錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

侯銳

（中交二公局萌興工程有限公司，西安710119）

錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

侯銳

（中交二公局萌興工程有限公司，西安710119）

現(xiàn)階段，錨桿靜壓樁技術(shù)因具備可靠性、經(jīng)濟(jì)性、簡(jiǎn)便性、安全性等優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用于橋梁加固工程中。結(jié)合工程實(shí)例探討了錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固工程設(shè)計(jì)方面的具體應(yīng)用，并闡述了錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固施工設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)、工藝要求等方面的內(nèi)容。

錨桿靜壓樁；橋梁加固；設(shè)計(jì)應(yīng)用；工程實(shí)例

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.035

1 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)部分舊橋、危橋已經(jīng)無(wú)法滿足正常通行的需要，若不加以整治，極易造成嚴(yán)重的安全事故。對(duì)于舊橋、危橋的整治通常有徹底拆除重建和基礎(chǔ)加固補(bǔ)強(qiáng)2種方式。

2 橋梁樁基礎(chǔ)常見(jiàn)問(wèn)題及處理方案

橋梁樁基礎(chǔ)受地質(zhì)特征、周邊環(huán)境、自然因素、施工工藝（邊坡支護(hù)、基坑開(kāi)挖、混凝土澆筑）、通行量等各方面綜合因素的影響，橋梁樁基礎(chǔ)會(huì)出現(xiàn)裂縫、傾斜、斷裂、偏移、坍塌或長(zhǎng)度偏低、強(qiáng)度不足等安全隱患。

橋梁樁基礎(chǔ)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，需要綜合分析各方面因素，判斷單樁是否滿足安全使用條件，若無(wú)法保證使用的安全性和可靠性，則必須對(duì)樁基進(jìn)行托換或者加固處理。若橋梁樁基礎(chǔ)較淺位置出現(xiàn)問(wèn)題或者只存在輕微缺陷，可采用先開(kāi)挖截樁，再進(jìn)行接樁的加固方式，或者采用水泥漿高壓注射的方式對(duì)缺陷部位進(jìn)行強(qiáng)化加固。若是橋梁樁基礎(chǔ)底部位置出現(xiàn)問(wèn)題或者存在嚴(yán)重的缺陷，常用處理方案主要有以下3類(lèi)。

方案1：徹底拆除后重建。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于能夠徹底解決橋梁基礎(chǔ)問(wèn)題，同時(shí)能夠根據(jù)當(dāng)前的荷載要求及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)建造。但此方案成本高、工期長(zhǎng)，重建過(guò)程必然會(huì)對(duì)周邊交通造成較大影響。

方案2：利用鉆孔灌注樁技術(shù)提高橋梁樁基礎(chǔ)的承載力，達(dá)到加固目的。此方案工藝較為成熟完善、適用范圍廣、可靠性較高，但成樁質(zhì)量控制難度較大、施工速度較慢、工期較長(zhǎng)、對(duì)施工場(chǎng)地要求高、會(huì)造成一定的污染。

方案3：采用錨桿靜壓樁技術(shù)對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固。該方案工藝簡(jiǎn)單、成本低、工期短、設(shè)計(jì)方便、可靠性較高。但相較于灌注樁，單樁的承載力偏弱。

現(xiàn)階段而言，錨桿靜壓樁技術(shù)在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面具有較大優(yōu)勢(shì)，是最為常用的橋梁加固施工方案。

3 錨桿靜壓樁技術(shù)原理及設(shè)計(jì)規(guī)則

3.1 加固條件

針對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)采用錨桿靜壓樁技術(shù)進(jìn)行加固，通常是由于橋梁的墩臺(tái)基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)過(guò)程中或在實(shí)際施工過(guò)程中存在著一些缺陷，導(dǎo)致地基實(shí)際承載力的估值存在偏差，使得地基承載力偏弱無(wú)法滿足正常通行要求，造成基礎(chǔ)非允許性的下沉、偏移、裂縫等問(wèn)題。此外，由于橋梁實(shí)際通行需求的改變，造成基礎(chǔ)承載力無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前需求，也可以采用錨桿靜壓樁技術(shù)進(jìn)行加固。

