靜壓鋼管樁在橋梁加固中的應(yīng)用

賴波　韓耕文

摘要：文章以廣州的橋梁橋臺(tái)加固工程為例，介紹了橋臺(tái)加固過程中出現(xiàn)的問題及解決的方案。為提高橋臺(tái)基礎(chǔ)豎向承載能力及順橋向抗推剛度，原加固設(shè)計(jì)提出在橋臺(tái)臺(tái)前新增混凝土肋板、承臺(tái)、樁基的方案，但橋臺(tái)處地質(zhì)條件較差，砂層較厚，鋼護(hù)筒無法下沉，新增混凝土樁基施工存在塌孔的風(fēng)險(xiǎn)，最終采用靜壓鋼管樁的方案達(dá)到了橋臺(tái)加固的目的。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；橋臺(tái)；高壓旋噴樁；靜壓鋼管樁；橋梁加固 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU753 文章編號(hào)：1009-2374（2017）05-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.062

靜壓樁是通過靜力壓樁機(jī)的壓樁機(jī)構(gòu)以壓樁機(jī)自重和機(jī)架上的配重提供反力而將樁基壓入土中的沉樁方法，常用于建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉樁施工中。鋼管樁的沉樁方法有兩種：一種是振動(dòng)沉樁；另一種是靜壓沉樁。在舊橋加固施工過程中，長(zhǎng)時(shí)間中斷橋面交通的壓力較大，這就要求加固方案要盡可能減小施工風(fēng)險(xiǎn)以及對(duì)原結(jié)構(gòu)造成的破壞。新增樁基采用靜壓鋼管樁，能避免新增混凝土樁基施工過程中的塌孔風(fēng)險(xiǎn)以及振動(dòng)沉樁對(duì)原結(jié)構(gòu)造成的擾動(dòng)，具有良好的安全性和可操作性。

1 橋梁概況

本橋建成于2001年，跨徑組合為11×30m（引橋）+（65+3×100+65）（主橋）+12×30（引橋）m。主橋上部結(jié)構(gòu)為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁為三向預(yù)應(yīng)力體系單箱單室結(jié)構(gòu)；主橋下部結(jié)構(gòu)采用薄壁空心墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。引橋上部結(jié)構(gòu)為30m預(yù)應(yīng)力混凝土雙箱單室連續(xù)箱梁；下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土矩形獨(dú)柱墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)為薄壁臺(tái)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。原橋設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)，掛-120。

2 橋臺(tái)病害及原因分析

2.1 橋臺(tái)病害發(fā)展情況

2005年和2008年，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)本橋左幅28號(hào)橋臺(tái)前墻由2條豎向裂縫發(fā)展為多條豎向、橫向和斜向裂縫，裂縫寬0.1～4mm；橋臺(tái)側(cè)墻由1條橫向裂縫發(fā)展為大面積網(wǎng)裂及豎向裂縫，裂縫寬3～8mm。

2008年，業(yè)主單位對(duì)左幅28號(hào)橋臺(tái)的臺(tái)帽、臺(tái)身分別采用了粘貼鋼板及增大截面法進(jìn)行加固，并更換了橋頭搭板及伸縮縫。

2012年，再次對(duì)本橋進(jìn)行的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)左幅28號(hào)橋臺(tái)前墻加固混凝土（加厚30cm）與舊橋橋臺(tái)前墻結(jié)合面出現(xiàn)剝離，間距5mm；舊橋前墻有向臨空面前傾的現(xiàn)象，舊橋前墻頂部前傾位移2.3cm，前墻與地面相接處前傾約0.5cm，前墻加厚層表面部分豎向裂縫封閉后重新開裂；部分豎向裂縫為新增裂縫，裂縫內(nèi)有白色鈣化物析出。

