锚杆静压桩技术在桥梁加固设计中的应用探讨

侯锐

（中交二公局萌兴工程有限公司，西安710119）

锚杆静压桩技术在桥梁加固设计中的应用探讨

侯锐

（中交二公局萌兴工程有限公司，西安710119）

现阶段，锚杆静压桩技术因具备可靠性、经济性、简便性、安全性等优势，被广泛地应用于桥梁加固工程中。结合工程实例探讨了锚杆静压桩技术在桥梁加固工程设计方面的具体应用，并阐述了锚杆静压桩技术在桥梁加固施工设计中的要点、工艺要求等方面的内容。

锚杆静压桩；桥梁加固；设计应用；工程实例

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

1 引言

现阶段，我国部分旧桥、危桥已经无法满足正常通行的需要，若不加以整治，极易造成严重的安全事故。对于旧桥、危桥的整治通常有彻底拆除重建和基础加固补强2种方式。

2 桥梁桩基础常见问题及处理方案

桥梁桩基础受地质特征、周边环境、自然因素、施工工艺（边坡支护、基坑开挖、混凝土浇筑）、通行量等各方面综合因素的影响，桥梁桩基础会出现裂缝、倾斜、断裂、偏移、坍塌或长度偏低、强度不足等安全隐患。

桥梁桩基础出现问题时，需要综合分析各方面因素，判断单桩是否满足安全使用条件，若无法保证使用的安全性和可靠性，则必须对桩基进行托换或者加固处理。若桥梁桩基础较浅位置出现问题或者只存在轻微缺陷，可采用先开挖截桩，再进行接桩的加固方式，或者采用水泥浆高压注射的方式对缺陷部位进行强化加固。若是桥梁桩基础底部位置出现问题或者存在严重的缺陷，常用处理方案主要有以下3类。

方案1：彻底拆除后重建。此方案的优点在于能够彻底解决桥梁基础问题，同时能够根据当前的荷载要求及标准进行重新设计建造。但此方案成本高、工期长，重建过程必然会对周边交通造成较大影响。

方案2：利用钻孔灌注桩技术提高桥梁桩基础的承载力，达到加固目的。此方案工艺较为成熟完善、适用范围广、可靠性较高，但成桩质量控制难度较大、施工速度较慢、工期较长、对施工场地要求高、会造成一定的污染。

方案3：采用锚杆静压桩技术对桥梁桩基础进行加固。该方案工艺简单、成本低、工期短、设计方便、可靠性较高。但相较于灌注桩，单桩的承载力偏弱。

现阶段而言，锚杆静压桩技术在经济效益和社会效益方面具有较大优势，是最为常用的桥梁加固施工方案。

3 锚杆静压桩技术原理及设计规则

3.1 加固条件

针对桥梁桩基础采用锚杆静压桩技术进行加固，通常是由于桥梁的墩台基础在设计过程中或在实际施工过程中存在着一些缺陷，导致地基实际承载力的估值存在偏差，使得地基承载力偏弱无法满足正常通行要求，造成基础非允许性的下沉、偏移、裂缝等问题。此外，由于桥梁实际通行需求的改变，造成基础承载力无法适应当前需求，也可以采用锚杆静压桩技术进行加固。

3.2 加固方法

通常情况下，将静压桩设置于桥梁原基础桩的底板下，使二者连接成为一个共同受力的整体，以此达到提高基础承载力的目的，实现桥梁桩基础的加固要求。

3.3 技术原理

桥梁墩台在采用锚杆静压桩技术进行加固施工过程中，原来的地基基础承担了所有来自桥梁施加的重量，这保证了施工的效率与安全，同时桥梁的正常通行能力几乎不受影响。静压桩在最初是基本不受力的，只有当桥梁荷载增加时，承载力才会发生转移。具体而言，桥梁基础在完成锚杆静压桩加固后，会呈现出的特征包括：（1）桥梁原地基与静压桩共同受力；（2）静压桩的形变模量会远大于原地基的变形模量；（3）静压桩的受力时间与原地基受力时间不同步，通常当原地基的承载力在接近或超出极限范围后，静压桩才会开始受力。

3.4 锚杆静压桩的设计

3.4.1 单桩竖向极限承载力标准值

与其他各种桩基相同，锚杆静压桩被压入地基后，单桩竖向承载力是由桩体周边与桩端平面处以及土体摩擦所容许的承载力组成[1]。因此静压桩单桩的竖向极限承载力标准值可按照《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)，根据桩长和地基土质特性进行设计。

式中，QuK为单桩竖向极限承载力标准值；u为静压桩身周长；qsik为静压桩极限侧阻力标准值（桩侧第i层土）；li为静压桩穿越第i层土的厚度；qpk为静压桩极限端的标准阻力值；Ap为静压桩的桩端面积。

3.4.2 压桩力

静压桩的压桩力设计根据《锚杆静压桩技术规程》(YBJ227—91)可表示为：

式中，Pp为静压桩设计的最终压桩力，kN；Kp为压桩力系数，该系数与地基土土质特性、桩体材料、压桩速率以及桩顶端截面形状等因素相关。在确定压桩力系统的试验中，通常情况填土或黄土取210，黏土取115。

3.4.3 设计规则

桥梁基础加固中使用锚杆静压桩技术，在设计过程中必须对桥梁的实际情况、原基础的具体状态及承受能力进行分析。还要对硬层或者基岩的深度采用地质钻探的方式进行确认，并对各土层土质的力学特性进行分析。在设计过程中必须重视桥梁原基础与静压桩的连接设计，必须确保新旧基础能够实现共同受力，使二者能够成为一个有机的整体，达到加固的目的。