3.2 加固方法

通常情況下，將靜壓樁設(shè)置于橋梁原基礎(chǔ)樁的底板下，使二者連接成為一個(gè)共同受力的整體，以此達(dá)到提高基礎(chǔ)承載力的目的，實(shí)現(xiàn)橋梁樁基礎(chǔ)的加固要求。

3.3 技術(shù)原理

橋梁墩臺(tái)在采用錨桿靜壓樁技術(shù)進(jìn)行加固施工過(guò)程中，原來(lái)的地基基礎(chǔ)承擔(dān)了所有來(lái)自橋梁施加的重量，這保證了施工的效率與安全，同時(shí)橋梁的正常通行能力幾乎不受影響。靜壓樁在最初是基本不受力的，只有當(dāng)橋梁荷載增加時(shí)，承載力才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。具體而言，橋梁基礎(chǔ)在完成錨桿靜壓樁加固后，會(huì)呈現(xiàn)出的特征包括：（1）橋梁原地基與靜壓樁共同受力；（2）靜壓樁的形變模量會(huì)遠(yuǎn)大于原地基的變形模量；（3）靜壓樁的受力時(shí)間與原地基受力時(shí)間不同步，通常當(dāng)原地基的承載力在接近或超出極限范圍后，靜壓樁才會(huì)開(kāi)始受力。

3.4 錨桿靜壓樁的設(shè)計(jì)

3.4.1 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

與其他各種樁基相同，錨桿靜壓樁被壓入地基后，單樁豎向承載力是由樁體周邊與樁端平面處以及土體摩擦所容許的承載力組成[1]。因此靜壓樁單樁的豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)，根據(jù)樁長(zhǎng)和地基土質(zhì)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

式中，QuK為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；u為靜壓樁身周長(zhǎng)；qsik為靜壓樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（樁側(cè)第i層土）；li為靜壓樁穿越第i層土的厚度；qpk為靜壓樁極限端的標(biāo)準(zhǔn)阻力值；Ap為靜壓樁的樁端面積。

3.4.2 壓樁力

靜壓樁的壓樁力設(shè)計(jì)根據(jù)《錨桿靜壓樁技術(shù)規(guī)程》(YBJ227—91)可表示為：

式中，Pp為靜壓樁設(shè)計(jì)的最終壓樁力，kN；Kp為壓樁力系數(shù)，該系數(shù)與地基土土質(zhì)特性、樁體材料、壓樁速率以及樁頂端截面形狀等因素相關(guān)。在確定壓樁力系統(tǒng)的試驗(yàn)中，通常情況填土或黃土取210，黏土取115。

3.4.3 設(shè)計(jì)規(guī)則

橋梁基礎(chǔ)加固中使用錨桿靜壓樁技術(shù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)橋梁的實(shí)際情況、原基礎(chǔ)的具體狀態(tài)及承受能力進(jìn)行分析。還要對(duì)硬層或者基巖的深度采用地質(zhì)鉆探的方式進(jìn)行確認(rèn)，并對(duì)各土層土質(zhì)的力學(xué)特性進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須重視橋梁原基礎(chǔ)與靜壓樁的連接設(shè)計(jì)，必須確保新舊基礎(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)共同受力，使二者能夠成為一個(gè)有機(jī)的整體，達(dá)到加固的目的。

4 錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1 工程實(shí)例

某市有新舊兩幅六跨簡(jiǎn)支梁橋，新橋上部為混凝土簡(jiǎn)支T梁結(jié)構(gòu)，舊橋上部為混凝土簡(jiǎn)支助板梁結(jié)構(gòu)，橋總長(zhǎng)為96m，跨徑布置為6×16m。新橋建于河流下游，舊橋建于河流的上游。在進(jìn)行新、舊加固工程施工時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行圍堰抽水施工作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)河水沖刷后舊橋基礎(chǔ)損壞程度嚴(yán)重，橋梁基礎(chǔ)的底面幾乎完全脫空于河床。經(jīng)由多位技術(shù)專(zhuān)家的共同討論，在對(duì)比各項(xiàng)方案后，最終決定采用錨桿靜壓樁方案對(duì)舊橋基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。

