錨桿靜壓樁橋梁基礎(chǔ)加固設(shè)計探討

景 語

（山西誠達(dá)公路勘察設(shè)計有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

舊橋梁維修加固過程中，通過錨桿靜壓樁加固橋梁基礎(chǔ)是常見的處理技術(shù)。該技術(shù)主要借助鋼筋混凝土平臺自重，并配合液壓千斤頂頂進(jìn)原理，將預(yù)制鋼筋混凝土短樁逐節(jié)壓入土基內(nèi)連接牢固；再將平臺和舊橋梁地基牢固焊接，形成共同受力結(jié)構(gòu)，從而以較小的靜壓力換取較大的承載力。工程實踐證明，錨桿靜壓樁處理技術(shù)具有設(shè)備簡單、施工方便、技術(shù)先進(jìn)、成本可控優(yōu)勢，在舊橋梁基礎(chǔ)加固方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 工程概況

某六跨簡支梁橋分新舊兩幅，新橋上部為混凝土簡支T 梁結(jié)構(gòu)，跨徑6×16m，長96m，舊橋上部則為混凝土簡支肋板梁結(jié)構(gòu)，新舊橋分別位于下游和上游。進(jìn)場后在施工圍堰及抽水施工的過程中，舊橋基礎(chǔ)河床經(jīng)歷洪水后沖刷愈加嚴(yán)重，基礎(chǔ)底面幾乎與河床完全脫空，其中舊橋2#墩沖刷脫空最為嚴(yán)重，其次為3#和4#墩。經(jīng)過多方調(diào)研和論證，決定對舊橋基礎(chǔ)部分進(jìn)行錨桿靜壓樁加固處理。

2 錨桿靜壓樁加固機(jī)理及設(shè)計

2.1 加固機(jī)理

橋梁墩臺基礎(chǔ)在設(shè)計或施工方面存在缺陷，導(dǎo)致實際承載力不足，或者是橋梁使用條件發(fā)生改變，荷載等級提高等原因使其地基承載力無法適應(yīng)等情況下，必須通過錨桿靜壓樁加固橋梁墩臺基礎(chǔ)。錨桿靜壓樁技術(shù)是靜壓樁和錨桿施工技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，就加固方法而言，通常在墩臺基礎(chǔ)襟邊或底板下施加靜壓樁，并將其與原基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)連接成共同受力的整體，增強(qiáng)地基承載力。通過靜壓樁加固后，靜壓樁與原土層地基共同受力，且靜壓樁形變模量超出土基數(shù)倍[1]；靜壓樁與土體受力在時間上不同步，靜壓樁起初幾乎不受力，當(dāng)土體接近或達(dá)到極限強(qiáng)度后，靜壓樁方進(jìn)入工作狀態(tài)。

2.2 錨桿靜壓樁設(shè)計

應(yīng)用錨桿靜壓樁進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)加固設(shè)計前必須全面分析橋梁病害、橋梁基礎(chǔ)現(xiàn)狀及土基承載力，并通過地質(zhì)鉆探方式進(jìn)行基巖及硬層厚度勘測，分析土質(zhì)力學(xué)特征；此后則根據(jù)液壓樁加固橋梁基礎(chǔ)的力學(xué)原理，進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)加固處理。加固過程中必須在充分考慮基層厚度的基礎(chǔ)上合理確定樁位、樁距、樁徑及樁深等參數(shù)，對于較淺基巖，應(yīng)按照支承樁設(shè)計，對于較深基巖，則應(yīng)按摩擦樁設(shè)計。設(shè)計過程中還應(yīng)重視靜壓樁與舊橋梁基礎(chǔ)連接的處理，使其相互錨固、嚙合，以保證靜壓樁與舊橋梁基礎(chǔ)形成共同受力結(jié)構(gòu)。

2.2.1 單樁豎向承壓力

與其他類型的樁一樣，錨桿靜壓樁埋入地基后主要憑借樁周和土壤的摩擦以及樁端面允許承載力所構(gòu)成的單樁豎向承載力承壓。結(jié)合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）以及橋梁工程地基土壤特性進(jìn)行單樁豎向承壓力設(shè)計，如式（1）所示。

式（1）中：Quk：表示靜壓樁單樁豎向承載力最大值（kN）；u：表示樁周長（m）；qsik：表示靜壓樁旁第層土側(cè)阻力最大值（kN）；li：表示靜壓樁插入第i層土深度（m）；qpk：表示靜壓樁端阻力最大值（kN）；Ap：表示靜壓樁樁端面積（m2）。

2.2.2 壓樁力

根據(jù)《錨桿靜壓樁技術(shù)規(guī)程》（YBJ227-91）進(jìn)行靜壓樁壓樁力確定，如式（2）所示。

式（2）中：Pp：表示靜壓樁壓樁力（kN）；Kp：表示靜壓樁壓樁力系數(shù)，與地基土土質(zhì)、樁材、樁截面形狀、壓樁速度等有關(guān)；其余參數(shù)含義同前。