2.2 橋臺(tái)病害原因分析

從2005～2008年的三年時(shí)間里，左幅28號(hào)橋臺(tái)裂縫迅速發(fā)展，橋臺(tái)前墻裂縫呈上寬下窄狀態(tài)，根據(jù)裂縫的分布及形態(tài)推斷，原橋臺(tái)在這期間發(fā)生過不均勻沉降，導(dǎo)致橋臺(tái)前墻豎向開裂；核查竣工圖紙可知，該橋臺(tái)樁基設(shè)計(jì)為嵌巖樁，橋址處于軟弱地基，地表以下存在含水量較大的素填土及粉質(zhì)黏土層，地質(zhì)條件較差，地基土不能為樁基提供有效的側(cè)向平衡力，同時(shí)，臺(tái)后填土壓實(shí)度不夠，臺(tái)后填土滲水后，土壓力增大，在臺(tái)后路基填土負(fù)摩阻力及主動(dòng)土壓力的共同作用下，橋臺(tái)前墻向臨空面前傾，橋臺(tái)開裂，在超重超限車輛的反復(fù)沖擊下，橋臺(tái)裂縫逐漸開展。

3 原橋臺(tái)加固設(shè)計(jì)方案

針對(duì)左幅28號(hào)橋臺(tái)前墻前傾及豎向、橫向裂縫，先鑿除原臺(tái)身30cm加厚層，清理臺(tái)身表面，封閉裂縫，增設(shè)臺(tái)前樁基、承臺(tái)及肋板，通過新增肋板對(duì)舊橋臺(tái)身進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，通過新增樁基提高橋臺(tái)基礎(chǔ)豎向承載能力及順橋向抗推剛度。

根據(jù)鉆孔資料，左幅28號(hào)橋臺(tái)新增樁基處存在較厚的砂層（組成為中砂和粗砂），且地下水位較高，樁基成孔不宜采用人工挖孔，受橋下凈空限制（橋下凈空6.3m左右），同時(shí)考慮施工過程對(duì)原橋臺(tái)的影響，也不宜采用沖擊鉆，只能采用回旋鉆成孔，樁基穿越砂層施工過程中，須設(shè)置鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒設(shè)置至穿越砂層段以下2m處，以保證鉆孔過程中不塌孔。

4 施工中出現(xiàn)的問題

4.1 鋼護(hù)筒無法下沉

為防止新增混凝土樁基施工過程中塌孔，鉆孔施工前，施工單位在樁位處進(jìn)行了鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉施工。由于樁位處砂層主要為中砂和粗砂，且較為密實(shí)，鋼護(hù)筒剛進(jìn)入砂層便不再下沉，受橋下凈空限制，更大噸位的振動(dòng)錘也無法進(jìn)入，且對(duì)原結(jié)構(gòu)造成的擾動(dòng)難以估量。

4.2 橋臺(tái)持續(xù)前傾

施工單位按照原橋臺(tái)加固方案的要求對(duì)橋臺(tái)臺(tái)前填土進(jìn)行了開挖，臺(tái)前填土開挖后，恰逢廣州梅雨季節(jié)，基坑嚴(yán)重進(jìn)水，原橋臺(tái)承臺(tái)完全浸泡在水中。在臺(tái)后土壓力和雨水的共同作用下，橋臺(tái)前后原有平衡被打破，橋臺(tái)前墻開始向臨空面前傾。為防止橋臺(tái)失穩(wěn)，施工單位立即對(duì)基坑進(jìn)行了回填處理，基坑回填后，橋臺(tái)前傾并未停止，情況十分危急。

4.3 高壓旋噴樁失敗

由于鋼護(hù)筒無法下沉，橋臺(tái)前傾持續(xù)前傾，當(dāng)務(wù)之急是尋找一種有效的防止塌孔的方法。業(yè)主單位組織了橋臺(tái)樁基專項(xiàng)施工方案評(píng)審會(huì)，會(huì)議研究決定在砂層分布區(qū)域采用在新增混凝土樁基四周設(shè)置高壓旋噴樁，組成新增混凝土樁基防護(hù)層，防止新增混凝土樁基在成孔過程中的塌孔。

施工單位隨即進(jìn)行了高壓旋噴樁試樁，試樁后，檢測(cè)單位對(duì)高壓旋噴樁（試樁）進(jìn)行了鉆孔取芯檢測(cè)。根據(jù)取芯檢測(cè)報(bào)告，地面以下0～13m砂層能成樁，且樁體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，但地面以下13～21m砂層不能成樁，采用高壓旋噴樁未能達(dá)到預(yù)期的效果。一種可能的原因是砂層中地下水存在流動(dòng)性，壓入的水泥漿被地下水帶走，導(dǎo)致不能成樁；另一種可能的原因是在取芯過程中鉆桿垂直度控制不好，出現(xiàn)取樣偏離的情況。