4.2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)地考察將加固方案設(shè)計(jì)為：利用靜壓樁圓形承臺(tái)將橋梁原系梁、基礎(chǔ)連接為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)原基礎(chǔ)與靜壓樁的共同受力，使樁基整體承載力得到提高，以滿足極限承載力設(shè)計(jì)要求。承臺(tái)形狀設(shè)計(jì)為圓形，承臺(tái)厚度為1.5m，直徑為4.3m，將4根300mm×300mm方樁靜壓在每個(gè)基樁的周?chē)?，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為22m。樁尖設(shè)置于靜壓樁單樁的首節(jié)，利用鋼帽連接節(jié)間，在預(yù)制方樁時(shí)，對(duì)鋼板鋼帽進(jìn)行預(yù)埋。

4.3 施工裝置

錨桿靜壓樁施工裝置設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 錨桿靜壓樁裝置設(shè)計(jì)

4.4 工藝流程

定位→錨桿孔及樁位開(kāi)鑿→制作加固錨桿及埋設(shè)→保護(hù)與養(yǎng)護(hù)錨桿及樁位孔→壓樁反力架安裝作業(yè)→校正、就位第一節(jié)樁→壓樁作業(yè)→記錄壓力值及深度→校正、就位下節(jié)樁→焊接或使用膠泥硫磺接樁→繼續(xù)壓樁至滿足設(shè)計(jì)要求為止→驗(yàn)收最終壓樁力及壓樁深度→進(jìn)行壓樁反力架拆除作業(yè)→樁頭切割作業(yè)→清空作業(yè)（微膨脹早強(qiáng)混凝土配制）→完成封樁作業(yè)。

4.5 施工步驟

根據(jù)鉆探報(bào)告資料分析并掌握壓樁施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)力學(xué)特性，以及壓樁阻力特性，準(zhǔn)備施工所需材料、機(jī)械、電力設(shè)備，做好施工現(xiàn)場(chǎng)的清理，保證施工環(huán)境整潔、有序。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行各節(jié)錨桿樁的預(yù)制，確保錨桿孔定位的準(zhǔn)確性。清理平整將要加固施工位置的土層，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼筋混凝土平臺(tái)的現(xiàn)澆施工，注意在平臺(tái)上樁體孔位的預(yù)留位置，然后將壓樁設(shè)備各固定件進(jìn)行預(yù)埋。在壓樁施工過(guò)程中，每根樁的壓力值必須由梁柱內(nèi)所裝的壓力表清晰、準(zhǔn)確地反映。完成靜壓樁施工后，打碎樁頭的混凝土，使鋼筋露出，然后再進(jìn)行承臺(tái)的澆筑作業(yè)，并將基礎(chǔ)錨固與承臺(tái)進(jìn)行連接。

4.6 施工重難點(diǎn)

1）舊橋墩與新增承臺(tái)之間的連接需通過(guò)植筋的方式實(shí)現(xiàn)，植筋的類(lèi)型可分為3類(lèi)：（1）采用φ16抗剪鋼筋的淺植，植筋深度為10d；（2）采用φ25承臺(tái)面筋單端植筋，植筋深度為30d；（3）采用φ28承臺(tái)底筋貫穿橋梁原墩身。

在進(jìn)行植筋施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和工序進(jìn)行操作，由于植筋的數(shù)量在原墩身和新增承臺(tái)的接觸面較多，尤其是對(duì)于貫穿原墩身的新增承臺(tái)底筋，在施工時(shí)應(yīng)最大限度地避免削弱墩身截面，最好分批間隔地進(jìn)行植筋作業(yè)。貫穿原墩身的底筋可分為4個(gè)批次進(jìn)行，每批次作業(yè)的3根鋼筋植入應(yīng)相隔一段時(shí)間，下一批次的植筋鉆孔必須在墩身恢復(fù)一定強(qiáng)度后再進(jìn)行，以防止在過(guò)短的時(shí)間內(nèi)對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)造成反復(fù)破壞。

