍片石大部分被沖走，局部可見木樁外露，1#墩、3#墩臨河岸坡局部溜塌。為了保證橋梁安全，業(yè)主單位對1#墩～3#墩病害進(jìn)行了整治，主要措施為:①對2#橋墩承臺下既有拋填片石及孔隙進(jìn)行注漿加固，再將承臺面積擴(kuò)大并加厚(將原承臺加厚0.5 m，將原承臺由6.2 m×8.9 m加寬為11.2 m×13.9 m)，承臺四周設(shè)兩排φ130 mm鉆孔微型樁，樁間距為0.5 m，通過微型樁鉆孔注漿加固土體，形成防沖刷帷幕，同時(shí)對承臺基礎(chǔ)進(jìn)行加固;② 對1#墩、3#橋墩臨河側(cè)采用微型樁+注漿形成防沖刷帷幕，結(jié)合漿砌片石對坡岸進(jìn)行防護(hù)。

2008年維護(hù)單位進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著河床沖刷的加劇，2005年維修加固采用的微型樁防沖刷帷幕并未對木樁起到防護(hù)作用，2#墩的木樁基礎(chǔ)仍處于干濕交替的狀態(tài)，橋梁存在較大的安全隱患，采取徹底有效的措施對2#橋墩的木樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理已迫在眉睫。

2 2#橋墩基礎(chǔ)病害原因分析

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，查閱歷年維修加固資料，大目溪大橋2#橋墩基礎(chǔ)病害產(chǎn)生的原因如下:

1)橋址下游100 m即為閩江干流，閩江河道常年挖沙，導(dǎo)致干流河床逐年下降，加大了與大目溪支流河床間的高差，由于水流對河床土粒的搬運(yùn)作用，最終導(dǎo)致大目溪支流河床隨之下降，根據(jù)測量結(jié)果，現(xiàn)在橋址處河床較1958年下降1.658 m。

2)橋址處于河道彎道段，在水流作用下，凹岸(右岸)有著自然蝕退的趨勢，而凸岸(左岸)有著積砂淤長的趨勢，加上橋位距主干流交匯口距離較近，橋址處河段演變存在不穩(wěn)定的因素。該橋自建成以來橋墩長期遭受沖刷，已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。

3)閩江干流上游水口電站建成蓄水后，閩江主河道水位下降，由于沒有閩江水頂托，大目溪上游暴雨后下泄水流對2#墩沖刷更加嚴(yán)重，枯水季節(jié)2#墩承臺底已露出水面。

4)2005年維修加固施工，將2#墩木樁周圍增設(shè)微型樁，并將原承臺加高0.5 m，原承臺平面尺寸為6.2 m×8.9 m，加寬后為11.2 m×13.9 m，加固后雖然增加了承臺對水流的抗沖刷能力，但尺寸加大后壓縮了過水?dāng)嗝?，增加了河流的流速，加重了河流對河床的沖刷。

綜合以上分析，大目溪大橋橋址位于河流彎道及交匯口處是橋墩基礎(chǔ)長期遭受沖刷破壞的內(nèi)因;而河道下游人為挖沙活動加劇了河床的不穩(wěn)定，閩江干流水位下降以及壓縮過水?dāng)嗝嬷率勾竽肯髁魉偌涌欤@三者對橋墩基礎(chǔ)沖刷起促進(jìn)作用。

3 加固方案

由于上述因素的影響，2#墩位置河床沖刷線無法穩(wěn)定，采用防護(hù)措施對木樁基礎(chǔ)進(jìn)行保護(hù)難以奏效，因此采用樁基托換的方法對木樁基礎(chǔ)病害進(jìn)行處治。微型鋼管樁作為近年采用的新托換樁型，由于直徑小，施工機(jī)械設(shè)備簡單，較適用于已有建(構(gòu))筑物地基的加固處理。此外，鋼管本身具有較大的剛度和抗剪強(qiáng)度，易于加工，可焊接，樁長易調(diào)節(jié)，操作簡便，質(zhì)量可靠，適宜不同的空間，如果管內(nèi)再充填砂漿或水泥結(jié)石體則其性能更好。鑒于此，大目溪大橋2#橋墩基礎(chǔ)采用微型鋼管樁對木樁基礎(chǔ)進(jìn)行托換。

由于2005年加固時(shí)擴(kuò)大的承臺與原基礎(chǔ)承臺連接較弱，因此，本次加固的微型鋼管樁均在原承臺體進(jìn)行布置，見圖1。根據(jù)計(jì)算，2#墩共需布置56根微型鋼管樁。鋼管樁設(shè)計(jì)成孔直徑為 φ219 mm，樁長21.5 m，鋼管直徑 φ=146 mm，壁厚8 mm，采用Q235材質(zhì)。樁身注漿材料采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比0.45～0.50，漿體強(qiáng)度為 M30，注漿壓力控制在0.25～1.00 MPa。

圖1 微型鋼管樁平面布置(單位:cm)

4 施工工藝

1)放線定點(diǎn):按照布設(shè)的鉆孔位置，用測量儀器在現(xiàn)場準(zhǔn)確放線定位。

2)鉆機(jī)就位:根據(jù)設(shè)計(jì)樁位圖，將鉆機(jī)就位安裝，應(yīng)做到正、平、穩(wěn)、固的要求，完成后應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，孔位偏差應(yīng)控制在20 mm內(nèi)，鉆孔垂直度誤差≤1%。

