微型鋼樁托換技術(shù)在舊橋下部結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

李紅霞 劉 秦

黃河科技學(xué)院（450063）

0 引言

隨著時(shí)間的推移，新建的橋梁終究都會(huì)成為舊橋。在橋梁存續(xù)期間內(nèi)，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(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害、出現(xiàn)缺陷，嚴(yán)重影響到橋梁正常使用。為了保證交通暢通，就需要對(duì)橋梁進(jìn)行維修、加固和改造。當(dāng)前我市公路施工中也存在大量舊橋需要加固利用，通過(guò)具體工程實(shí)踐總結(jié)出一個(gè)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(yī)公鐵立交橋（高陽(yáng)橋）舊橋部分建于1959年，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，已接近使用年限，無(wú)法滿足當(dāng)前車輛通行荷載要求，上部17片T型梁老化破損嚴(yán)重;且按城市—A級(jí)荷載驗(yàn)算不能滿足安全要求，對(duì)河醫(yī)公鐵立交橋（高陽(yáng)橋）橋臺(tái)需進(jìn)行加固處理。

由于圬工結(jié)構(gòu)（目前無(wú)設(shè)計(jì)和施工資料）舊橋墩可承受荷載潛力較大，在改建時(shí)若可利用，可有效縮短工期，節(jié)約投資；因無(wú)原始設(shè)計(jì)和施工資料，為了決策舊橋墩的保留或重建，對(duì)舊橋墩及其基礎(chǔ)是否滿足新橋梁設(shè)計(jì)荷載要求進(jìn)行了檢測(cè)。根據(jù)甲方要求由黃河水利委員會(huì),采用了4種檢測(cè)方式:外觀檢測(cè)、物探檢測(cè)、槽探、地質(zhì)鉆探。檢測(cè)結(jié)果表明:1）北側(cè)橋臺(tái)西側(cè)、南側(cè)橋臺(tái)東側(cè)護(hù)坡缺失嚴(yán)重。2）北側(cè)橋臺(tái)臺(tái)帽未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，路面標(biāo)高111.519 m；臺(tái)帽頂面標(biāo)高 109.3 m，長(zhǎng) 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(xiàn)行《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D61-2005）中小跨徑橋梁臺(tái)帽厚度不小于40 cm的要求。3）南側(cè)橋臺(tái)臺(tái)帽未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，臺(tái)帽長(zhǎng)24.1m，寬85 cm，高47 cm，滿足《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D61-2005）中小跨徑橋梁臺(tái)帽厚度不小于40 cm的要求。

此外，黃河水利委員會(huì)采用回彈法推定北側(cè)橋臺(tái)臺(tái)帽混凝土強(qiáng)度值為35.8 MPa，滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）鋼筋混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等級(jí)不低于C20的要求；臺(tái)身：通過(guò)地質(zhì)鉆探和室內(nèi)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，巖石試件最小抗壓強(qiáng)度值為75.98 MPa，滿足《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D61-2005）中橋墩臺(tái)MU40石材抗壓強(qiáng)度要求;基礎(chǔ):基礎(chǔ)范圍長(zhǎng)10.03m，24.38m，1.97 m；回彈法推定混凝土強(qiáng)度值23.1 MPa，不滿足《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D61-2005）中橋基礎(chǔ)材料最低強(qiáng)度等級(jí)C25要求。基底:1）基底應(yīng)力驗(yàn)算，基底側(cè)邊緣最大應(yīng)力231 kPa，大于地質(zhì)鉆探土工試驗(yàn)結(jié)果180 kPa，地基承載力不滿足要求。2）基底穩(wěn)定性驗(yàn)算:①抗傾覆安全系數(shù)最小值11.42，大于最小抗傾覆系數(shù)1.50，滿足要求；②抗滑安全系數(shù)最大值1.23,小于最小抗滑系數(shù)1.30，不滿足要求。

經(jīng)過(guò)對(duì)該成果報(bào)告的分析，在充分論證的基礎(chǔ)上，認(rèn)為橋墩臺(tái)上部結(jié)構(gòu)予以拆除后針對(duì)原橋墩臺(tái)抗滑移、地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

