现役高速公路桥梁桩基加固实践

杨丽权

(湖北交投高速公路运营集团有限公司，湖北 武汉 430074)

1 工程应用实例

1.1 工程概况

巴河大桥位于武英高速公路上，中心桩号K85+376，全长726.12 m。上部结构为(2×4×30+3×30+5×30+2×4×30)m预应力混凝土连续T梁桥，桥面组合为50 cm(防撞墙)+1 150 cm(行车道)+75 cm(波形梁护栏)双幅对称布置，下部结构采用双柱式桥墩，肋式桥台，钻孔桩基础。汽车荷载为公路—Ⅰ级；无通航要求。巴河大桥上游5 km范围内存在大片采石场，每日河沙开挖量较大，巴河大桥自2009年修建完成以后，河床变化较大，桥墩基础冲刷严重。

2016年该大桥构造物技术状况评定为二类，但全桥墩台基础存在冲刷现象，其中L3#、R3#墩基础、L4#、R4#墩基础分别冲刷高约2～3 m，其下部结构墩台基础评定为三类，评定建议为对冲刷的桩基础，以砌石或混凝土填补冲空部分，进行加固处理。

1.2 桥墩基础冲刷长度监测

为确保桥梁安全运行，2017年初对巴河大桥桩基冲刷长度进行监测，在桩基冲刷最大处，底系梁顶部位置设立测量点，测量点均按永久性观测点标准进行布设。以每排桩基最大冲刷长度为代表值，描绘出成桥至今河床地面线变化图如图1所示，可见冲刷后现地面线下降。桩基冲刷长度监测结果如表1所示，桥梁桩基有效桩长进一步降低。桩基最高冲刷长度超过4.5 m，对其承载力进行验算，3#墩承载力仅富余2.04%，4#墩承载力仅富余3.31%，急需进行桥梁桩基加固。

图1 巴河大桥河床变化示意图

表1 巴河大桥冲刷长度一览表

1.3 加固方案

为提高巴河大桥局部冲刷严重的桥墩桩基1承载能力及稳定性，防止桩基主筋进一步锈蚀，做好混凝土缺陷修补，提高桩基混凝土耐久性，针对桥梁下部受采砂影响的河床冲刷严重、桩基有效长度减小、混凝土破损、钢筋锈蚀等病害，结合巴河大桥无通航需求的实际，采取增补桩基的加固方案，同时考虑双幅桥之间空间问题，采取顺桥向增加桩基。主要为：(1)已冲刷桩基主筋存在外漏锈蚀情况采取系梁以下桩基外包15 cm厚钢筋混凝土加固；(2)在桥墩桩基顺桥向两侧各新增一根1.2 m桩，一共增加4根桩基，新增桩基进入微风化片麻岩2.5 d，并浇筑承台，通过植筋使新老桩有效连接在一起。

1.4 施工要点

(1)施工工艺流程

(2)施工操作要点

①搭设施工平台

采用钢管桩施工平台，平台牢靠稳定，能承受工作时所有静、动荷载。平台的设计与施工按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)的有关规定执行。

②埋设护筒

护筒内径宜比桩径大200～400 mm。埋设护筒时，严格注意平面位置、竖向倾斜和两节护筒的连接质量均需符合规范要求。沉入时采用压重法。

③泥浆制备

钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。

④钻孔

为了减少钻孔施工对原桩的影响，采用回转钻削成孔。施工时对好中线及垂直度，并压好护筒，随时检查成孔是否有偏斜现象。钻孔的顺序事先规划好，既保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。

⑤清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成装置量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时，立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。

⑥灌注水下混凝土

清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。

⑦浇筑承台

按照设计图纸，首先处理原桩基的新老混凝土结合面，再植筋，绑扎钢筋网，喷涂界面剂，最后浇筑混凝土。

1.5 质量检验

在施工过程中，钻孔在终孔和清孔后，进行了孔位、孔深检验；采用专用仪器测定了孔径、孔形和倾斜度；并对该维修加固桥梁的混凝土抗压强度、对其混凝土拌合物坍落度进行检测，以上均符合设计及规范要求。维修加固完成后，对其基桩采用超声波透射法进行检测，其桩身结构完整，检测剖面的声速、主频、波幅、实测桩长满足规范及设计要求，判定为Ⅰ类桩。

1.6 加固后续健康监测

为进一步观察加固效果，对该桥于2017年12月、2018年11月及2019年6月进行了连续性健康监测，3#墩桩基有效桩长均达到27 m，4#墩桩基有效桩长均达到30 m，通过三次监测对比，河床有一定程度的抬升，对比显示无冲刷长度，河床变化趋于平稳，桥墩运行加固情况良好。

2 小 结

桥梁作为高速公路的重要组成部分，自竣工投入使用开始，其承载能力和安全性就随着环境及行车荷载等长期作用而开始下降，桩基尤其是涉水桩基的安全性又是桥梁安全的重中之中。涉水桥梁桩基在长期水流冲刷作用下，桩基埋置深度不断减小，导致承载能力以及稳定性出现明显的降低。同时当桩基外露后，在冲刷和环境介质侵蚀等因素的综合作用下，病害会出现加速发展的趋势，相应桩基耐久性也会出现更大程度的降低。因此桥梁运营过程中，应通过对桥梁的定期检测和健康监测及时发现桩基病害，并实时地进行养护、加固，以保持或提高其承载能力、安全性和耐久性，从桥梁全寿命周期成本来看，及时加固能产生较好的经济效益和社会效益。同时对于由黄砂开采而引起的严重桩基冲刷，也应加强对上游挖沙作业的管控力度，严格控制河道内的黄砂开采量和开采区域，以保证桥梁运营安全。本文从桥梁检测发现病害、健康监测观察病害发展、结合实际选择桩基加固方案、开展桩基加固施工、检验评定桩基质量和监测加固效果等方面进行了桩基加固工程实例全过程实践分析，指出实践应用要点，对今后类似项目桥梁的桩基加固具有一定现实参考价值。