5 橋臺(tái)加固方案變更設(shè)計(jì)

5.1 變更設(shè)計(jì)原則和目的

根據(jù)2005～2008年病害情況分析，橋臺(tái)樁基發(fā)生過不均勻沉降，期間可能存在豎向承載力不足現(xiàn)象；由橋臺(tái)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，橋臺(tái)豎向位移基本沒有變化，說明橋臺(tái)目前豎向承載力處于穩(wěn)定狀態(tài)；由橋臺(tái)縱向位移驗(yàn)算可知，目前橋臺(tái)樁基已經(jīng)發(fā)生損傷，但是損傷程度無法準(zhǔn)確確定。

基于以上掌握的資料并結(jié)合橋臺(tái)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，還不足以判斷橋臺(tái)豎向承載力是否滿足規(guī)范要求，但是有一點(diǎn)可以明確的就是目前橋臺(tái)豎向承載力處于平衡狀態(tài)，所以加固變更設(shè)計(jì)的原則和目的為：不破壞橋臺(tái)目前的豎向穩(wěn)定狀態(tài)，考慮采用新增樁基的措施來平衡橋臺(tái)縱向水平力，達(dá)到止傾的目的。

5.2 變更設(shè)計(jì)思路

為了平衡橋臺(tái)縱向水平力，避免出現(xiàn)樁基鉆孔塌孔的危險(xiǎn)，減小加固施工對(duì)原橋臺(tái)豎向平衡狀態(tài)的擾動(dòng)，在臺(tái)前新增靜壓鋼管樁、承臺(tái)及肋板來提高橋臺(tái)順橋向抗推剛度，靜壓鋼管樁按摩擦樁設(shè)計(jì)。

根據(jù)墩臺(tái)豎直度的要求，豎直度不應(yīng)大于2cm及3‰墩臺(tái)高中的較小值，本橋左幅28號(hào)橋臺(tái)臺(tái)高630cm，豎直度的限值為1.89cm?？紤]已經(jīng)偏移8.7mm，且目前仍呈前傾的趨勢(shì)，故取臺(tái)身頂部再產(chǎn)生5mm的縱向水平位移后，橋臺(tái)不再前傾，由此推算新增靜壓鋼管樁的設(shè)計(jì)豎向承載力。

5.3 變更設(shè)計(jì)措施

采用靜壓的方式在臺(tái)前增設(shè)3排Φ325mm鋼管樁，間距114×100cm，有效樁長(zhǎng)10m，共計(jì)36根，單樁設(shè)計(jì)豎向承載力不小于360kN；然后在原橋承臺(tái)及臺(tái)身植筋、綁扎鋼筋網(wǎng)，澆筑新增承臺(tái)及肋板混凝土。

6 加固效果

在整個(gè)加固施工過程中，業(yè)主單位對(duì)橋臺(tái)縱向、橫向及豎向位移進(jìn)行了全程監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，橋臺(tái)加固施工完成后，橋臺(tái)前傾現(xiàn)象得到了有效控制，橋臺(tái)基礎(chǔ)豎向承載能力及順橋向抗推剛度明顯提高，目前橋梁運(yùn)營狀況良好。

7 結(jié)語

過去的十年是橋梁加固技術(shù)飛速發(fā)展的十年，越來越多的新材料、新工藝應(yīng)用到橋梁加固工程中，成功案例層出不窮，迅速推廣開來。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和輿論環(huán)境的發(fā)展，橋梁加固工程施工過程中的安全性、可操作性以及不中斷交通、不增加交通壓力的需求日漸突出。設(shè)計(jì)人員在加固方案的制定過程中，應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，了解業(yè)主單位需求，急業(yè)主所急，避免因方案變更造成不必要的損失。同時(shí)，利用其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和施工工藝，推動(dòng)橋梁加固技術(shù)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：賴波（1983-），男，四川鄰水人，中交瑞通路橋養(yǎng)護(hù)科技有限公司技術(shù)人員，工程師，研究方向：橋梁加固。

（責(zé)任編輯：王 波）