現役高速公路橋梁樁基加固實踐

楊麗權

(湖北交投高速公路運營集團有限公司，湖北 武漢 430074)

1 工程應用實例

1.1 工程概況

巴河大橋位于武英高速公路上，中心樁號K85+376，全長726.12 m。上部結構為(2×4×30+3×30+5×30+2×4×30)m預應力混凝土連續T梁橋，橋面組合為50 cm(防撞墻)+1 150 cm(行車道)+75 cm(波形梁護欄)雙幅對稱布置，下部結構采用雙柱式橋墩，肋式橋臺，鉆孔樁基礎。汽車荷載為公路—Ⅰ級；無通航要求。巴河大橋上游5 km范圍內存在大片采石場，每日河沙開挖量較大，巴河大橋自2009年修建完成以后，河床變化較大，橋墩基礎沖刷嚴重。

2016年該大橋構造物技術狀況評定為二類，但全橋墩臺基礎存在沖刷現象，其中L3#、R3#墩基礎、L4#、R4#墩基礎分別沖刷高約2～3 m，其下部結構墩臺基礎評定為三類，評定建議為對沖刷的樁基礎，以砌石或混凝土填補沖空部分，進行加固處理。

1.2 橋墩基礎沖刷長度監測

為確保橋梁安全運行，2017年初對巴河大橋樁基沖刷長度進行監測，在樁基沖刷最大處，底系梁頂部位置設立測量點，測量點均按永久性觀測點標準進行布設。以每排樁基最大沖刷長度為代表值，描繪出成橋至今河床地面線變化圖如圖1所示，可見沖刷后現地面線下降。樁基沖刷長度監測結果如表1所示，橋梁樁基有效樁長進一步降低。樁基最高沖刷長度超過4.5 m，對其承載力進行驗算，3#墩承載力僅富余2.04%，4#墩承載力僅富余3.31%，急需進行橋梁樁基加固。

圖1 巴河大橋河床變化示意圖

表1 巴河大橋沖刷長度一覽表

1.3 加固方案

為提高巴河大橋局部沖刷嚴重的橋墩樁基1承載能力及穩定性，防止樁基主筋進一步銹蝕，做好混凝土缺陷修補，提高樁基混凝土耐久性，針對橋梁下部受采砂影響的河床沖刷嚴重、樁基有效長度減小、混凝土破損、鋼筋銹蝕等病害，結合巴河大橋無通航需求的實際，采取增補樁基的加固方案，同時考慮雙幅橋之間空間問題，采取順橋向增加樁基。主要為：(1)已沖刷樁基主筋存在外漏銹蝕情況采取系梁以下樁基外包15 cm厚鋼筋混凝土加固；(2)在橋墩樁基順橋向兩側各新增一根1.2 m樁，一共增加4根樁基，新增樁基進入微風化片麻巖2.5 d，并澆筑承臺，通過植筋使新老樁有效連接在一起。

1.4 施工要點

(1)施工工藝流程

(2)施工操作要點

①搭設施工平臺

采用鋼管樁施工平臺，平臺牢靠穩定，能承受工作時所有靜、動荷載。平臺的設計與施工按《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041-2000)的有關規定執行。

②埋設護筒

護筒內徑宜比樁徑大200～400 mm。埋設護筒時，嚴格注意平面位置、豎向傾斜和兩節護筒的連接質量均需符合規范要求。沉入時采用壓重法。

③泥漿制備

鉆孔泥漿由水、粘土(膨潤土)和添加劑組成。具有浮懸鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具，增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內外滲流，防止坍孔的作用。調制的鉆孔泥漿及經過循環凈化的泥漿，根據鉆孔方法和地層情況來確定泥漿稠度，泥漿稠度應視地層變化或操作要求機動掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護壁效果差；泥漿太稠會削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進速度。

④鉆孔

為了減少鉆孔施工對原樁的影響，采用回轉鉆削成孔。施工時對好中線及垂直度，并壓好護筒，隨時檢查成孔是否有偏斜現象。鉆孔的順序事先規劃好，既保證下一個樁孔的施工不影響上一個樁孔，又使鉆機的移動距離不要過遠和相互干擾。

⑤清孔

鉆孔的深度、直徑、位置和孔形直接關系到成裝置量與樁身曲直。為此，除了鉆孔過程中密切觀測監督外，在鉆孔達到設計要求深度后，對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設計要求時，立即進行孔底清理，避免隔時過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。

⑥灌注水下混凝土

清完孔之后，就可將預制的鋼筋籠垂直吊放到孔內，定位后要加以固定，然后用導管灌注混凝土，灌注時混凝土不要中斷，否則易出現斷樁現象。

⑦澆筑承臺

按照設計圖紙，首先處理原樁基的新老混凝土結合面，再植筋，綁扎鋼筋網，噴涂界面劑，最后澆筑混凝土。

1.5 質量檢驗

在施工過程中，鉆孔在終孔和清孔后，進行了孔位、孔深檢驗；采用專用儀器測定了孔徑、孔形和傾斜度；并對該維修加固橋梁的混凝土抗壓強度、對其混凝土拌合物坍落度進行檢測，以上均符合設計及規范要求。維修加固完成后，對其基樁采用超聲波透射法進行檢測，其樁身結構完整，檢測剖面的聲速、主頻、波幅、實測樁長滿足規范及設計要求，判定為Ⅰ類樁。

1.6 加固后續健康監測

為進一步觀察加固效果，對該橋于2017年12月、2018年11月及2019年6月進行了連續性健康監測，3#墩樁基有效樁長均達到27 m，4#墩樁基有效樁長均達到30 m，通過三次監測對比，河床有一定程度的抬升，對比顯示無沖刷長度，河床變化趨于平穩，橋墩運行加固情況良好。

2 小 結

橋梁作為高速公路的重要組成部分，自竣工投入使用開始，其承載能力和安全性就隨著環境及行車荷載等長期作用而開始下降，樁基尤其是涉水樁基的安全性又是橋梁安全的重中之中。涉水橋梁樁基在長期水流沖刷作用下，樁基埋置深度不斷減小，導致承載能力以及穩定性出現明顯的降低。同時當樁基外露后，在沖刷和環境介質侵蝕等因素的綜合作用下，病害會出現加速發展的趨勢，相應樁基耐久性也會出現更大程度的降低。因此橋梁運營過程中，應通過對橋梁的定期檢測和健康監測及時發現樁基病害，并實時地進行養護、加固，以保持或提高其承載能力、安全性和耐久性，從橋梁全壽命周期成本來看，及時加固能產生較好的經濟效益和社會效益。同時對于由黃砂開采而引起的嚴重樁基沖刷，也應加強對上游挖沙作業的管控力度，嚴格控制河道內的黃砂開采量和開采區域，以保證橋梁運營安全。本文從橋梁檢測發現病害、健康監測觀察病害發展、結合實際選擇樁基加固方案、開展樁基加固施工、檢驗評定樁基質量和監測加固效果等方面進行了樁基加固工程實例全過程實踐分析，指出實踐應用要點，對今后類似項目橋梁的樁基加固具有一定現實參考價值。