橋梁樁基礎的加固設計

李瑞云，馬亞軍

（德州市公路勘察設計院）

1 橋梁結構樁基礎病害的原因分析

樁基礎是整個橋梁結構最為重要的組成部分之一，一旦其出現問題，勢必會對橋梁的整體穩定性和安全性造成影響。然而，由于我國的橋梁樁基礎基本采用的都是鋼筋混凝土結構，從而使得樁基礎很容易發生病害。下面重點對橋梁樁基礎病害的產生原因進行分析。

1.1 混凝土碳化

通常情況下，混凝土本身屬于堿性材料，其能夠在鋼筋表面形成一層堿性保護膜，可以確保鋼筋免遭酸性介質的侵蝕。當混凝土發生碳化反應時，其自身的堿性會顯著降低，這樣一來就會造成鋼筋保護膜被破壞，在水分及其它介質的侵入下，鋼筋便會很快被銹蝕，從而導致混凝土結構開裂，當裂縫發展嚴重時，樁基結構的穩定性便會受到影響。

1.2 堿骨料反應

當水泥中的堿與骨料中所含的活性硅發生反應時，便會生成凝膠，在這一過程中，堿骨料會吸收大量的水分，從而形成膨脹壓力，當該壓力超出混凝土極限承受力時，便會導致混凝土結構開裂。堿骨料對混凝土結構的破壞要比一些耐久性破壞發展的更快，造成的后果也更加嚴重。一旦該情況發生，很難獲得有效控制，短則1年，長則2年，便會使混凝土結構出現明顯的開裂現象，結構穩定性也會隨之大受影響。

1.3 凍融循環破壞

當水滲入到混凝土中以后，其便會在低溫的作用下結冰膨脹，這樣一來便會造成混凝土內部結構被破壞。如果在多次凍融循環的作用下，那么會使混凝土的強度大幅降低，從而出現剝落酥裂的現象。由該原因引起的混凝土剝落，在最初時粒徑僅為2～3mm，伴隨著使用年限的不斷增加，剝落的直徑也會隨之不斷擴大，其發展速度非常快，若是處理不及時，則會引發嚴重的后果。

2 橋梁樁基礎加固設計原則

橋梁的樁基礎一旦出現病害，便需要及時對其進行加固處理。然而，由于樁基礎埋于地下，所以必須確定出科學合理、切實可行的加固方案。基于此點，在對橋梁樁基礎進行加固設計時，應當遵循以下原則。

2.1 應分清加固性質

在對橋梁樁基礎進行加固設計前，應當認真做好病害檢測分析，并根據鑒定評價結果，確定具體的加固設計方案。較為常見的橋梁樁基礎加固設計主要有以下幾種：強度加固、剛度加固、耐久性加固。其中強度加固主要是為了確保結構的整體安全性；剛度加固則是為了確保橋梁結構的正常工作需要；耐久性加固是對已經出現損傷的部位進行修復，以此來避免病害情況的繼續發展，有助于提高結構的可靠性并延長其使用年限。

2.2 經濟性原則

在對橋梁樁基礎進行加固設計的過程中，應當盡可能以最小的投入獲得最大的產出，簡單來講就是要在確保滿足樁基礎加固要求的基礎上，盡可能降低成本，以此來獲取最大的經濟效益。

2.3 合理性原則

橋梁樁基礎加固設計應當遵循合理性原則，即采用的加固技術應當科學合理、切實可行，并且還應符合被加固橋梁的需要，絕對不可套用其他工程中使用的加固技術，必須以實際加固情況確定加固技術，這樣不僅能夠進一步提高加固效果，而且還能有效地降低成本。

3 橋梁樁基礎加固設計方法

為了便于本文的研究，下面通過幾個工程實例對橋梁樁基礎加固設計方法進行研究。

3.1 增補樁基加固設計法

當橋梁樁基礎的承載力不足時，為了進一步提高其承載能力，可通過增加基樁并擴大承臺來分散墩臺的壓力。具體來講，就是在原有的樁基礎周圍，補加新的鉆孔灌注樁，并對原承臺進行擴大，再將之與樁頂緊密連接到一起，借此來提高樁基礎的承載能力，增加其穩定性，這便是增補樁基加固法。這種加固設計方法具有以下優點：無需水下作業、加固效果良好，唯一的缺點是會對交通運行情況造成影響。下面通過工程實例對該加固設計方法進行分析。

