已完工桥梁桩基的加固施工技术

□陈学才 □张全才 □王青峰 □景 佳

（中国水利水电第十一工程局有限公司）

1.工程概况

南水北调中线一期工程安阳段第V施工标段内的西盖村西公路桥，其荷载等级为公路—Ⅱ级，桥梁设计斜度为28°，桥面高程为100.462 m，主桥全长80 m，由4孔20 m跨径的空心板梁组成。副桥位于主桥左侧，为跨越文明道沟的交叉建筑，桥面高程为▽100.462 m，副桥全长40 m，为2孔20 m跨径的空心板梁组成。主、副桥桥面净宽均为4.5 m。

2.桩基加固形成原因

西盖村西公路桥桩基完成后，按安阳段原设计要求，对桩基完整性进行检测，检测结果全部合格。当上部结构将近完工时，安阳建管处要求对安阳段所有桥梁桩基进行动应变检测。该桥单桩设计承载力为1446 kN，单桩极限承载力为2892 kN，检测结果最小单桩竖向极限承载力为1997 kN，达不到规范规定的安全系数要求。经专家组研究，最终认定因设计原因造成了承载力达不到要求。为此安阳建管处要求对该桥所有桩基进行加固处理，加固方案按上部结构施工已完成的情况统一考虑。加固后要求桥台单桩增加承载力600～800 kN，桥墩单桩增加承载力800～1000 kN。

3.桩基加固的施工方法

由于该桥上部结构已经完工，施工场地和净空有限，反复比较了高压旋喷桩法、扩大基础法和锚杆静压桩法三种加固方案，最终确定锚杆静压桩法为首选方案。该法与传统施工方法比较，技术上可行，操作简单，投资少，而且进度快，安全可靠，无噪音和环境污染，具有一定的先进性。

4.工艺原理

锚杆静压桩是将锚杆和静压桩两者技术相结合的一种新方法。首先在原桩基上埋设受力锚杆，在设计位置现浇桩基加固平台，使平台和原桩基形成共同受力的整体。在压桩平台上预留压桩孔，利用液压千斤顶将每节预制桩压入地基中形成一个整体桩。静压桩实质上是挤土桩，预制桩在压入过程中会导致桩周围土的密度增加，使桩基周围的摩擦力增加，并和原桩基形成群桩共同受力，从而控制桥梁沉降，达到增加桩基承载力的目的。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程图

锚杆静压桩施工工艺流程框图见图1。

5.2 场地平整

人工配合小型挖掘机对桥台、桥墩两侧的施工场地进行平整，修筑施工道路，使桩基周围具备施工条件。

5.3 桩位放样

顺桥轴线方向，根据设计图纸，在每根桩基的两侧，使用全站仪放样出每根静压桩的具体位置和具体高程，并打上木桩，同时放出压桩平台的边线和预埋螺栓的精确位置。开挖过程中，还要测量出要开挖的平面位置、标高和边坡坡度等，施工过程中并不断的校核。

5.4 土方开挖

设计要求静力桩压桩平台顶面高程为入土面以下0.5 m。由于土面以下0.5 m为联系粱，与桩基钢筋互相交叉，且钢筋较多，锚杆孔造孔与该钢筋冲突，为此桥墩桩的静力压桩平台顶面高程降低到系梁底部，桥台桩开挖至桩顶以下1 m位置，所有开挖边坡均按1:1控制，见图2。

土方开挖采用小型挖掘机进行粗挖，人工配合精修的方法。开挖出的土方暂存在万金干渠倒虹吸出口附近的临时土场，待加固桩完成后进行回填使用。

图1 锚杆静压桩施工工艺流程框图

图2 桥墩桩加固剖面图

5.5 静压桩锚杆植入

在施工区域开挖完成后，按照设计图纸尺寸，用红色油漆在桩基上标明锚杆位置，采用YT-27手风钻钻孔，孔径φ32，孔深300 mm（15倍钢筋直径），锚杆为Φ20、长度为1.05 m的Ⅱ级螺纹钢筋，采用专用锚固剂锚固，原桩基植入锚杆见图3。

