縱向抬樁法在橋梁樁基加固中的應用

■肖長進

（福州交建高速公路養護有限公司，福州 350001）

我國在役橋梁數量龐大，橋梁在運營過程中常因人為因素和環境變遷而遭受破壞，其中樁基破壞將嚴重削弱橋梁的承載能力、穩定性和耐久性，必須采取適當的措施對病害樁基進行加固[1、2]。常用的橋梁樁基加固方法有增補樁基法、注漿法、錨桿靜壓樁法、外包鋼筋混凝土法、外包鋼法、鋼套筒法、夾克法、擴大基礎法、混凝土缺陷修復法、拋石護坦法等。

抬樁法是增補樁基法的一個分支，其特點是在舊樁側面增加一根或者數根新樁，并采取適當措施將新、舊樁連成整體共同承受上部荷載，隨時間推移，在河床沖刷及新舊樁差異性沉降的條件下，舊樁緩慢退出承載，最終由新樁承受全部或大部分上部荷載[3]。該方法的優點是能較好解決現有樁基豎向承載能力和抗剪承載能力不足的問題，有效地增強了墩柱的抗彎剛度；缺點是大范圍改變了橋梁的下部外觀， 對橋梁景觀影響較大，且對河流的泄洪能力影響大。

下文將以福州橘園洲大橋為工程實例，介紹縱向抬樁法在橋梁樁基加固中的應用。

1 橘園洲大橋工程病害概述

橘園洲大橋位于福銀高速福州連接線，橫跨福州市倉山區建新鎮與閩侯縣上街鎮之間的烏龍江上，由西引橋、主橋、東引橋及建新互通立交橋組成，是金山區通往上街大學城的必經之路。

橋位處主要發育有第四系全新統長樂組沖積層、海積層和沖洪積層，包括粘性土、砂類土淤泥(淤泥質粘土)礫石、卵石等；第四系殘坡積層及燕山晚期侵入的花崗巖、黑云母花崗巖、正長斑巖。橋位處基巖埋深較深，一般大于50m。

該橋運營以來使用狀況一直良好。但是近年來，由于烏龍江河道的壓縮、上游長期采砂活動、河道的疏浚等原因，橘園洲大橋所在的江段水文環境發生變化，呈現西岸淤積、東岸沖刷的狀況。同時受河床沖刷、污水銹蝕、潮汐和汛期水位變化引起的干濕交替作用等因素影響，橋梁樁基所處水文環境發生變化，河水中樁基劣化程度較為嚴重。

通過對橘園洲大橋的主橋、建新互通立交橋的主線橋、A 匝道橋、C 匝道橋所有樁基的外觀檢測調查及樁基混凝土強度檢測，發現主要存在病害如下(圖1)：

(1)樁身嚴重裸露在河床之上，裸露的高度最高達到了14m 左右；

(2)裸露在河床上的樁身由于受水流沖刷作用，樁身基本上出現了砂石裸露現象(圖1.a)；

圖1 橋梁樁基病害

(3) 某些樁基的樁身混凝土出現了破損掉塊現象，破損面積最大達到了2.7㎡左右(圖1.b)；

(4)許多樁身鋼筋裸露在大氣中或者水中，而且發生了嚴重的銹蝕現象(圖1.c)；

(5)樁身某些部位出現了沖刷掏空現象，掏空的洞深最深達到了25cm 左右(圖1.d)；

(6)樁身出現了凹凸不平現象，凸出點距承臺邊緣線最遠達到了150cm 左右；凹進點最深達到了60cm 左右；

(7)有些樁基出現了縮徑現象，現場實測的樁身周長比原設計周長最多的小了28cm。

對主線橋(金上大橋及建新互通主線橋)、A 匝道、C 匝道樁級情況進行統計，結果如表1 所示。根據 《公路橋梁技術狀況評定標準》 (JTG/T H21-2011) 第4.1.8 條規定，按照橋梁主要部件最差的缺損狀況對全橋總體技術狀況進行評定，橘園洲大橋總體技術狀況為4 類橋。 根據 《公路橋涵養護規范》 (JTG H11-2004)第3.5.4 條規定，應對橋梁進行大修或改造，及時進行交通管制，如限載、限速通行，或關閉交通。