2 加固設(shè)計(jì)方案

微型鋼樁托換是指采用多根直徑較小的鋼管無(wú)砂混凝土樁對(duì)原橋墩臺(tái)及地基進(jìn)行加固的技術(shù)，它通過(guò)微型剛樁和原橋墩臺(tái)組合在一起實(shí)現(xiàn)了共同受力連接，同時(shí)抗傾覆能力、承載能力得到加強(qiáng)的加固目的。本項(xiàng)目采用直徑20 cm的微型鋼管樁，計(jì)算中偏安全地僅計(jì)入新增微型樁基的側(cè)壁摩阻力，不計(jì)其樁端承載力。

微型鋼管無(wú)砂混凝土樁加固具體措施是:

1）每根原橋墩臺(tái)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(tái)基礎(chǔ)底面不小于13.5m。

2）按圖紙要求進(jìn)行微型鋼樁平面定位，挖出原橋墩臺(tái)上部結(jié)構(gòu)后，采用地質(zhì)循環(huán)鉆鉆孔，打入鋼管后，在孔內(nèi)澆筑無(wú)砂混凝土。

3）加固應(yīng)注意原橋墩臺(tái)內(nèi)過(guò)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(duì)原橋墩臺(tái)和下部地基的擾動(dòng)，施工時(shí)逐樁處理。

3 微型剛樁加固方案計(jì)算

1）加固方案豎向承載力計(jì)算:

由上述黃河水利委員會(huì)檢測(cè)和計(jì)算，基底側(cè)邊緣最大應(yīng)力231 kPa,大于地質(zhì)鉆探土工試驗(yàn)結(jié)果180 kPa。經(jīng)微型剛樁加固后計(jì)算，長(zhǎng)24.1m，寬85 cm的組合橋臺(tái)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(tái)地基共同承受，偏安全計(jì)算，其受力分配如下:

組合反力=原墩臺(tái)地基承載力+微型鋼樁提供的樁承載力。

計(jì)算過(guò)程如下:

①微型鋼樁單樁受力計(jì)算

考慮微型鋼樁部分托換原橋墩臺(tái)，微型鋼樁與原橋墩臺(tái)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(shù)，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(jì)算

采用嵌巖樁計(jì)算公式，為［P］=（c1A+c2Uh） Ra，其中 A=0.03 m2，U=1.256 m，h=0.5m，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-85）查表取值c1=0.5，c2=0.04，Ra=10 000 KPa。 代入公式計(jì)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(shí)際微風(fēng)化巖層軸壓強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)大于10 Mpa。

由上述計(jì)算可知,每個(gè)原橋墩臺(tái)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(wěn)定性驗(yàn)算:

由上述黃河水利委員會(huì)計(jì)算，抗滑安全系數(shù)最大值1.23，小于最小抗滑系數(shù)1.30，不滿足要求。

根據(jù)根據(jù) 《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-85）抗滑計(jì)算公式10.37×24.38×22=5 562 KN；按粉土考慮，摩擦系數(shù)μ取0.35；抗滑移安全系數(shù)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(wěn)定性滿足要求。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)充分論證，本項(xiàng)目采用微型剛樁托換技術(shù)對(duì)原橋墩臺(tái)及地基同時(shí)進(jìn)行加固處理是可行的，因?yàn)閯倶毒哂?①承載能力高；②沉降量小；③樁孔孔徑小，對(duì)原橋墩臺(tái)幾乎不產(chǎn)生附加力，且對(duì)地基土擾動(dòng)小；④適用本項(xiàng)目的工程條件等特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件,本項(xiàng)目滿足微型剛樁托換的機(jī)械施工條件。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范[S].

[2] 馮宇.淺淡舊橋檢測(cè)與加固技術(shù)的應(yīng)用[J].山西交通科技,2007,2.

[3] JGJ94-94,建筑樁技術(shù)規(guī)程[S].