图3 原桩基植入锚杆图

5.6 静力桩预制施工

静力桩为预制钢筋混凝土桩。需要提前进行预制，混凝土强度等级为C40，待达到设计强度后方可进行压桩施工。

施工时，注意每节桩顶预留接桩孔，孔径≥30㎜。桩底接桩钢筋外露300 mm，钢筋为Φ16㎜的Ⅱ级螺纹钢筋，桩内锚固长度≥35d（560㎜）。

预制桩采用高强度灌浆料，其施工工艺为：模板加工→支模→钢筋制安→灌浆料拌制→浇注→养护。

5.6.1 模板加工

按照预制柱设计尺寸，采用10 mm木胶板加工定型木模板。

5.6.2 支模

按照设计尺寸固定模板，要求模板组合无缝隙，尺寸准确。

5.6.3 钢筋制安

根据设计图纸，按照《公路桥涵施工技术规范》加工制作钢筋，并按规范绑扎焊接。

5.6.4 灌浆料拌制

采用CGC-G型灌浆料（加固型），其强度等级>C40。

称量：应根据每次的浇注量计算灌浆料的用量，每次拌和量应保证灌浆料失去自流性能前使用完毕，灌浆料与水的配合比（质量比）为水：灌浆料=0.13:1。

搅拌：现将称好的水加入搅拌桶中，然后逐渐加入灌浆料，边投料边用电动搅拌机搅拌，直至称好的灌浆料全部加完，再持续搅拌3-5 min，使灌浆料完全搅拌均匀，静置1 min备用。

5.6.5 模板湿润

在灌注前4-6 h将模板充分湿润，灌浆料入模前除去模板内的明水。

5.6.6 浇注

将搅拌好的灌浆料均匀倒于模板内，灌浆料具有高流动性能，无需振捣，入模自动找平，按模成型。为便于灌注过程中空气排出，应从模板一侧灌注，不宜同时从几处灌注。灌注开始后，必须连续进行，直至一根静力桩浇筑完成。

5.6.7 养护

灌浆料硬化前，表面用湿草袋或塑料薄膜覆盖进行养护，20℃左右养护3 d，温度较低时养护7 d。低于0℃时，按冬季施工要求，采取冬季施工的措施。

5.6.8 注意事项

静压桩预制时，灌浆料严格按照配合比进行拌制，应从模板的一侧灌入，不得从几处灌注。灌注开始后，必须连续进行，直到一个预制桩浇筑完成。灌浆料硬化前，表面用湿草袋或塑料薄膜覆盖进行养护，养护期不低于7 d。拌制好的灌浆料失去自流性能不可再次加水混合搅拌使用。施工后机具应及时用水清洗干净，以备下次使用。

5.7 静力桩平台施工

静力桩平台为钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C50，按常规方法进行施工,难度是受场地限制，混凝土入仓困难。桥台桩位于桥梁底部，空间很小，采用25 t的汽车吊将混凝土物料吊运至工作面附近后人工入仓。静力桩平台混凝土浇筑时注意按设计位置预留压桩孔、预埋固定支架的底脚螺栓。浇筑完成后，压力平台通过原桩基上的锚杆和原桩基连为整体，共同受力,待静压桩混凝土达到设计强度后即可施工。

5.8 静压桩就位

油泵和压桩千斤顶经过专门检测机构率定合格后，方可进行压桩。首先,将自制的刚性反压力架利用底脚螺栓固定在压桩平台上，使用小型起重机将液压千斤顶固定到位，使千斤顶处于静压桩的垂直轴线上。其次，将预制桩运到压桩孔口放进压桩孔内，使用钢垫板将预制桩固定，调整其垂直度，使之达到规范要求，等待压桩。

5.9 静力桩压入

压桩前应对预制桩的外观、尺寸进行检查,并进行抗裂性检验。施工现场着重检查混凝土抗压强度能否达到设计要求，预制桩是否有裂缝、端部平面是否倾斜、外径壁厚、桩身弯曲是否符合规范要求。

