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

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

中圖分類號：TU753 文章編號：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的壓樁機構(gòu)以壓樁機自重和機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：一種是振動沉樁；另一種是靜壓沉樁。在舊橋加固施工過程中，長時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)險以及對原結(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)險以及振動沉樁對原結(jié)構(gòu)造成的擾動，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柱墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)；橋臺為薄壁臺，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。原橋設(shè)計荷載為汽車-超20級，掛-120。

2 橋臺病害及原因分析

2.1 橋臺病害發(fā)展情況

2005年和2008年，檢測發(fā)現(xiàn)本橋左幅28號橋臺前墻由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)主單位對左幅28號橋臺的臺帽、臺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，再次對本橋進(jìn)行的檢測中發(fā)現(xiàn)左幅28號橋臺前墻加固混凝土（加厚30cm）與舊橋橋臺前墻結(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 橋臺病害原因分析

從2005～2008年的三年時間里，左幅28號橋臺裂縫迅速發(fā)展，橋臺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，原橋臺在這期間發(fā)生過不均勻沉降，導(dǎo)致橋臺前墻豎向開裂；核查竣工圖紙可知，該橋臺樁基設(shè)計為嵌巖樁，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，臺后填土壓實度不夠，臺后填土滲水后，土壓力增大，在臺后路基填土負(fù)摩阻力及主動土壓力的共同作用下，橋臺前墻向臨空面前傾，橋臺開裂，在超重超限車輛的反復(fù)沖擊下，橋臺裂縫逐漸開展。

3 原橋臺加固設(shè)計方案

針對左幅28號橋臺前墻前傾及豎向、橫向裂縫，先鑿除原臺身30cm加厚層，清理臺身表面，封閉裂縫，增設(shè)臺前樁基、承臺及肋板，通過新增肋板對舊橋臺身進(jìn)行加固補強，通過新增樁基提高橋臺基礎(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號橋臺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），同時考慮施工過程對原橋臺的影響，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)置鋼護筒，鋼護筒設(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)行了鋼護筒振動下沉施工。由于樁位處砂層主要為中砂和粗砂，且較為密實，鋼護筒剛進(jìn)入砂層便不再下沉，受橋下凈空限制，更大噸位的振動錘也無法進(jìn)入，且對原結(jié)構(gòu)造成的擾動難以估量。

4.2 橋臺持續(xù)前傾

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

4.3 高壓旋噴樁失敗

由于鋼護筒無法下沉，橋臺前傾持續(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)主單位組織了橋臺樁基專項施工方案評審會，會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，檢測單位對高壓旋噴樁（試樁）進(jìn)行了鉆孔取芯檢測。根據(jù)取芯檢測報告，地面以下0～13m砂層能成樁，且樁體強度滿足設(shè)計要求，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 橋臺加固方案變更設(shè)計

5.1 變更設(shè)計原則和目的

根據(jù)2005～2008年病害情況分析，橋臺樁基發(fā)生過不均勻沉降，期間可能存在豎向承載力不足現(xiàn)象；由橋臺監(jiān)測結(jié)果可知，橋臺豎向位移基本沒有變化，說明橋臺目前豎向承載力處于穩(wěn)定狀態(tài)；由橋臺縱向位移驗算可知，目前橋臺樁基已經(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)合橋臺結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，還不足以判斷橋臺豎向承載力是否滿足規(guī)范要求，但是有一點可以明確的就是目前橋臺豎向承載力處于平衡狀態(tài)，所以加固變更設(shè)計的原則和目的為：不破壞橋臺目前的豎向穩(wěn)定狀態(tài)，考慮采用新增樁基的措施來平衡橋臺縱向水平力，達(dá)到止傾的目的。

5.2 變更設(shè)計思路

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

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

5.3 變更設(shè)計措施

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

6 加固效果

在整個加固施工過程中，業(yè)主單位對橋臺縱向、橫向及豎向位移進(jìn)行了全程監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，橋臺加固施工完成后，橋臺前傾現(xiàn)象得到了有效控制，橋臺基礎(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。隨著社會經(jīng)濟和輿論環(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)計人員在加固方案的制定過程中，應(yīng)充分考慮現(xiàn)場實際情況，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，利用其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和施工工藝，推動橋梁加固技術(shù)的發(fā)展。

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

（責(zé)任編輯：王 波）