木桩基础加固方案及效果分析

陶茂杏，张 勇

(1.南昌铁路局 鹰潭工务机械段，江西 鹰潭 335000;2.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概况

峰福线大目溪大桥处于大目溪支流与闽江干流交汇口处，下游约100 m即为闽江，桥跨布置第1孔为16 m钢筋混凝土 Π梁，第2孔 ～5孔为4孔24 m上承简支钢板梁。0#桥台为扩大基础，落在基岩上，地质为流纹岩粒状带。1#墩为木桩基础，共打入φ26 cm×7 m木桩88根，桩打入流纹岩粒状带;2#墩为高桩承台，共打入φ28 cm×11 m垂直木桩24根，φ30 cm×18 m纵向斜桩内排16根，外排20根，φ30 cm×18 m横向斜桩10根，桩打入细砂层(共46根);3#墩为木桩基础，打入φ26 cm×14.5 m木桩108根，桩打入中砂层，4#墩及5#桥台采用钻孔桩基础。该桥于1956年 ～1957年由铁道兵8511部队修建。

该桥自1957年建成以来，由于河床冲刷，1#墩、2#墩和3#墩基础防护片石出现冲失现象，导致木桩露出河床面处于干湿交替状态，养护单位对桥墩基础采用抛填片石进行防护。2005年，“龙王”号台风后，2#墩周围片石大部分被冲走，局部可见木桩外露，1#墩、3#墩临河岸坡局部溜塌。为了保证桥梁安全，业主单位对1#墩～3#墩病害进行了整治，主要措施为:①对2#桥墩承台下既有抛填片石及孔隙进行注浆加固，再将承台面积扩大并加厚(将原承台加厚0.5 m，将原承台由6.2 m×8.9 m加宽为11.2 m×13.9 m)，承台四周设两排φ130 mm钻孔微型桩，桩间距为0.5 m，通过微型桩钻孔注浆加固土体，形成防冲刷帷幕，同时对承台基础进行加固;② 对1#墩、3#桥墩临河侧采用微型桩+注浆形成防冲刷帷幕，结合浆砌片石对坡岸进行防护。

2008年维护单位进行检查时发现，随着河床冲刷的加剧，2005年维修加固采用的微型桩防冲刷帷幕并未对木桩起到防护作用，2#墩的木桩基础仍处于干湿交替的状态，桥梁存在较大的安全隐患，采取彻底有效的措施对2#桥墩的木桩基础进行加固处理已迫在眉睫。

2 2#桥墩基础病害原因分析

根据现场踏勘，查阅历年维修加固资料，大目溪大桥2#桥墩基础病害产生的原因如下:

1)桥址下游100 m即为闽江干流，闽江河道常年挖沙，导致干流河床逐年下降，加大了与大目溪支流河床间的高差，由于水流对河床土粒的搬运作用，最终导致大目溪支流河床随之下降，根据测量结果，现在桥址处河床较1958年下降1.658 m。

2)桥址处于河道弯道段，在水流作用下，凹岸(右岸)有着自然蚀退的趋势，而凸岸(左岸)有着积砂淤长的趋势，加上桥位距主干流交汇口距离较近，桥址处河段演变存在不稳定的因素。该桥自建成以来桥墩长期遭受冲刷，已经证实了这一点。

3)闽江干流上游水口电站建成蓄水后，闽江主河道水位下降，由于没有闽江水顶托，大目溪上游暴雨后下泄水流对2#墩冲刷更加严重，枯水季节2#墩承台底已露出水面。

4)2005年维修加固施工，将2#墩木桩周围增设微型桩，并将原承台加高0.5 m，原承台平面尺寸为6.2 m×8.9 m，加宽后为11.2 m×13.9 m，加固后虽然增加了承台对水流的抗冲刷能力，但尺寸加大后压缩了过水断面，增加了河流的流速，加重了河流对河床的冲刷。

综合以上分析，大目溪大桥桥址位于河流弯道及交汇口处是桥墩基础长期遭受冲刷破坏的内因;而河道下游人为挖沙活动加剧了河床的不稳定，闽江干流水位下降以及压缩过水断面致使大目溪水流流速加快，这三者对桥墩基础冲刷起促进作用。

3 加固方案

由于上述因素的影响，2#墩位置河床冲刷线无法稳定，采用防护措施对木桩基础进行保护难以奏效，因此采用桩基托换的方法对木桩基础病害进行处治。微型钢管桩作为近年采用的新托换桩型，由于直径小，施工机械设备简单，较适用于已有建(构)筑物地基的加固处理。此外，钢管本身具有较大的刚度和抗剪强度，易于加工，可焊接，桩长易调节，操作简便，质量可靠，适宜不同的空间，如果管内再充填砂浆或水泥结石体则其性能更好。鉴于此，大目溪大桥2#桥墩基础采用微型钢管桩对木桩基础进行托换。

