錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計中的應(yīng)用探討

侯銳

（中交二公局萌興工程有限公司，西安710119）

錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計中的應(yīng)用探討

侯銳

（中交二公局萌興工程有限公司，西安710119）

現(xiàn)階段，錨桿靜壓樁技術(shù)因具備可靠性、經(jīng)濟性、簡便性、安全性等優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于橋梁加固工程中。結(jié)合工程實例探討了錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固工程設(shè)計方面的具體應(yīng)用，并闡述了錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固施工設(shè)計中的要點、工藝要求等方面的內(nèi)容。

錨桿靜壓樁；橋梁加固；設(shè)計應(yīng)用；工程實例

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.035

1 引言

現(xiàn)階段，我國部分舊橋、危橋已經(jīng)無法滿足正常通行的需要，若不加以整治，極易造成嚴重的安全事故。對于舊橋、危橋的整治通常有徹底拆除重建和基礎(chǔ)加固補強2種方式。

2 橋梁樁基礎(chǔ)常見問題及處理方案

橋梁樁基礎(chǔ)受地質(zhì)特征、周邊環(huán)境、自然因素、施工工藝（邊坡支護、基坑開挖、混凝土澆筑）、通行量等各方面綜合因素的影響，橋梁樁基礎(chǔ)會出現(xiàn)裂縫、傾斜、斷裂、偏移、坍塌或長度偏低、強度不足等安全隱患。

橋梁樁基礎(chǔ)出現(xiàn)問題時，需要綜合分析各方面因素，判斷單樁是否滿足安全使用條件，若無法保證使用的安全性和可靠性，則必須對樁基進行托換或者加固處理。若橋梁樁基礎(chǔ)較淺位置出現(xiàn)問題或者只存在輕微缺陷，可采用先開挖截樁，再進行接樁的加固方式，或者采用水泥漿高壓注射的方式對缺陷部位進行強化加固。若是橋梁樁基礎(chǔ)底部位置出現(xiàn)問題或者存在嚴重的缺陷，常用處理方案主要有以下3類。

方案1：徹底拆除后重建。此方案的優(yōu)點在于能夠徹底解決橋梁基礎(chǔ)問題，同時能夠根據(jù)當前的荷載要求及標準進行重新設(shè)計建造。但此方案成本高、工期長，重建過程必然會對周邊交通造成較大影響。

方案2：利用鉆孔灌注樁技術(shù)提高橋梁樁基礎(chǔ)的承載力，達到加固目的。此方案工藝較為成熟完善、適用范圍廣、可靠性較高，但成樁質(zhì)量控制難度較大、施工速度較慢、工期較長、對施工場地要求高、會造成一定的污染。

方案3：采用錨桿靜壓樁技術(shù)對橋梁樁基礎(chǔ)進行加固。該方案工藝簡單、成本低、工期短、設(shè)計方便、可靠性較高。但相較于灌注樁，單樁的承載力偏弱。

現(xiàn)階段而言，錨桿靜壓樁技術(shù)在經(jīng)濟效益和社會效益方面具有較大優(yōu)勢，是最為常用的橋梁加固施工方案。

3 錨桿靜壓樁技術(shù)原理及設(shè)計規(guī)則

3.1 加固條件

針對橋梁樁基礎(chǔ)采用錨桿靜壓樁技術(shù)進行加固，通常是由于橋梁的墩臺基礎(chǔ)在設(shè)計過程中或在實際施工過程中存在著一些缺陷，導致地基實際承載力的估值存在偏差，使得地基承載力偏弱無法滿足正常通行要求，造成基礎(chǔ)非允許性的下沉、偏移、裂縫等問題。此外，由于橋梁實際通行需求的改變，造成基礎(chǔ)承載力無法適應(yīng)當前需求，也可以采用錨桿靜壓樁技術(shù)進行加固。

3.2 加固方法

通常情況下，將靜壓樁設(shè)置于橋梁原基礎(chǔ)樁的底板下，使二者連接成為一個共同受力的整體，以此達到提高基礎(chǔ)承載力的目的，實現(xiàn)橋梁樁基礎(chǔ)的加固要求。

3.3 技術(shù)原理

橋梁墩臺在采用錨桿靜壓樁技術(shù)進行加固施工過程中，原來的地基基礎(chǔ)承擔了所有來自橋梁施加的重量，這保證了施工的效率與安全，同時橋梁的正常通行能力幾乎不受影響。靜壓樁在最初是基本不受力的，只有當橋梁荷載增加時，承載力才會發(fā)生轉(zhuǎn)移。具體而言，橋梁基礎(chǔ)在完成錨桿靜壓樁加固后，會呈現(xiàn)出的特征包括：（1）橋梁原地基與靜壓樁共同受力；（2）靜壓樁的形變模量會遠大于原地基的變形模量；（3）靜壓樁的受力時間與原地基受力時間不同步，通常當原地基的承載力在接近或超出極限范圍后，靜壓樁才會開始受力。