表1 各位置樁級統計

2 加固方案與加固原理

2.1 加固方案

抬樁加固分為橫向抬樁和縱向抬樁。橫向抬樁只能提高基礎豎向承載力，無法提高橋墩的縱向抗彎剛度，而本橋病害為河床沖刷下切，造成樁基入土深度減小，承載能力下降， 并且河床下切導致橋墩的計算高度增大，縱向抗彎剛度減小。此外，橫向抬樁適合橋寬較小的橋梁，橘園洲大橋主橋寬達12.25～24m，每個橋墩至少有4 根樁基， 兩幅橋梁樁基之間的凈距僅為6.15m，單幅梁樁基間設有系梁，沒有橫向加樁的空間。因而橫向抬樁方案不合適，故采用縱向抬樁方案。

通過采用新增兩根樁基對原一根樁基進行加固，加固方案新舊樁中心間距僅2 倍樁徑，根據上部結構荷載大小及橋墩處地質情況差異， 新樁樁徑分為1.4m 和1.5m 兩種，樁長為55～62m，全橋共增加214 根樁和47個承臺。金山大橋引橋及互通主線橋在原Φ1.8m 或者1.5m 樁基縱橋向各新增兩根Φ1.5m 樁基，即對左右幅15#～23#、左幅30#、左右幅31#～32#采用縱橋向4 根Φ1.5m 樁基對原2 根Φ1.8m 或者1.5m 樁基進行加固；對左右幅24#～29#、 右幅30#采用縱向6 根Φ1.5m 樁基對原3 根原Φ1.8m 或者1.5m 樁基進行加固。A 匝道橋、C 匝道橋(出A 匝道橋3#墩和C 匝道橋18#墩)縱橋向4 根Φ1.4m 樁基對原2 根Φ1.4m 或者1.5m 樁基進行加固。

新樁基與老墩之間采用一工字型承臺聯結。承臺內部采用熱軋普通工字型鋼作為承臺主受力構件，工字鋼通過下緣焊接的槽鋼互相連接， 以上型鋼組成承臺托架。為加強承臺與原有墩柱、系梁連接，植入一定數量的鋼筋。

2.2 加固原理

當新增樁施工完成后，直接在樁頂澆灌包裹舊樁的承臺。雖然新舊工程樁經承臺的連接形成一個整體，但由于新樁的時間和變形效應無法馬上承擔荷載。即新樁的沉降在短期內并未穩定，在一段時間內還要發生較大的沉降。 隨著時間的推移、 舊樁基礎變形的進一步發展，增補的新樁才能開始發揮作用。新樁在開始階段只會承擔新澆筑承臺的自重荷載，隨著時間推移，新樁樁頂力逐漸增大，承擔上下部荷載的比例增大，直至舊樁完全失效，新樁將承擔上下部所有傳遞荷載。

3 施工工藝

3.1 樁基加固施工順序

棧橋及鉆孔平臺搭設→鋼護筒施工→鉆孔施工→鋼筋籠制作安裝→灌樁→鉆孔平臺拆除及承臺施工平臺搭設→樁頭及承臺表面處理→系梁及樁柱植筋→承臺制作。

其中鉆孔平臺搭設、鉆孔施工、鋼筋籠制作安裝、灌樁、承臺施工平臺搭設及承臺制作均采用常規工藝。

3.2 鋼護筒打設

橘園洲大橋橋址處河床表層為中粗砂和中細砂，砂層總厚度約20m。考慮到飽和砂土地層在鉆孔過程中極易坍塌，原設計要求鋼護筒必須穿透砂層直至卵石夾土層頂面。 樁徑1.4m 和1.5m 的新樁分別采用內徑1.6m和1.7m 的鋼護筒，經現場試驗，采用DZJ-150 型振動錘也不能將如此直徑的鋼護筒打入卵石夾土層，而現有技術條件下無法采用更大功率的振動錘。

為解決這一施工難題，經理論研究和現場試驗，確定采用DZJ-150 型振動錘施打鋼護筒， 輔以沖擊鉆引孔的方式，能夠達到設計標高。

現有橋位河床泥面線處存在大量原橋施工與防護所遺留混凝土塊和拋石， 導致新增加固樁基鋼護筒無法施工。在樁位建筑垃圾無法清理的情況下，宜采取雙護筒引孔方案進行鋼護筒施打就位。

鋼護筒的施工質量直接影響樁基施工質量，要嚴格保證鋼護筒的入土深度及垂直度，同時鋼護筒要有足夠的剛度，保證鋼護筒在施工過程中不變形。

3.3 鉆機選型

橘園洲大橋橋址處水深約10m，樁基鉆孔實際進尺約55m，鉆進過程中要穿過中粗砂層、中細砂層、卵石夾土及強風化黑云母花崗巖層或正長斑巖等地層，其中砂層約20m，卵石夾土層約16m。原設計采用回旋鉆機進行鉆孔施工，現場工藝試驗表明，回旋鉆機在沙土層中鉆進時極易塌孔， 在卵石夾土等地層中鉆進速度緩慢，不能適應橘園洲大橋樁基加固的需要。

