静压钢管桩在桥梁加固中的应用

赖波　韩耕文

摘要：文章以广州的桥梁桥台加固工程为例，介绍了桥台加固过程中出现的问题及解决的方案。为提高桥台基础竖向承载能力及顺桥向抗推刚度，原加固设计提出在桥台台前新增混凝土肋板、承台、桩基的方案，但桥台处地质条件较差，砂层较厚，钢护筒无法下沉，新增混凝土桩基施工存在塌孔的风险，最终采用静压钢管桩的方案达到了桥台加固的目的。

关键词：桥梁工程；桥台；高压旋喷桩；静压钢管桩；桥梁加固 文献标识码：A

中图分类号：TU753 文章编号：1009-2374（2017）05-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.062

静压桩是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩基压入土中的沉桩方法，常用于建筑结构基础沉桩施工中。钢管桩的沉桩方法有两种：一种是振动沉桩；另一种是静压沉桩。在旧桥加固施工过程中，长时间中断桥面交通的压力较大，这就要求加固方案要尽可能减小施工风险以及对原结构造成的破坏。新增桩基采用静压钢管桩，能避免新增混凝土桩基施工过程中的塌孔风险以及振动沉桩对原结构造成的扰动，具有良好的安全性和可操作性。

1 桥梁概况

本桥建成于2001年，跨径组合为11×30m（引桥）+（65+3×100+65）（主桥）+12×30（引桥）m。主桥上部结构为变截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁为三向预应力体系单箱单室结构；主桥下部结构采用薄壁空心墩，基础为桩基础。引桥上部结构为30m预应力混凝土双箱单室连续箱梁；下部结构为钢筋混凝土矩形独柱墩，基础为桩基础；桥台为薄壁台，基础为桩基础。原桥设计荷载为汽车-超20级，挂-120。

2 桥台病害及原因分析

2.1 桥台病害发展情况

2005年和2008年，检测发现本桥左幅28号桥台前墙由2条竖向裂缝发展为多条竖向、横向和斜向裂缝，裂缝宽0.1～4mm；桥台侧墙由1条横向裂缝发展为大面积网裂及竖向裂缝，裂缝宽3～8mm。

2008年，业主单位对左幅28号桥台的台帽、台身分别采用了粘贴钢板及增大截面法进行加固，并更换了桥头搭板及伸缩缝。

2012年，再次对本桥进行的检测中发现左幅28号桥台前墙加固混凝土（加厚30cm）与旧桥桥台前墙结合面出现剥离，间距5mm；旧桥前墙有向临空面前倾的现象，旧桥前墙顶部前倾位移2.3cm，前墙与地面相接处前倾约0.5cm，前墙加厚层表面部分竖向裂缝封闭后重新开裂；部分竖向裂缝为新增裂缝，裂缝内有白色钙化物析出。

2.2 桥台病害原因分析

从2005～2008年的三年时间里，左幅28号桥台裂缝迅速发展，桥台前墙裂缝呈上宽下窄状态，根据裂缝的分布及形态推断，原桥台在这期间发生过不均匀沉降，导致桥台前墙竖向开裂；核查竣工图纸可知，该桥台桩基设计为嵌岩桩，桥址处于软弱地基，地表以下存在含水量较大的素填土及粉质黏土层，地质条件较差，地基土不能为桩基提供有效的侧向平衡力，同时，台后填土压实度不够，台后填土渗水后，土压力增大，在台后路基填土负摩阻力及主动土压力的共同作用下，桥台前墙向临空面前倾，桥台开裂，在超重超限车辆的反复冲击下，桥台裂缝逐渐开展。

3 原桥台加固设计方案

针对左幅28号桥台前墙前倾及竖向、横向裂缝，先凿除原台身30cm加厚层，清理台身表面，封闭裂缝，增设台前桩基、承台及肋板，通过新增肋板对旧桥台身进行加固补强，通过新增桩基提高桥台基础竖向承载能力及顺桥向抗推刚度。

根据钻孔资料，左幅28号桥台新增桩基处存在较厚的砂层（组成为中砂和粗砂），且地下水位较高，桩基成孔不宜采用人工挖孔，受桥下净空限制（桥下净空6.3m左右），同时考虑施工过程对原桥台的影响，也不宜采用冲击钻，只能采用回旋钻成孔，桩基穿越砂层施工过程中，须设置钢护筒，钢护筒设置至穿越砂层段以下2m处，以保证钻孔过程中不塌孔。

4 施工中出现的问题

4.1 鋼护筒无法下沉

为防止新增混凝土桩基施工过程中塌孔，钻孔施工前，施工单位在桩位处进行了钢护筒振动下沉施工。由于桩位处砂层主要为中砂和粗砂，且较为密实，钢护筒刚进入砂层便不再下沉，受桥下净空限制，更大吨位的振动锤也无法进入，且对原结构造成的扰动难以估量。

