微型鋼樁托換技術在舊橋下部結構加固中的應用

李紅霞 劉 秦

黃河科技學院（450063）

0 引言

隨著時間的推移，新建的橋梁終究都會成為舊橋。在橋梁存續期間內，由于車輛，特別是超重車輛行駛，以及外界各種因素作用和影響，導致橋梁結構產生病害、出現缺陷，嚴重影響到橋梁正常使用。為了保證交通暢通，就需要對橋梁進行維修、加固和改造。當前我市公路施工中也存在大量舊橋需要加固利用，通過具體工程實踐總結出一個可行的加固方案非常必要，以便于在其他橋梁加固工程中推廣使用。

1 加固橋基本概況

河醫公鐵立交橋（高陽橋）舊橋部分建于1959年，原設計標準偏低，已接近使用年限，無法滿足當前車輛通行荷載要求，上部17片T型梁老化破損嚴重;且按城市—A級荷載驗算不能滿足安全要求，對河醫公鐵立交橋（高陽橋）橋臺需進行加固處理。

由于圬工結構（目前無設計和施工資料）舊橋墩可承受荷載潛力較大，在改建時若可利用，可有效縮短工期，節約投資；因無原始設計和施工資料，為了決策舊橋墩的保留或重建，對舊橋墩及其基礎是否滿足新橋梁設計荷載要求進行了檢測。根據甲方要求由黃河水利委員會,采用了4種檢測方式:外觀檢測、物探檢測、槽探、地質鉆探。檢測結果表明:1）北側橋臺西側、南側橋臺東側護坡缺失嚴重。2）北側橋臺臺帽未發現明顯裂縫，路面標高111.519 m；臺帽頂面標高 109.3 m，長 24.1 m，寬 85 cm，高30 cm，前墻寬 24 m，高6.4 m，傾斜角度為85°，不滿足現行《公路圬工橋涵設計規范》（JTG D61-2005）中小跨徑橋梁臺帽厚度不小于40 cm的要求。3）南側橋臺臺帽未發現明顯裂縫，臺帽長24.1m，寬85 cm，高47 cm，滿足《公路圬工橋涵設計規范》（JTG D61-2005）中小跨徑橋梁臺帽厚度不小于40 cm的要求。

此外，黃河水利委員會采用回彈法推定北側橋臺臺帽混凝土強度值為35.8 MPa，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）鋼筋混凝土構件強度等級不低于C20的要求；臺身：通過地質鉆探和室內抗壓強度試驗，巖石試件最小抗壓強度值為75.98 MPa，滿足《公路圬工橋涵設計規范》（JTG D61-2005）中橋墩臺MU40石材抗壓強度要求;基礎:基礎范圍長10.03m，24.38m，1.97 m；回彈法推定混凝土強度值23.1 MPa，不滿足《公路圬工橋涵設計規范》（JTG D61-2005）中橋基礎材料最低強度等級C25要求。基底:1）基底應力驗算，基底側邊緣最大應力231 kPa，大于地質鉆探土工試驗結果180 kPa，地基承載力不滿足要求。2）基底穩定性驗算:①抗傾覆安全系數最小值11.42，大于最小抗傾覆系數1.50，滿足要求；②抗滑安全系數最大值1.23,小于最小抗滑系數1.30，不滿足要求。

經過對該成果報告的分析，在充分論證的基礎上，認為橋墩臺上部結構予以拆除后針對原橋墩臺抗滑移、地基承載力不滿足設計要求進行加固補強。

2 加固設計方案

微型鋼樁托換是指采用多根直徑較小的鋼管無砂混凝土樁對原橋墩臺及地基進行加固的技術，它通過微型剛樁和原橋墩臺組合在一起實現了共同受力連接，同時抗傾覆能力、承載能力得到加強的加固目的。本項目采用直徑20 cm的微型鋼管樁，計算中偏安全地僅計入新增微型樁基的側壁摩阻力，不計其樁端承載力。

微型鋼管無砂混凝土樁加固具體措施是:

1）每根原橋墩臺槽中采用56根直徑20 cm微型鋼樁加固，微型鋼樁按摩擦樁。微型鋼樁深入地基土距原橋墩臺基礎底面不小于13.5m。

2）按圖紙要求進行微型鋼樁平面定位，挖出原橋墩臺上部結構后，采用地質循環鉆鉆孔，打入鋼管后，在孔內澆筑無砂混凝土。

3）加固應注意原橋墩臺內過厚的片石層的施工，注意剛樁底部封底混凝土的澆筑。為減少對原橋墩臺和下部地基的擾動，施工時逐樁處理。

3 微型剛樁加固方案計算

1）加固方案豎向承載力計算:

由上述黃河水利委員會檢測和計算，基底側邊緣最大應力231 kPa,大于地質鉆探土工試驗結果180 kPa。經微型剛樁加固后計算，長24.1m，寬85 cm的組合橋臺組合反力為241 kPa。采用微型鋼樁加固后，該組合反力由微型剛樁和原墩臺地基共同承受，偏安全計算，其受力分配如下:

組合反力=原墩臺地基承載力+微型鋼樁提供的樁承載力。

計算過程如下:

①微型鋼樁單樁受力計算

考慮微型鋼樁部分托換原橋墩臺，微型鋼樁與原橋墩臺共同作用承受樁頂軸力，則單根微樁受力為KN，考慮1.2的偏載系數，則單根微型鋼樁受力為P=276.1 KN。

②微型鋼樁單樁軸向受壓容許承載力計算

采用嵌巖樁計算公式，為［P］=（c1A+c2Uh） Ra，其中 A=0.03 m2，U=1.256 m，h=0.5m，根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJ024-85）查表取值c1=0.5，c2=0.04，Ra=10 000 KPa。 代入公式計算則［P］=（0.5×0.03+0.04×1.256×0.5）×10000=401.2 KN，式中，Ra=10 Mpa為偏安全取值,實際微風化巖層軸壓強度應當大于10 Mpa。

由上述計算可知,每個原橋墩臺采用56根微型鋼樁加固措施是安全可靠的。

2）加固方案抗滑穩定性驗算:

由上述黃河水利委員會計算，抗滑安全系數最大值1.23，小于最小抗滑系數1.30，不滿足要求。

根據根據 《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJ024-85）抗滑計算公式10.37×24.38×22=5 562 KN；按粉土考慮，摩擦系數μ取0.35；抗滑移安全系數最大值1.23；反算出Σ Ti=1 582.7 KN。由抗滑公式新增56根微型剛樁后ΣPi=5 562 KN+56×22×0.2×0.2×13.5 KN=6 227.2則抗滑穩定性滿足要求。

4 結論

經過充分論證，本項目采用微型剛樁托換技術對原橋墩臺及地基同時進行加固處理是可行的，因為剛樁具有:①承載能力高；②沉降量小；③樁孔孔徑小，對原橋墩臺幾乎不產生附加力，且對地基土擾動小；④適用本項目的工程條件等特點。根據現場條件,本項目滿足微型剛樁托換的機械施工條件。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基礎規范[S].

[2] 馮宇.淺淡舊橋檢測與加固技術的應用[J].山西交通科技,2007,2.

[3] JGJ94-94,建筑樁技術規程[S].