3.4 錨桿靜壓樁的設(shè)計

3.4.1 單樁豎向極限承載力標準值

與其他各種樁基相同，錨桿靜壓樁被壓入地基后，單樁豎向承載力是由樁體周邊與樁端平面處以及土體摩擦所容許的承載力組成[1]。因此靜壓樁單樁的豎向極限承載力標準值可按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)，根據(jù)樁長和地基土質(zhì)特性進行設(shè)計。

式中，QuK為單樁豎向極限承載力標準值；u為靜壓樁身周長；qsik為靜壓樁極限側(cè)阻力標準值（樁側(cè)第i層土）；li為靜壓樁穿越第i層土的厚度；qpk為靜壓樁極限端的標準阻力值；Ap為靜壓樁的樁端面積。

3.4.2 壓樁力

靜壓樁的壓樁力設(shè)計根據(jù)《錨桿靜壓樁技術(shù)規(guī)程》(YBJ227—91)可表示為：

式中，Pp為靜壓樁設(shè)計的最終壓樁力，kN；Kp為壓樁力系數(shù)，該系數(shù)與地基土土質(zhì)特性、樁體材料、壓樁速率以及樁頂端截面形狀等因素相關(guān)。在確定壓樁力系統(tǒng)的試驗中，通常情況填土或黃土取210，黏土取115。

3.4.3 設(shè)計規(guī)則

橋梁基礎(chǔ)加固中使用錨桿靜壓樁技術(shù)，在設(shè)計過程中必須對橋梁的實際情況、原基礎(chǔ)的具體狀態(tài)及承受能力進行分析。還要對硬層或者基巖的深度采用地質(zhì)鉆探的方式進行確認，并對各土層土質(zhì)的力學特性進行分析。在設(shè)計過程中必須重視橋梁原基礎(chǔ)與靜壓樁的連接設(shè)計，必須確保新舊基礎(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)共同受力，使二者能夠成為一個有機的整體，達到加固的目的。

4 錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計中的具體應(yīng)用

4.1 工程實例

某市有新舊兩幅六跨簡支梁橋，新橋上部為混凝土簡支T梁結(jié)構(gòu)，舊橋上部為混凝土簡支助板梁結(jié)構(gòu)，橋總長為96m，跨徑布置為6×16m。新橋建于河流下游，舊橋建于河流的上游。在進行新、舊加固工程施工時，根據(jù)設(shè)計要求對現(xiàn)場進行圍堰抽水施工作業(yè)時發(fā)現(xiàn)經(jīng)河水沖刷后舊橋基礎(chǔ)損壞程度嚴重，橋梁基礎(chǔ)的底面幾乎完全脫空于河床。經(jīng)由多位技術(shù)專家的共同討論，在對比各項方案后，最終決定采用錨桿靜壓樁方案對舊橋基礎(chǔ)進行加固處理。

4.2 方案設(shè)計

根據(jù)實地考察將加固方案設(shè)計為：利用靜壓樁圓形承臺將橋梁原系梁、基礎(chǔ)連接為一個整體，實現(xiàn)原基礎(chǔ)與靜壓樁的共同受力，使樁基整體承載力得到提高，以滿足極限承載力設(shè)計要求。承臺形狀設(shè)計為圓形，承臺厚度為1.5m，直徑為4.3m，將4根300mm×300mm方樁靜壓在每個基樁的周圍，樁長設(shè)計為22m。樁尖設(shè)置于靜壓樁單樁的首節(jié)，利用鋼帽連接節(jié)間，在預(yù)制方樁時，對鋼板鋼帽進行預(yù)埋。

4.3 施工裝置

錨桿靜壓樁施工裝置設(shè)計如圖1所示。

圖1 錨桿靜壓樁裝置設(shè)計

4.4 工藝流程

定位→錨桿孔及樁位開鑿→制作加固錨桿及埋設(shè)→保護與養(yǎng)護錨桿及樁位孔→壓樁反力架安裝作業(yè)→校正、就位第一節(jié)樁→壓樁作業(yè)→記錄壓力值及深度→校正、就位下節(jié)樁→焊接或使用膠泥硫磺接樁→繼續(xù)壓樁至滿足設(shè)計要求為止→驗收最終壓樁力及壓樁深度→進行壓樁反力架拆除作業(yè)→樁頭切割作業(yè)→清空作業(yè)（微膨脹早強混凝土配制）→完成封樁作業(yè)。

4.5 施工步驟

根據(jù)鉆探報告資料分析并掌握壓樁施工現(xiàn)場的土質(zhì)力學特性，以及壓樁阻力特性，準備施工所需材料、機械、電力設(shè)備，做好施工現(xiàn)場的清理，保證施工環(huán)境整潔、有序。根據(jù)設(shè)計圖紙進行各節(jié)錨桿樁的預(yù)制，確保錨桿孔定位的準確性。清理平整將要加固施工位置的土層，按照設(shè)計要求進行鋼筋混凝土平臺的現(xiàn)澆施工，注意在平臺上樁體孔位的預(yù)留位置，然后將壓樁設(shè)備各固定件進行預(yù)埋。在壓樁施工過程中，每根樁的壓力值必須由梁柱內(nèi)所裝的壓力表清晰、準確地反映。完成靜壓樁施工后，打碎樁頭的混凝土，使鋼筋露出，然后再進行承臺的澆筑作業(yè)，并將基礎(chǔ)錨固與承臺進行連接。