2）由于舊橋河床被沖刷情況較為嚴(yán)重，基礎(chǔ)周邊的河床有大量的泥砂、石塊、淤泥，在加大承臺(tái)模板的支撐時(shí)，河床面無(wú)法滿足承載設(shè)計(jì)的要求。

在對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察后，決定更改原設(shè)計(jì)中先進(jìn)行壓樁作業(yè)再采用混凝土澆灌承臺(tái)以下的施工順序，提出先將混凝土連續(xù)墻澆搗于承臺(tái)設(shè)計(jì)范圍尺寸內(nèi)，同時(shí)為保證之后壓樁施工的正常進(jìn)行，在澆搗時(shí)預(yù)留一定的間距。然后以混凝土連續(xù)墻為模板，滿足承臺(tái)加大時(shí)的支撐需要。采用這一施工方法，能夠有效解決河床面無(wú)法滿足承臺(tái)支撐設(shè)計(jì)要求的情況，無(wú)須進(jìn)行額外的模板底層支撐作業(yè)，不僅使施工程序得到簡(jiǎn)化，而且降低了成本，縮短了工期。

3）鉆探資料顯示，該舊橋基礎(chǔ)所處地層的土壤性質(zhì)為砂質(zhì)黏性土、圓砂及礫砂，且都有卵石夾雜其中。為保證靜壓樁壓入深度符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)降低壓樁作業(yè)時(shí)壓入的難度，將之前設(shè)計(jì)中使用的300mm×300mm的方樁改為250mm×250mm，單樁豎向抗壓承載力特征值設(shè)計(jì)為400kN，終壓值800kN。同時(shí)要求在實(shí)際施工過(guò)程中徹底清除基礎(chǔ)周?chē)穆咽⒂彩?，最大限度降低壓樁作業(yè)的難度。為降低壓樁時(shí)所受阻力，將錐形壓樁頭安裝于樁尖，在進(jìn)行壓樁時(shí)確保施工的連續(xù)性，若遇到必須停工的意外事件，處理后應(yīng)在第一時(shí)間恢復(fù)施工。在壓樁施工過(guò)程中，相關(guān)施工人員應(yīng)隨時(shí)檢查樁尖與夾砂層是否發(fā)生接觸，同時(shí)保持對(duì)油壓表壓樁阻力變化的監(jiān)測(cè)。若阻力突然增大甚至超出壓樁裝置能力極限，則應(yīng)在可控范圍內(nèi)將壓樁力適當(dāng)加大，以增大樁體穿越砂層的概率。

5 結(jié)語(yǔ)

錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，需要符合設(shè)計(jì)規(guī)范和要求，結(jié)合工程實(shí)際施工條件和施工環(huán)境，在保證施工質(zhì)量的前提下，最大限度簡(jiǎn)化施工、縮短工期、降低成本，實(shí)現(xiàn)橋梁的加固目標(biāo)，達(dá)到加固效果。

【1】周必群.錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].北方交通，2016(7):43-45.

Discussion on Application of Anchor Jacked Pile Technology in the Bridge Reinforcement Design

HOU Rui
(CCCC Second Highway Engineering Mengxing Co.Ltd.,Xi'an710119,China)

At present,the anchor jacked pile technology has been widely used in bridge reinforcement projects because of the advantages of reliability, economy,simplicity,safety and so on.Combined with engineering examples,this paper discusses the specific application of anchor jacked pile technology in bridge reinforcement engineering design,and expounds the main points and technical requirements of the anchor jacked pile technology in bridge reinforcement construction design.

anchor jacked pile;bridge reinforcement;design and application;engineering example

TU473

B

1007-9467（2016）08-0068-02

2016-08-11

侯銳（1985～），男，陜西咸陽(yáng)人，工程師，從事橋梁工程研究。