静力桩截面积为200 mm×200 mm，长度按1～1.5 m分节制桩，第一节入土桩前端制成尖形，节与节间采用建筑结构胶对接。单根桩长度10～15 m，桥台单桩设计承载力特征值为300～400 kN，桥墩单桩设计承载力特征值为400～500 KN，施工时，桩压力按设计承载力的2倍压力控制。待静力桩、静力压桩承压平台均达到设计强度后，方可进行压桩施工。静力桩压入采用固定支架、YCK-1500型油压千斤顶下压方法施工,油压千斤顶联接压力表，观测压力。压桩过程中使用全站仪进行监测。须注意第一节桩桩尖导向必须垂直，压桩过程中时刻注意观测，使桩身达到垂直度要求。

施工时，当一节桩压至预定高度时，在桩顶预留接桩孔内填入CJ-Ⅰ型建筑结构胶，将下一节桩预留钢筋头对准插入接桩孔。结构胶用量以两节桩压紧后胶从节间缝挤出为宜,接桩后立即采用专用加热器对桩加热，使结构胶尽快固化，满足设计要求强度后，再施压。当一节桩压到其桩顶离地面50 cm时，开始入下节桩，要求在原桩基两侧对称同时压入静力桩。

刚性反力架主体使用两根32#槽钢，每根高度为3 m，沿高度方向每隔250 mm焊接U型槽，要求用10 mm厚的钢板焊制。槽钢底脚使用10 mm厚的钢板，并预留螺栓孔。两根槽钢顶部使用两根8#槽钢连接，使成为一体。要求整个钢架必须垂直，坚固可靠。刚性反力结构见图4。

图4 刚性反力架结构图

钢垫板要求用外径φ180 mm、壁厚6.0 mm的钢管,两端焊接10 mm厚的钢板，钢板表面必须平整。由于千斤顶与预制柱之间的距离不定，要求每节钢垫板长度为200 mm、300 mm、400 mm不等，从而使钢垫板紧密贴实在千斤顶和预制柱之间。

压桩过程中，在从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度，当桩身垂直度偏差<0.5%时方可正式压桩,以此类推，逐节压桩至设计压力和要求深度。施工时密切观测基础沉降情况，发现异常情况立即停止施工，分析原因后采取更为可靠的措施加固。接桩后用加热器对桩加热，满足设计强度后再压入下节桩。压桩过程碰到硬土层,不能用力过猛,预制桩抗弯能力不强往往容易折断。压桩以最后一节预制桩的压力为主，必须达到设计极限承载力的2倍以上，以桩长控制为辅。

5.10 静压桩封顶

在桩端达到设计压桩力和设计深度，经监理验收合格后，即可卸载千斤顶，拆除压桩架，焊接钢筋网片，清除压桩孔内杂物、积水及浮浆，然后在压桩孔内浇筑C50微膨胀早强混凝土，使静压桩和原桩基连成整体共同受力，从而达到控制桥梁沉降的目的。

5.11 土方填筑

由于该区域桥台桩地处桥梁下部，桥墩桩地处主渠道渠底和边坡上，大型填筑机械无法到位，土方回填只能采取人工分层铺填，层厚≤20㎝，人工找平后使用电动夯夯实到规定的压实度。

6.结语

静压法通常适用于高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层，当桩须贯穿有一定厚度的砂性土夹层时，必须根据桩机的压桩力与终压力及土层的形状、厚度、密度、上下土层的力学指标、桩型、桩的构造、强度、桩截面规格大小与布桩形式、地下水位高低以及终压前的稳压时间与稳压次数等综合考虑其适用性。静压桩也适用于覆土层不厚的岩溶地区。

该技术可适用于桥梁上部结构已完工或竣工后，桥梁墩台基桩承载力不足的加固处理。方法简单、投资少、进度快、安全可靠，可供同类工程参考借鉴。