3)承臺底空洞充填注漿:首先在承臺四周做好圍堰，形成密封空間，在承臺頂面適當(dāng)位置鉆孔穿過承臺進(jìn)入空洞區(qū)，鉆孔孔徑100 mm，從孔內(nèi)注入砂漿將空洞填實(shí)，砂漿配合比(重量比)為水泥∶砂 =1∶1，注漿時(shí)可將振動棒伸入孔中振搗，以提高注漿效果。在承臺底空洞充填注漿體達(dá)到70%強(qiáng)度后，再進(jìn)行下一步鉆孔施工。

4)卵石層鉆孔固結(jié)注漿:采用孔徑130 mm，鉆孔至卵石層一定深度，拔出鉆桿，向孔內(nèi)放入 φ89鋼花管對卵石層進(jìn)行注漿，花管前端1 m范圍內(nèi)在管壁設(shè)φ10的出漿花孔，出漿孔間距100 mm，梅花形布置，鉆孔孔口塞緊密封，對該卵石層進(jìn)行壓力注漿，注漿壓力宜為0.5～1.0 MPa，使?jié){液在鉆孔周圍卵石層擴(kuò)散、充填、固結(jié)，在進(jìn)行較大孔徑鉆孔時(shí)易于成孔，不易塌孔。由于卵石層深度不同，當(dāng)一次鉆孔不能達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，可分次鉆孔、注漿。在固結(jié)注漿達(dá)到水泥漿結(jié)石體強(qiáng)度75%后，可進(jìn)行正式微型樁鉆孔注漿施工。

5)微型樁鋼管加工:微型樁鋼管采用φ146 mm鋼管加工，鋼管在底部1～2 m范圍段管壁鉆φ10@200 mm出漿孔，兩側(cè)對稱梅花形布置，出漿孔用臺鉆鉆孔，不得用電焊燒孔，以免損傷鋼管強(qiáng)度。

6)微型樁鉆孔:鉆孔孔徑 φ219 mm，采用套管跟管鉆進(jìn)，鉆孔至設(shè)計(jì)深度，用清水對鉆孔內(nèi)泥漿進(jìn)行清洗，清孔時(shí)觀察泥漿溢出情況，控制供水壓力大小，直至孔口溢出清水為止;保證孔底無沉渣或沉渣厚度小于50 mm。將設(shè)計(jì)微型樁φ146 mm鋼管從φ219 mm套管內(nèi)放入。放至孔底后需采用吊錘錘擊，確保鋼管到達(dá)孔底。微型樁鋼管及套管接頭均采用地質(zhì)絲扣連接。

7)注漿:向鋼管內(nèi)插入注漿管，注漿管前端伸入至孔底，使?jié){液從孔底向孔口反向灌注，注漿壓力宜為0.25～1.00 MPa，采用42.5R普通硅酸鹽水泥配制純水泥漿液，水灰比0.45～0.50。應(yīng)采用 BW-150型注漿泵，注漿必須保證鉆孔內(nèi)漿液灌滿。

8)樁頂錨固:微型鋼管樁注漿完成后，鑿除樁頂原承臺頂面增厚的50 cm混凝土，按圖紙要求錨固鋼管樁，使墩柱上荷載能傳遞至樁上。鋼管樁與原設(shè)計(jì)承臺采用植筋連接，施工時(shí)鑿出原承臺頂面，并在原承臺頂面植筋，承臺植筋與樁頂鋼板焊接，保證鋼管樁可靠地傳力錨固。最后采用C30混凝土封閉鋼管樁頂面。

5 加固效果

2010年4月和10月，檢測單位兩次對加固后的2#橋墩進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果表明，利用余振法測量的橋墩橫向自振頻率均為4.0～5.6 Hz，大于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》對該墩自振頻率為2.76 Hz的要求。此外，從兩次檢測的時(shí)間來看，2#橋墩加固后經(jīng)歷了一次汛期洪水的沖刷作用，但兩次檢測橋墩橫向自振頻率變化不明顯，這說明微型鋼管樁對短期內(nèi)的局部沖刷不敏感，達(dá)到了最終托換原木樁基礎(chǔ)的目的。

6 結(jié)語

本橋加固采用的微型鋼管樁均布置在原橋墩承臺范圍內(nèi)，傳力直接，受力明確，且微型樁內(nèi)鋼管有水泥漿作為保護(hù)層(套管跟管鉆進(jìn)注漿)，其耐久性可以得到保證，采用此方案托換原有木樁基礎(chǔ)后，基礎(chǔ)將不再受河床沖刷的困擾(承臺底采用填充注漿后形成了擴(kuò)大基礎(chǔ)與微型樁的復(fù)合基礎(chǔ))，原木樁基礎(chǔ)可作為安全儲備參與受力。2#橋墩加固后對提高橋墩基礎(chǔ)剛度、減小橋墩振幅效果明顯，滿足了列車安全運(yùn)行的要求。

［1］葉序偉.木樁的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2001(4):20-21.

［2］田再修.磨子河橋木樁基礎(chǔ)加固簡介［J］.公路，1985(3):21-22.

［3］趙成江.注漿法在加固鐵路橋梁木樁基礎(chǔ)中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2004(9):10-11.