某橋梁興建于1999年，因當時資金有限，故將其建設成為漫水橋。橋梁上部結構為裝配式空心板，樁基礎為鋼筋混凝土灌注樁。目前，該橋梁無法滿足輸水要求，需對其進行改造，由于橋面整體抬高、加寬，加之設計荷載增大，使得原有的樁基礎無法滿足要求。為此，決定對樁基礎進行加固處理。經多方面研究后，決定采用增樁加固法，這樣一方面能夠使原有的樁基礎得到充分利用，另一方面能夠有效地降低成本。考慮該橋梁經受河水沖刷情況嚴重，并且樁基礎所在位置存在地震可液化土層，為了進一步確保橋梁結構的安全性和穩定性，在設計時將新增的樁基礎深入到強風化巖2 m的位置處。經過本次加固處理后，該橋梁并未出現任何問題，加固效果良好。

3.2 微型樁加固法

該方法主要指利用一些直徑較小的鋼管混凝土樁對原有的樁基礎進行加固處理。其具有以下優點：承載能力高、施工占地面積小、沉降量小、孔徑小、對原樁基礎擾動小等等。下面通過工程實例對該加固設計方法進行分析。

某橋梁為公路橋，橋寬5.5 m上部結構為預應力空心板，樁基礎為混凝土鉆孔灌注樁，直徑1.5 m。因該橋梁所在地的農業發展速度較快，從而使得交通規模發生了巨大變化。為此，決定對橋面進行加寬處理，從原有的5.5 m增至8 m，為了確保橋梁結構的整體穩定性，經現場勘察和加固方案的比較分析后，決定采用微型樁加固法。本工程采用直徑為30 cm的鋼管，并在每根原樁基礎中采用4根鋼管進行加固處理，微型樁嵌入風化巖的實際深度應不小于50 mm。首先，按照圖紙要求進行平面定位，然后在原樁基礎側面進行植筋，并澆筑混凝土。整個加固過程中需注意排水處理和封底混凝土的澆筑質量，為了盡可能降低對原有樁基礎的擾動，施工過程中應當采用逐樁處理的方式進行。通過加固處理后，該樁基礎能夠滿足橋面加寬的承載力要求。

3.3 樁身補強加固法

該方法主要是通過補澆混凝土或是增設樁頭鋼筋，對已經受損的樁基進行補強處理，以此來提高樁身的強度、抗彎能力和抗腐蝕性。下面通過工程實例對該加固設計方法進行分析。

某橋梁全長13 m，寬5.7 m，總孔數為16孔，樁基礎結構為樁柱式墩臺，樁徑1.0 m。隨著近些年來，河床被逐漸淘空，河床整體下降約2 m左右，在對樁基礎進行勘察中發現，樁基裸露情況非常嚴重，最為嚴重的地方已經暴露至樁頂以下4 m左右的位置處，混凝土也出現大面積脫落，最大長度為2.5 m，致使樁基礎中的鋼筋外漏，并嚴重銹蝕，樁基承載力受到嚴重影響。經過研究分析后，決定采用樁身補強加固法對該樁基礎進行加固處理。首先，按照樁基的實際破損程度確定出補強范圍，然后按照有關規范的要求將補強鋼筋與樁身內部完好的原鋼筋牢固焊接到一起，并安裝模板澆筑混凝土。通過該方法對破損嚴重的樁基進行處理后，樁身的強度明顯增加，實踐證明該方法的可行性較高，值得在同類工程中推廣使用。

3.4 擴大基礎加固法

該方法具體是指在樁基礎周邊通過對基礎進行擴大的方法進行加固處理，使樁基和基礎形成一體，提高整體結構的穩定性。下面通過工程實例對該加固設計方法進行分析。

在對某交通橋梁進行檢測的過程中發現，其每根樁基礎都有非常明顯的露筋現象，并且鋼筋裸露的長度較長，極個別的樁柱上還伴隨出現空洞和蜂窩。樁基一旦發生露筋，不僅會使橋梁結構的承載力降低，而且樁基的彎矩和承受能力也會逐漸降低，為此，必須對其進行加固處理。由于該橋梁的樁基為摩擦樁，從而使得露筋的處理難度增大，經綜合考慮后，決定采用擴大基礎加固法對其進行加固。首先，按照JTG D63－2007中的有關要求，確定出擴大基礎的埋置高程，本工程為14.00 m，符合規范中的最小埋置深度，擴大基礎采用C20混凝土，基礎自重為596 kN，然后進行連接驗算，確定出嵌入深度，并按照該深度要求進行可靠連接。經驗證采用該方法進行加固處理效果良好。

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