考慮到橋下施工凈空及地質因素， 改用JK-15 型沖擊鉆正循環鉆孔，經現場工藝試驗能順利成孔。采用有限元軟件對既有樁基附近沖擊鉆孔過程進行模擬分析， 結果表明沖擊鉆孔對舊樁周圍土體有一定的擠密作用，能有效防止塌孔和舊樁偏位。沖擊擠土會對既有樁身產生一定的橫向力， 但其值較小， 不影響原樁安全。

3.4 樁頭及承臺表面處理

新樁澆筑完成并達到適宜的強度后，割除多余的鋼護筒，鑿除樁頭，樁頂伸入承臺15cm，但應將深入承臺內部的樁身鋼護筒割除， 防止鋼護筒與承臺鋼筋接觸而發生電化學腐蝕。

原橋使用多年后，原系梁及舊樁表層混凝土已部分破損，劣化較嚴重。施工時用人工配合小型機具對其表面進行鑿毛處理，直至露出完好的混凝土面，并形成凹凸不平的面。混凝土澆筑前對接觸面進行清洗，并按規定涂抹水泥砂漿，確保新舊混凝土接觸良好。

3.5 系梁及樁柱植筋

承臺鋼筋綁扎前在原系梁及樁柱上植入一定數量的L 形鋼筋，植入的鋼筋由直徑20cm 的帶肋鋼筋制作而成， 橫向間距45cm， 豎向間距90cm， 并在承臺頂、底面處與新承臺鋼筋網連接成整體。

植筋在抬樁加固中具有至關重要的作用。它不僅能增強新舊承臺間的連接，而且將對新承臺混凝土的收縮徐變產生較強的束縛作用，防止因新、舊混凝土齡期差別巨大而在新舊混凝土接觸面引起收縮裂縫。

4 加固技術要點

4.1 新增樁樁長與樁徑的選擇

采用抬樁法加固橋梁，一般是為解決其基礎承載能力、耐久性不足等問題。這類橋梁常因河床沖刷而導致樁基外露，對采用樁柱式基礎的橋墩，由于原樁徑與墩柱直徑相差不多，樁身外露將使墩柱的計算長度加長。抬樁法加固橋梁不僅要解決原樁承載能力、耐久性不足的問題，還需要對橋墩縱、橫向抗彎剛度進行適當的加強。因此在確定樁長、樁徑及樁的布置形式時不僅要考慮承載能力，還應當考慮增大基礎錨固剛度的問題。

4.2 承臺制作應考慮的問題

新舊樁承載變換過程中， 承臺作為主要的傳力構件，其受力狀態隨時間的推移而發生改變，由于新舊樁間距較小，承臺以承受剪力為主，其受力狀態可分為三個階段。施工完成的初始階段，承臺自重由新舊樁基一起承受，隨后，在舊樁沉降極少的情況下，新樁樁側和樁底反力尚不足以支撐其自重而對承載產生向下的拉力，最后在基礎沉降的影響下，新樁承受的上部荷載逐漸增大，舊樁承受的上部荷載逐漸減小。通常設計時常忽略第二個階段承臺受力狀況，承臺頂面配筋量不足，將致承臺在第二階段受力過程中出現裂縫等病害。尤其是在地質條件較差，在新樁自重作用下土體壓縮量大的地區，這種破壞將更加明顯。

5 結語

(1)目前，橘園洲大橋樁基加固工程已經完工，采用縱向抬樁法加固施工全過程均未涉及水下作業，加固施工安全高效。

(2)采用縱向抬樁法加固后，顯著增強了樁基承載能力和剛度，增強了墩柱抗彎剛度，對橋梁承載能力及受力性能改善效果顯著。

(3)在砂質地層中進行抬樁加固時，采用沖擊引孔方式打設鋼護筒和沖擊鉆鉆孔有助于降低施工風險、提高施工效率。

[1]李萬恒.橋梁養護的形勢與任務[J].中國公路，2013，(23)：42-43.

[2]孫穎.橋梁生命的延續工程—關于我國舊橋維修與加固工程的現狀[J].中國公路，2005，(2)：63-65.

[3]于堅.316 國道福州洪塘大橋整治方案探討[J].廣東科技，2008，(2)：150-151.