由于2005年加固时扩大的承台与原基础承台连接较弱，因此，本次加固的微型钢管桩均在原承台体进行布置，见图1。根据计算，2#墩共需布置56根微型钢管桩。钢管桩设计成孔直径为 φ219 mm，桩长21.5 m，钢管直径 φ=146 mm，壁厚8 mm，采用Q235材质。桩身注浆材料采用42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比0.45～0.50，浆体强度为 M30，注浆压力控制在0.25～1.00 MPa。

图1 微型钢管桩平面布置(单位:cm)

4 施工工艺

1)放线定点:按照布设的钻孔位置，用测量仪器在现场准确放线定位。

2)钻机就位:根据设计桩位图，将钻机就位安装，应做到正、平、稳、固的要求，完成后应进行调试，孔位偏差应控制在20 mm内，钻孔垂直度误差≤1%。

3)承台底空洞充填注浆:首先在承台四周做好围堰，形成密封空间，在承台顶面适当位置钻孔穿过承台进入空洞区，钻孔孔径100 mm，从孔内注入砂浆将空洞填实，砂浆配合比(重量比)为水泥∶砂 =1∶1，注浆时可将振动棒伸入孔中振捣，以提高注浆效果。在承台底空洞充填注浆体达到70%强度后，再进行下一步钻孔施工。

4)卵石层钻孔固结注浆:采用孔径130 mm，钻孔至卵石层一定深度，拔出钻杆，向孔内放入 φ89钢花管对卵石层进行注浆，花管前端1 m范围内在管壁设φ10的出浆花孔，出浆孔间距100 mm，梅花形布置，钻孔孔口塞紧密封，对该卵石层进行压力注浆，注浆压力宜为0.5～1.0 MPa，使浆液在钻孔周围卵石层扩散、充填、固结，在进行较大孔径钻孔时易于成孔，不易塌孔。由于卵石层深度不同，当一次钻孔不能达到设计深度时，可分次钻孔、注浆。在固结注浆达到水泥浆结石体强度75%后，可进行正式微型桩钻孔注浆施工。

5)微型桩钢管加工:微型桩钢管采用φ146 mm钢管加工，钢管在底部1～2 m范围段管壁钻φ10@200 mm出浆孔，两侧对称梅花形布置，出浆孔用台钻钻孔，不得用电焊烧孔，以免损伤钢管强度。

6)微型桩钻孔:钻孔孔径 φ219 mm，采用套管跟管钻进，钻孔至设计深度，用清水对钻孔内泥浆进行清洗，清孔时观察泥浆溢出情况，控制供水压力大小，直至孔口溢出清水为止;保证孔底无沉渣或沉渣厚度小于50 mm。将设计微型桩φ146 mm钢管从φ219 mm套管内放入。放至孔底后需采用吊锤锤击，确保钢管到达孔底。微型桩钢管及套管接头均采用地质丝扣连接。

7)注浆:向钢管内插入注浆管，注浆管前端伸入至孔底，使浆液从孔底向孔口反向灌注，注浆压力宜为0.25～1.00 MPa，采用42.5R普通硅酸盐水泥配制纯水泥浆液，水灰比0.45～0.50。应采用 BW-150型注浆泵，注浆必须保证钻孔内浆液灌满。

8)桩顶锚固:微型钢管桩注浆完成后，凿除桩顶原承台顶面增厚的50 cm混凝土，按图纸要求锚固钢管桩，使墩柱上荷载能传递至桩上。钢管桩与原设计承台采用植筋连接，施工时凿出原承台顶面，并在原承台顶面植筋，承台植筋与桩顶钢板焊接，保证钢管桩可靠地传力锚固。最后采用C30混凝土封闭钢管桩顶面。

5 加固效果

2010年4月和10月，检测单位两次对加固后的2#桥墩进行了检测，检测结果表明，利用余振法测量的桥墩横向自振频率均为4.0～5.6 Hz，大于《铁路桥梁检定规范》对该墩自振频率为2.76 Hz的要求。此外，从两次检测的时间来看，2#桥墩加固后经历了一次汛期洪水的冲刷作用，但两次检测桥墩横向自振频率变化不明显，这说明微型钢管桩对短期内的局部冲刷不敏感，达到了最终托换原木桩基础的目的。

6 结语

本桥加固采用的微型钢管桩均布置在原桥墩承台范围内，传力直接，受力明确，且微型桩内钢管有水泥浆作为保护层(套管跟管钻进注浆)，其耐久性可以得到保证，采用此方案托换原有木桩基础后，基础将不再受河床冲刷的困扰(承台底采用填充注浆后形成了扩大基础与微型桩的复合基础)，原木桩基础可作为安全储备参与受力。2#桥墩加固后对提高桥墩基础刚度、减小桥墩振幅效果明显，满足了列车安全运行的要求。

［1］叶序伟.木桩的设计及应用［J］.西部探矿工程，2001(4):20-21.

［2］田再修.磨子河桥木桩基础加固简介［J］.公路，1985(3):21-22.

［3］赵成江.注浆法在加固铁路桥梁木桩基础中的应用［J］.铁道建筑，2004(9):10-11.