4.6 施工重難點

1）舊橋墩與新增承臺之間的連接需通過植筋的方式實現(xiàn)，植筋的類型可分為3類：（1）采用φ16抗剪鋼筋的淺植，植筋深度為10d；（2）采用φ25承臺面筋單端植筋，植筋深度為30d；（3）采用φ28承臺底筋貫穿橋梁原墩身。

在進行植筋施工過程中，必須嚴格按照設(shè)計要求和工序進行操作，由于植筋的數(shù)量在原墩身和新增承臺的接觸面較多，尤其是對于貫穿原墩身的新增承臺底筋，在施工時應(yīng)最大限度地避免削弱墩身截面，最好分批間隔地進行植筋作業(yè)。貫穿原墩身的底筋可分為4個批次進行，每批次作業(yè)的3根鋼筋植入應(yīng)相隔一段時間，下一批次的植筋鉆孔必須在墩身恢復(fù)一定強度后再進行，以防止在過短的時間內(nèi)對橋墩結(jié)構(gòu)造成反復(fù)破壞。

2）由于舊橋河床被沖刷情況較為嚴重，基礎(chǔ)周邊的河床有大量的泥砂、石塊、淤泥，在加大承臺模板的支撐時，河床面無法滿足承載設(shè)計的要求。

在對施工現(xiàn)場進行考察后，決定更改原設(shè)計中先進行壓樁作業(yè)再采用混凝土澆灌承臺以下的施工順序，提出先將混凝土連續(xù)墻澆搗于承臺設(shè)計范圍尺寸內(nèi)，同時為保證之后壓樁施工的正常進行，在澆搗時預(yù)留一定的間距。然后以混凝土連續(xù)墻為模板，滿足承臺加大時的支撐需要。采用這一施工方法，能夠有效解決河床面無法滿足承臺支撐設(shè)計要求的情況，無須進行額外的模板底層支撐作業(yè)，不僅使施工程序得到簡化，而且降低了成本，縮短了工期。

3）鉆探資料顯示，該舊橋基礎(chǔ)所處地層的土壤性質(zhì)為砂質(zhì)黏性土、圓砂及礫砂，且都有卵石夾雜其中。為保證靜壓樁壓入深度符合設(shè)計要求，同時降低壓樁作業(yè)時壓入的難度，將之前設(shè)計中使用的300mm×300mm的方樁改為250mm×250mm，單樁豎向抗壓承載力特征值設(shè)計為400kN，終壓值800kN。同時要求在實際施工過程中徹底清除基礎(chǔ)周圍的卵石、硬石，最大限度降低壓樁作業(yè)的難度。為降低壓樁時所受阻力，將錐形壓樁頭安裝于樁尖，在進行壓樁時確保施工的連續(xù)性，若遇到必須停工的意外事件，處理后應(yīng)在第一時間恢復(fù)施工。在壓樁施工過程中，相關(guān)施工人員應(yīng)隨時檢查樁尖與夾砂層是否發(fā)生接觸，同時保持對油壓表壓樁阻力變化的監(jiān)測。若阻力突然增大甚至超出壓樁裝置能力極限，則應(yīng)在可控范圍內(nèi)將壓樁力適當加大，以增大樁體穿越砂層的概率。

5 結(jié)語

錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計中的應(yīng)用，需要符合設(shè)計規(guī)范和要求，結(jié)合工程實際施工條件和施工環(huán)境，在保證施工質(zhì)量的前提下，最大限度簡化施工、縮短工期、降低成本，實現(xiàn)橋梁的加固目標，達到加固效果。

【1】周必群.錨桿靜壓樁技術(shù)在橋梁加固設(shè)計中的應(yīng)用探討[J].北方交通，2016(7):43-45.

Discussion on Application of Anchor Jacked Pile Technology in the Bridge Reinforcement Design

HOU Rui
(CCCC Second Highway Engineering Mengxing Co.Ltd.,Xi'an710119,China)

At present,the anchor jacked pile technology has been widely used in bridge reinforcement projects because of the advantages of reliability, economy,simplicity,safety and so on.Combined with engineering examples,this paper discusses the specific application of anchor jacked pile technology in bridge reinforcement engineering design,and expounds the main points and technical requirements of the anchor jacked pile technology in bridge reinforcement construction design.

anchor jacked pile;bridge reinforcement;design and application;engineering example

TU473

B

1007-9467（2016）08-0068-02

2016-08-11

侯銳（1985～），男，陜西咸陽人，工程師，從事橋梁工程研究。