4 锚杆静压桩技术在桥梁加固设计中的具体应用

4.1 工程实例

某市有新旧两幅六跨简支梁桥，新桥上部为混凝土简支T梁结构，旧桥上部为混凝土简支助板梁结构，桥总长为96m，跨径布置为6×16m。新桥建于河流下游，旧桥建于河流的上游。在进行新、旧加固工程施工时，根据设计要求对现场进行围堰抽水施工作业时发现经河水冲刷后旧桥基础损坏程度严重，桥梁基础的底面几乎完全脱空于河床。经由多位技术专家的共同讨论，在对比各项方案后，最终决定采用锚杆静压桩方案对旧桥基础进行加固处理。

4.2 方案设计

根据实地考察将加固方案设计为：利用静压桩圆形承台将桥梁原系梁、基础连接为一个整体，实现原基础与静压桩的共同受力，使桩基整体承载力得到提高，以满足极限承载力设计要求。承台形状设计为圆形，承台厚度为1.5m，直径为4.3m，将4根300mm×300mm方桩静压在每个基桩的周围，桩长设计为22m。桩尖设置于静压桩单桩的首节，利用钢帽连接节间，在预制方桩时，对钢板钢帽进行预埋。

4.3 施工装置

锚杆静压桩施工装置设计如图1所示。

图1 锚杆静压桩装置设计

4.4 工艺流程

定位→锚杆孔及桩位开凿→制作加固锚杆及埋设→保护与养护锚杆及桩位孔→压桩反力架安装作业→校正、就位第一节桩→压桩作业→记录压力值及深度→校正、就位下节桩→焊接或使用胶泥硫磺接桩→继续压桩至满足设计要求为止→验收最终压桩力及压桩深度→进行压桩反力架拆除作业→桩头切割作业→清空作业（微膨胀早强混凝土配制）→完成封桩作业。

4.5 施工步骤

根据钻探报告资料分析并掌握压桩施工现场的土质力学特性，以及压桩阻力特性，准备施工所需材料、机械、电力设备，做好施工现场的清理，保证施工环境整洁、有序。根据设计图纸进行各节锚杆桩的预制，确保锚杆孔定位的准确性。清理平整将要加固施工位置的土层，按照设计要求进行钢筋混凝土平台的现浇施工，注意在平台上桩体孔位的预留位置，然后将压桩设备各固定件进行预埋。在压桩施工过程中，每根桩的压力值必须由梁柱内所装的压力表清晰、准确地反映。完成静压桩施工后，打碎桩头的混凝土，使钢筋露出，然后再进行承台的浇筑作业，并将基础锚固与承台进行连接。

4.6 施工重难点

1）旧桥墩与新增承台之间的连接需通过植筋的方式实现，植筋的类型可分为3类：（1）采用φ16抗剪钢筋的浅植，植筋深度为10d；（2）采用φ25承台面筋单端植筋，植筋深度为30d；（3）采用φ28承台底筋贯穿桥梁原墩身。

在进行植筋施工过程中，必须严格按照设计要求和工序进行操作，由于植筋的数量在原墩身和新增承台的接触面较多，尤其是对于贯穿原墩身的新增承台底筋，在施工时应最大限度地避免削弱墩身截面，最好分批间隔地进行植筋作业。贯穿原墩身的底筋可分为4个批次进行，每批次作业的3根钢筋植入应相隔一段时间，下一批次的植筋钻孔必须在墩身恢复一定强度后再进行，以防止在过短的时间内对桥墩结构造成反复破坏。

2）由于旧桥河床被冲刷情况较为严重，基础周边的河床有大量的泥砂、石块、淤泥，在加大承台模板的支撑时，河床面无法满足承载设计的要求。

在对施工现场进行考察后，决定更改原设计中先进行压桩作业再采用混凝土浇灌承台以下的施工顺序，提出先将混凝土连续墙浇捣于承台设计范围尺寸内，同时为保证之后压桩施工的正常进行，在浇捣时预留一定的间距。然后以混凝土连续墙为模板，满足承台加大时的支撑需要。采用这一施工方法，能够有效解决河床面无法满足承台支撑设计要求的情况，无须进行额外的模板底层支撑作业，不仅使施工程序得到简化，而且降低了成本，缩短了工期。

3）钻探资料显示，该旧桥基础所处地层的土壤性质为砂质黏性土、圆砂及砾砂，且都有卵石夹杂其中。为保证静压桩压入深度符合设计要求，同时降低压桩作业时压入的难度，将之前设计中使用的300mm×300mm的方桩改为250mm×250mm，单桩竖向抗压承载力特征值设计为400kN，终压值800kN。同时要求在实际施工过程中彻底清除基础周围的卵石、硬石，最大限度降低压桩作业的难度。为降低压桩时所受阻力，将锥形压桩头安装于桩尖，在进行压桩时确保施工的连续性，若遇到必须停工的意外事件，处理后应在第一时间恢复施工。在压桩施工过程中，相关施工人员应随时检查桩尖与夹砂层是否发生接触，同时保持对油压表压桩阻力变化的监测。若阻力突然增大甚至超出压桩装置能力极限，则应在可控范围内将压桩力适当加大，以增大桩体穿越砂层的概率。

5 结语

锚杆静压桩技术在桥梁加固设计中的应用，需要符合设计规范和要求，结合工程实际施工条件和施工环境，在保证施工质量的前提下，最大限度简化施工、缩短工期、降低成本，实现桥梁的加固目标，达到加固效果。

【1】周必群.锚杆静压桩技术在桥梁加固设计中的应用探讨[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

侯锐（1985～），男，陕西咸阳人，工程师，从事桥梁工程研究。