淺析預應力混凝土連續(xù)剛構橋樁基礎加固設計

陳新軍

摘 要 對某城市軌道交通預應力混凝土剛構橋施工中出現的偏移問題進行因為分析，探討剛構橋樁基礎加固設計和施工中的重難點問題。

關鍵詞 城市軌道交通;預應力混凝土;連續(xù)剛構;基礎加固。

前言

目前，我國的城市軌道交通事業(yè)建設正如火如荼。城市軌道交通系統(tǒng)因受城市環(huán)境限制，決定其主要以地下結構為主，但高架結構相較于地下結構而言，其有施工速度快、工程造價低、安全風險小等諸多要點，在山地城市及平原城市遠郊地區(qū)也有較多使用。

城市軌道高架區(qū)間結構中，預應力混凝土連續(xù)剛構橋，因其結構輕薄，且具有較大的順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度，易滿足軌道剛度要求，是常用的結構形式之一。但相較于同等跨度的簡支梁橋，同等跨度的預應力混凝土剛構橋結構受力復雜，易受基礎變形、混凝土收縮徐變及環(huán)境溫度變化的影響，常出現結構變形過大、開裂等問題。在預應力混凝土連續(xù)剛構橋施工過程中，張拉預應力，拆除臨時支架，會導致結構內力發(fā)生變化，產生二次彎矩，內力重新分布;橋梁建成后，受混凝土的收縮徐變影響，彎矩將重新分布，各截面內力發(fā)生變化。無論是施工還是運營階段，內力的變化易導致變形和開裂。過大的結構變形和開裂將影響到結構的耐久性和安全性，嚴重時甚至會導致結構整體破壞、垮塌。因此，無論在施工階段還是運營階段，均應重視橋梁監(jiān)控和監(jiān)測，盡早發(fā)現異常變形，防止事故發(fā)生。

1工程概況

某城市軌道交通高架橋16#-25#墩區(qū)段位于回填區(qū)內，橋型為3聯(lián)（3×40）m預應力混凝土連續(xù)剛構。上部結構為C50現澆預應力混凝土箱梁，主梁為單箱單室截面，梁高為 2.2m 等截面箱梁。橋墩截面采用實心矩形截面，橋墩為C40混凝土結構，截面標準尺寸為 3.0m×2.8m，墩高范圍為20.0m～24.2m。承臺和樁基采用C35混凝土結構，承臺尺寸為7.8m×7.8m×2.5m，每個承臺均設置4根直徑1.8m 的鉆孔樁，樁長范圍為 28.0m～47.0m。

施工單位在進行竣工測量時發(fā)現，16#-25#橋墩及箱梁平面位置與設計坐標有較大偏差，偏差范圍在2.07～18.65cm之間，墩柱中心橫向最大偏差發(fā)生于21#墩，橫橋向最大差值18.65cm，順橋向最大偏移值位于23#墩，順橋向最大偏移值17.43cm，詳見圖1， 表格1[1-3]。

經詳細檢測發(fā)現以下問題：

（1）支座橫向未發(fā)現滑移及限位塊損壞、支座縱向位移未見異常、伸縮縫縱向寬度和橫向相對位移均未發(fā)現明顯異常。

（2）箱梁底中線與墩柱中線相對偏差較小，在合理誤差范圍內。箱梁和橋墩之間橫向沒有明顯相對位移，墩梁連接部位完整，梁體結構受力未發(fā)生較大變化，梁柱受力體系穩(wěn)定，承臺以上部位結構未有明顯變化。

（3）墩身、樁基、承臺施工放樣采用絕對坐標放樣，但不同橋墩偏位差異較大、已開挖外露的墩承臺均未發(fā)現明顯裂縫和破損。

（4）樁頂段出現環(huán)向受力裂縫，裂縫距離承臺底面 0.46m～0.80m，長度0.19m～1.00m，寬度 0.13mm～0.80mm。部分樁基裂縫深度發(fā)展至箍筋位置，并繼續(xù)往樁基中心延伸。樁基裂縫出現位置無規(guī)律，部分樁基多側出現裂縫。

（5）由于現場芯樣斷裂較多，無法確定是否存在斷樁。受檢樁混凝土芯樣強度均能滿足設計C35混凝土的要求。

經補充勘察，橋位處場地穩(wěn)定，無明顯滑移，后經連續(xù)測量6個月，各墩位移量趨于穩(wěn)定，未見明顯增長。第三方評估機構檢測評估后認為，橋墩偏位主要發(fā)生在橋墩施工完成之后且主梁施工之前，橋墩墩柱及主梁結構完好，部分樁基礎存在受損情況。

