群樁基礎補樁方案探討

趙冠剛

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院,濟南 250022)

1 概述

樁基礎是鐵路、公路橋梁工程中應用最多的基礎形式之一,隨著鐵路標準的提高,橋梁占線路長度的比例越來越大,樁基使用數量也大幅增加,其應用范圍亦逐步擴大。在施工中因塌孔、施工不慎等原因,導致斷樁或成樁質量低劣,造成廢樁(Ⅲ類樁及以下)的現象也偶有發生,而一旦發生將會對群樁基礎和工程施工造成不利影響,需及時采取措施進行補救處理。

目前,對產生廢樁的群樁基礎,一般有兩種處理方式,一是增加樁數補強群樁法,二是原位重筑法。當采取補樁處理時,往往導致群樁布置的不規則性,采用“m”法編制的樁基計算程序,在已知群樁頂靜力中心的外力時,可對任意布置的群樁進行計算,但因群樁靜力中心與墩、承臺重心的不一致而進行外力轉換時,往往需要手工試算,其計算過程復雜、繁瑣,費時費力。本文系根據工作中已成功處理的幾起補樁事件,對補樁設計的思路進行梳理和總結。

2 補樁設計的原則

補樁設計往往在施工過程中進行,且多數情況為群樁中已有灌注完成者,必須根據現場實際情況進行處理,一般應遵循以下原則：

(1)補樁時一般不應打亂原樁基布置形式,即維持其他樁位不變,根據斷樁位置結合其他樁位,選擇合理的位置增加基樁；

(2)補樁后群樁的計算結果不能超過原設計值,即樁長、配筋及單樁承載力不能超過原設計值；

(3)補樁的樁徑、混凝土強度等級、成樁方式等要與原設計一致。

3 補樁設計的思路

3.1 減小外荷載增大的措施

群樁的間距一般都是根據規范的要求,稍有余量。當群樁基礎產生廢樁而需補樁時,補強樁一般只能加在群樁的外圍,即游離于群樁之外。當群樁簡化為平面剛架模型時,將在某一方向形成跨度大、柱數少的剛架,導致其受力較大,而成為群樁中的控制樁,這對群樁受力亦不合理。為此,設計時應采取措施減小這種不利影響,可以采取以下措施。

(1)補樁盡量在墩底彎矩值較小的方向進行。

(2)盡量采取對稱的補樁方法,即廢1顆需補2顆。

(3)補樁時,應盡量保證縱向和橫向兩個群樁中心有一個不變。

(4)承臺應根據補樁的位置,盡量減小平面尺寸,可采取不規則的形狀。

依照以上幾種辦法,可以盡量減小補樁后群樁中心與原樁群中心的偏離值,從而減小外荷載增大的數值。

3.2 樁間距的控制

補強樁與其他樁的間距,一般按以下原則控制：鉆(挖)孔灌注摩擦樁,補樁與報廢樁的中心距一般不小于2.5倍的成孔樁徑,不得已時應不小于2倍的成孔樁徑；鉆(挖)孔灌注柱樁的中心距一般不小于2倍成孔樁徑；預制打入樁的補樁與報廢樁的中心距不應小于1.5倍的樁徑。

3.3 外力的轉化

增加補強樁后,群樁頂靜力中心處外力的變化,主要由以下幾項引起：

(1)補樁后群樁靜力中心的偏移,導致樁頂豎向力N產生偏心彎矩值(已有基頂水平力P、彎矩M值不變)；

(2)承臺尺寸增大后自重增加,其重心與群樁靜力中心產生偏離,承臺自重產生偏心彎矩值；

(3)承臺加大后因剛性角不足,需采取承臺加臺或幫寬墩身等措施,導致結構自重以及自重彎矩值增加；

(4)承臺面積增大后,上覆土體的自重以及土體產生的自重彎矩值增加。

3.4 工程實例分析

某特大橋,平面位于R=1 200 m曲線上,采用32 m T梁(通橋(2005)2101),圓端形實體墩,地層為粉砂和卵石。其中,45號墩墩高22 m,采用8顆φ1 m的鉆孔灌注摩擦樁,梅花形布置,混凝土強度等級為C30,設計樁長21 m。

施工單位在施工4號(1、3號樁已完成,2、5、6、7、8號未施工)樁時,因塌孔導致了斷樁,經各方共同研究采取補樁處理方案。

針對4號廢樁結合其他樁位,設計著重研究了不補樁、在廢樁側補1顆樁、在廢樁軸線上對稱補2顆樁3種情況,并與原設計進行計算比較,各方案的樁數與樁位布置見圖1。

圖1 樁位與承臺平面關系(單位：cm)

經計算,與原設計相比：不補樁時,最大樁長需增加77.7%；補1顆樁時,最大樁長增加88.8%；補2顆樁時,最大樁長需增加11.1%。各方案計算結果見表1。

表1 控制樁計算比較

由表1可以看出,對稱補樁2顆為經濟、合理的可行方案。

按上述設計方案施工完成后,第三方采用低應變反射波法,對9顆基樁進行了檢測,檢測結論為：波速3 802～4 082 m/s,樁身完整無缺陷,全部合格且均為I類樁。

4 施工注意事項

(1)施工單位應該重視樁基施工,加強施工組織管理和質量監督,減少人為失誤；

(2)認真查找施工中造成廢樁的原因,總結經驗教訓,加強對施工單位的技術支持和業務培訓；

(3)施工時,要注意根據地質情況適當調整泥漿的稠度,以增加井壁的自穩能力,減少孔壁坍塌的風險；

(4)灌樁用混凝土應注意骨料的質量和混凝土的坍落度,灌注樁基時要及時提起導管；

(5)采用較深的鋼護筒,以防補樁過程中孔壁發生坍塌。

5 結語

實例所屬工程已通車運營1年有余,在對橋墩及基礎的觀測中,墩頂位移、基礎工后沉降均較理論計算值偏小,說明處理措施是成功的。

在工程實際中發生廢樁的情形雖不多見,然一旦發生往往情況比較復雜且需及時處理。在進行補樁設計時,宜在掌握一些內在規律的基礎上,結合實際情況進行計算、比較,以便及時確定經濟、合理的處理方案,希望本文能為類似情況的處置提供一些參考。

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