4.2 桥台持续前倾

施工单位按照原桥台加固方案的要求对桥台台前填土进行了开挖，台前填土开挖后，恰逢广州梅雨季节，基坑严重进水，原桥台承台完全浸泡在水中。在台后土压力和雨水的共同作用下，桥台前后原有平衡被打破，桥台前墙开始向临空面前倾。为防止桥台失稳，施工单位立即对基坑进行了回填处理，基坑回填后，桥台前倾并未停止，情况十分危急。

4.3 高压旋喷桩失败

由于钢护筒无法下沉，桥台前倾持续前倾，当务之急是寻找一种有效的防止塌孔的方法。业主单位组织了桥台桩基专项施工方案评审会，会议研究决定在砂层分布区域采用在新增混凝土桩基四周设置高压旋喷桩，组成新增混凝土桩基防护层，防止新增混凝土桩基在成孔过程中的塌孔。

施工单位随即进行了高压旋喷桩试桩，试桩后，检测单位对高压旋喷桩（试桩）进行了钻孔取芯检测。根据取芯检测报告，地面以下0～13m砂层能成桩，且桩体强度满足设计要求，但地面以下13～21m砂层不能成桩，采用高压旋喷桩未能达到预期的效果。一种可能的原因是砂层中地下水存在流动性，压入的水泥浆被地下水带走，导致不能成桩；另一种可能的原因是在取芯过程中钻杆垂直度控制不好，出现取样偏离的情况。

5 桥台加固方案变更设计

5.1 变更设计原则和目的

根据2005～2008年病害情况分析，桥台桩基发生过不均匀沉降，期间可能存在竖向承载力不足现象；由桥台监测结果可知，桥台竖向位移基本没有变化，说明桥台目前竖向承载力处于稳定状态；由桥台纵向位移验算可知，目前桥台桩基已经发生损伤，但是损伤程度无法准确确定。

基于以上掌握的资料并结合桥台结构现状，还不足以判断桥台竖向承载力是否满足规范要求，但是有一点可以明确的就是目前桥台竖向承载力处于平衡状态，所以加固变更设计的原则和目的为：不破坏桥台目前的竖向稳定状态，考虑采用新增桩基的措施来平衡桥台纵向水平力，达到止倾的目的。

5.2 变更设计思路

为了平衡桥台纵向水平力，避免出现桩基钻孔塌孔的危险，减小加固施工对原桥台竖向平衡状态的扰动，在台前新增静压钢管桩、承台及肋板来提高桥台顺桥向抗推刚度，静压钢管桩按摩擦桩设计。

根据墩台竖直度的要求，竖直度不应大于2cm及3‰墩台高中的较小值，本桥左幅28号桥台台高630cm，竖直度的限值为1.89cm。考虑已经偏移8.7mm，且目前仍呈前倾的趋势，故取台身顶部再产生5mm的纵向水平位移后，桥台不再前倾，由此推算新增静压钢管桩的设计竖向承载力。

5.3 变更设计措施

采用静压的方式在台前增设3排Φ325mm钢管桩，间距114×100cm，有效桩长10m，共计36根，单桩设计竖向承载力不小于360kN；然后在原桥承台及台身植筋、绑扎钢筋网，浇筑新增承台及肋板混凝土。

6 加固效果

在整个加固施工过程中，业主单位对桥台纵向、横向及竖向位移进行了全程监测。监測结果表明，桥台加固施工完成后，桥台前倾现象得到了有效控制，桥台基础竖向承载能力及顺桥向抗推刚度明显提高，目前桥梁运营状况良好。

7 结语

过去的十年是桥梁加固技术飞速发展的十年，越来越多的新材料、新工艺应用到桥梁加固工程中，成功案例层出不穷，迅速推广开来。随着社会经济和舆论环境的发展，桥梁加固工程施工过程中的安全性、可操作性以及不中断交通、不增加交通压力的需求日渐突出。设计人员在加固方案的制定过程中，应充分考虑现场实际情况，了解业主单位需求，急业主所急，避免因方案变更造成不必要的损失。同时，利用其他行业的先进技术和施工工艺，推动桥梁加固技术的发展。

参考文献

[1] 公路桥涵设计通用规范（JTJ 021-89）[S].

[2] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTJ023-85）[S].

[3] 公路桥梁加固设计规范（JTG/T J22-2008）[S].

[4] 公路桥梁加固施工技术规范（JTG/T J23-2008）[S].

作者简介：赖波（1983-），男，四川邻水人，中交瑞通路桥养护科技有限公司技术人员，工程师，研究方向：桥梁加固。

（责任编辑：王 波）