2斷樁原因分析

由于樁身裂縫產生位置無規(guī)律，經調查與分析，認為主要由以下多重因素引起：

（1）回填土流動變形對樁基的影響。橋位位于回填區(qū)內，雖無剪出口，場地穩(wěn)定，但現場填土松散，粒徑不一，均勻性差。橋梁周邊受其他工程平場施工影響，施工期間地形地貌有強烈變化，橋址范圍內一側堆積3～5米高的回填土，土地偏壓導致松散回填土體滑移變形，土體偏壓力荷載直接作用樁身。

（2）梁體施加預應力以后，橋梁內力發(fā)生變化，樁基承受彎矩變大，與土體荷載變形疊加，易導致樁身開裂。

（3）松散回填土內施工樁基礎，樁基成孔質量較差;在負摩阻力作用下，樁身更容易出現質量問題[4-6]。

3基礎加固設計

本橋結構形式為預應力混凝土連續(xù)剛構，為超靜定結構，且預應力鋼束已張拉完成，結構已完成二次力分配。加固設計需要解決以下問題：

（1）加固過程中不可釋放基礎約束。下部基礎邊界條件一旦發(fā)生變化，會導致剛構體系內力分配發(fā)生變化，若梁體預應力釋放，將直接影響橋梁整體安全。

（2）新建結構必須與既有結構建立有效連接，有足夠的剛度和強度，確保荷載能有效傳遞到新結構上。

（3）新建結構將導致基礎剛度變大，列車荷載、溫度荷載、地震荷載作用下，結構內力都將發(fā)生變化;溫度力和地震力都將增大，需對既有墩柱及梁體進行檢算，確保結構整體安全。

為了盡量減少加固施工對上部結構的影響，設計采用不改變既有結構的加固方案，在既有基礎外圍施做新的鉆孔樁，對原橋墩樁基進行托換，通過外包原承臺形成整體共同受力體。

加固設計中，準確模擬現有結構受力狀態(tài)，是加固設計的重點之一。采用空間有限元計算軟件 MIDAS/CIVIL 2015模擬基礎加固過程及加固后橋梁運營狀態(tài)。采用“m”法模擬樁土效應，并通過節(jié)點彈性支承進行邊界條件的模擬，土彈簧參數按地勘報告提供數據進行模擬。結構初始偏位按實測墩、梁橫向相對偏位 6cm建入模型中。

因無法查清樁身的破壞位置及損壞程度，無法核算既有樁基殘余承載力，故計算時偏于安全地不考慮受損橋墩樁基礎的承載能力，按全部荷載由新建結構承擔進行承載力和強度檢算。

經檢算，考慮結構偏位以及加固階段可能存在的荷載作用后，施工及運營階段結構內力增量較小，加固階段的樁基的裂縫寬度、應力水平未發(fā)生較大變化，新建樁基結構滿足設計要求[7-10]。

新建承臺尺寸為：13.5×13.5×4.5m，設 8 根 1.8m 的群樁基礎，布置于既有基礎四周，具體布置形式見圖2。

新建承臺包裹既有承臺，接觸面表面做鑿毛處理。新老承臺間采用植筋處理，以增加新舊承臺整體性。植筋方式如圖3，對原承臺頂面和四個側面進行植筋，植筋用采用 A 級膠，鋼筋采用HRB400鋼筋，間距按30×30cm間隔布置。

主要施工方案：先基坑開挖并進行坡面網噴支護，再施工新增樁基和新增承臺對原樁基礎進行托換，最后回填基坑至設計地面線。施工期間加強監(jiān)控量測，梁體發(fā)生變形立即暫停施工。同一聯(lián)兩個主墩采用跳樁開挖，施工完一個主墩后再施工另一主墩， 禁止同時開挖。

本橋加固完成后，橋墩偏位得到有效控制，經驗收合格后投入使用。運營期間，經監(jiān)測，未發(fā)生新的偏移，橋梁狀態(tài)良好[11-13]。

4結束語

預應力混凝土連續(xù)剛構橋樁基礎出現質量問題不易被發(fā)現，故在施工中，應加強結構的變形測量，及早發(fā)現問題。加固方案設計中，應對橋梁現有整體受力進行準確分析，準確模擬加固施工過程，檢算施工階段結構最不利狀態(tài)，采用有效可行的加固處理方式，避免影響橋梁的整體安全。

參考文獻

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