3 錨桿靜壓樁施工工藝要求

3.1 施工準(zhǔn)備及控制

在錨桿靜壓樁橋梁基礎(chǔ)加固前必須合理布設(shè)勘察點(diǎn)、全面勘察附近施工環(huán)境，避免施工期間環(huán)境的不利影響；在場地附近設(shè)置兩個水準(zhǔn)點(diǎn)，檢測靜壓樁入土深度，標(biāo)注軸線位置，并通過專用設(shè)備抽取地下水，及時清理底板混凝土表面雜物及污泥，為樁段運(yùn)輸提供順暢通道。全面檢查進(jìn)場施工設(shè)備及預(yù)制樁，確保合格后安裝壓樁設(shè)備，并調(diào)試狀態(tài)。

靜壓樁施工過程中會對周圍土體造成一定程度的擠壓，影響到整座橋梁質(zhì)量，為此在施工開始前必須采取相關(guān)防治措施，按設(shè)計要求設(shè)置施工砂井及防擠溝，以加強(qiáng)孔隙水壓力和擠土控制。靜壓樁打入土體的過程中會對周圍土體造成一定程度影響，引發(fā)其位移變形。為此，必須在防擠溝以外的位置附近增設(shè)控制點(diǎn)，并在施工前測量橋軸線樁位，固定軸線控制點(diǎn)，通過鋼筋標(biāo)記樁位，校正樁位，確保靜壓樁受力始終處于可控范圍，避免對其他樁造成不利影響。

3.2 樁機(jī)選擇

錨桿靜壓樁橋梁基礎(chǔ)加固方式下，樁機(jī)型號對施工質(zhì)量影響較大，必須結(jié)合工程實際及不同型號靜壓樁機(jī)技術(shù)參數(shù)和性能，選擇合適的樁機(jī)。靜力壓樁機(jī)分為液壓式和機(jī)械式兩種，該橋梁基礎(chǔ)加固施工主要使用最大壓力7000kN 的液壓式靜力壓樁機(jī)，該壓樁機(jī)械工作原理和錘擊截然相反，且施工過程中無噪聲、無振動，但存在擠土效應(yīng)。

3.3 沉樁及壓樁

靜壓樁沉樁施工過程中，樁尖刺入土體后原狀土初始應(yīng)力狀態(tài)遭到破壞，使樁尖下土體發(fā)生壓縮變形，土體同時向樁尖施加阻力。隨著樁體貫入壓力的持續(xù)增大，樁間土體所承受壓力逐漸超過抗剪強(qiáng)度，此時土體在劇烈變形下達(dá)到極限破壞狀態(tài)，土體也因此產(chǎn)生塑性流動、擠密側(cè)移及下拖，地表處粘性土則會持續(xù)向上隆起，砂性土則在樁體拖帶下下沉。在地面深處，因受到上覆土層壓力的持續(xù)作用，土體持續(xù)向樁周沿水平向擠開，導(dǎo)致貼近樁周土體結(jié)構(gòu)完全遭到破壞。較大的輻射向壓力同時對鄰近樁周土體造成較大擾動，樁身也因此遭受土體法向抗力所引起的樁尖阻力及樁周摩阻力抵抗。若樁頂靜壓力超出沉樁過程中諸多抵抗阻力，則樁身會持續(xù)下沉，否則，樁身便停止下沉[2]。

壓樁過程中，樁周土體實際抗剪強(qiáng)度和地基土靜態(tài)抗剪強(qiáng)度存在一定差異。在樁體持續(xù)沉入期間，樁體和樁周土之間發(fā)生相對剪切位移，在樁周土的粘著力以及土體抗剪強(qiáng)度的作用下，樁周表面將遭受土體摩阻力的作用。如樁周土質(zhì)較硬，則剪切面主要位于樁身和土體的接觸面，如樁周土較軟，則剪切面位于樁表面土體中。隨著樁周土抗剪強(qiáng)度的降低，粘性土隨樁逐漸沉入，樁周土抗剪強(qiáng)度最終降低至重塑強(qiáng)度；砂性土抗剪強(qiáng)度則較為穩(wěn)定，不同土層作用下樁側(cè)摩阻力并非常數(shù)，而是隨著樁身沉降不斷減小，樁下部摩阻力在沉樁阻力中占比為50 ～80%，其取值與樁周土體強(qiáng)度成正比，與樁身入土深度成反比[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，錨桿靜壓樁成樁機(jī)理復(fù)雜，沉樁過程及加固施工質(zhì)量與土質(zhì)、土層、樁數(shù)、樁長、樁徑、施工次序、進(jìn)度等直接相關(guān)。靜壓樁施工期間必然面臨各種突發(fā)事件和質(zhì)量問題，應(yīng)采取適宜的處理方法；對靜壓樁實施靜載試驗發(fā)現(xiàn)不合格后還應(yīng)增加靜載試驗測次或?qū)嵤┐髴?yīng)變檢測，以明確不合格樁數(shù)量。錨桿靜壓樁處理技術(shù)能有效避免舊橋梁基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降，對于無法搬遷以及工期要求嚴(yán)格的舊橋梁維修工程十分適用，維修加固期間還能同時展開一些作業(yè)空間較小的工程，工期有保證，可獲得良好的施工效益。