摘要:本文主要針對錨桿靜壓樁在橋梁工程中的應(yīng)用情況,從設(shè)計的角度對該類樁體的作用機(jī)理及施工要求等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,為業(yè)內(nèi)各位同行相互交流共同進(jìn)步提供研究。
引言
本文主要提出利用錨桿靜壓樁對橋梁基礎(chǔ)進(jìn)行加固維修的設(shè)計理念,該設(shè)計加固方案具有施工方便、機(jī)械簡單、工藝先進(jìn)、價格低廉等特點(diǎn)。其基本的工作原理是利用鋼筋混凝土平臺的自重,并利用液壓千斤頂?shù)捻斶M(jìn)原理,將預(yù)制的鋼筋混凝土短樁一節(jié)一節(jié)壓入土基中,并進(jìn)行牢固連接,再把平臺與舊基礎(chǔ)錨固連接,使之共同受力,它是以較少的靜壓力獲得較大承載力的一種施工工藝。
1工程實(shí)例
我省某橋?yàn)榱绾喼Я簶?,分新舊兩幅橋,舊橋上部結(jié)構(gòu)為混凝土簡支肋板梁,新橋上部結(jié)構(gòu)為混凝土簡支T梁,跨徑布置為6×16m,全長96m;其中舊橋位于上游,新橋位于下游。進(jìn)場后根據(jù)原設(shè)計進(jìn)行施工圍堰并抽水施工,發(fā)現(xiàn)舊橋基礎(chǔ)河床在經(jīng)歷洪水后沖刷程度明顯更為嚴(yán)重,其基礎(chǔ)底面與河床幾乎完全脫空,基礎(chǔ)底面可穿透對視,其中舊橋2#墩沖刷最為嚴(yán)重,3#、4#墩稍輕。經(jīng)相關(guān)單位多位專家多次開會討論及方案對比后,最終決定對該橋舊橋基礎(chǔ)采用錨桿靜壓樁的方法進(jìn)行加固處理。
2樁基礎(chǔ)中常見病害工程樁特點(diǎn)及處理方法
工程樁基礎(chǔ),由于受自然條件、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、基坑開挖、邊坡失穩(wěn)及樁基施工操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?,出現(xiàn)了工程樁縮頸、斷裂、傾斜、裂縫、夾層、偏位、強(qiáng)度偏低、長度不足等病害,造成了不能滿足設(shè)計及使用要求,易引起安全隱患的后果。對此類病害工程樁必須結(jié)合各種因素進(jìn)行分析,對單樁能否使用或部分使用進(jìn)行判斷,一般需要對樁基進(jìn)行加固或托換方可使用。通常采用三種處理方法:①缺陷出現(xiàn)在較淺部位的病害工程樁多采用開挖截樁再接樁的方法;②缺陷出現(xiàn)在較深部位的輕微病害工程樁多采用高壓注射水泥漿加固的方法:③缺陷出現(xiàn)在較深部位或底部嚴(yán)重病害工程樁可采用鉆孔灌注樁進(jìn)行加固托換的方法。以上前兩種方法只能處理部分輕微缺陷,而方法③處理范圍廣,具有荷載傳遞路徑清晰、可靠性大大提高等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是施工工期長、施工不便、受施工場地限制。
3錨桿靜壓樁進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)加固的作用機(jī)理及設(shè)計規(guī)則
3.1加固條件
采用錨桿靜壓樁加固橋梁墩臺基礎(chǔ),一般是因?yàn)槎张_基礎(chǔ)在設(shè)計或施工中存在某些缺陷,對地基的實(shí)際承載力估計不足,已發(fā)生構(gòu)筑物正常使用時所不允許的下沉,或者是因?yàn)槭褂脳l件改變,如荷載等級提高,使地基承載能力不能適應(yīng)。
3.2加固方法
在墩臺基礎(chǔ)的襟邊或底板下施以靜壓樁,使之與原基礎(chǔ)連成整體,并共同受力,以增加地基的承載力,達(dá)到加固的目的。
3.3結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理
采用靜壓樁對舊橋墩臺進(jìn)行加固時,橋梁的全部重量都是壓在原來的地基上的,地基是在承受著構(gòu)筑物已有的全部重量的情況下進(jìn)行加固施工的,因此,若被加固的橋梁構(gòu)筑物沒有受到新的荷載作用,靜壓樁最初是幾乎不受力的。但這種轉(zhuǎn)移是不大的,因此,只有構(gòu)筑物新增加荷載時,才為靜壓樁所承受??偟恼f來,用靜壓樁加固后的地基基礎(chǔ),具有以下特點(diǎn):
①靜壓樁和原土層地基共同受力。
②靜壓樁的形變模量較土基大好多倍。
③靜壓樁和土體的受力在時間上不同步,一般是土體已達(dá)到或接近其極限強(qiáng)度后,靜壓樁才進(jìn)入工作狀態(tài)。
3.4錨桿靜壓樁的設(shè)計
3.4.1單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值
錨桿靜壓樁與其他各類樁一樣,壓入地基后依靠樁周與土體摩擦和樁端平面處的容許承載力組成單樁豎向承載力,根據(jù)地基土的特性和樁長即可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-94)的要求設(shè)計:
Quk=u6qsikli+qpkAp
式中Quk———單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;
u———樁身周長;
qsik———樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;
li———樁穿越第i層土的厚度;
qpk———極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;
Ap———樁端面積。
3.4.2壓樁力
根據(jù)《錨桿靜壓樁技術(shù)規(guī)程》(YBJ227-91):
Pp=KpQuk
式中Pp———設(shè)計最終壓樁力(kN);
Kp———壓樁力系數(shù),與土質(zhì)、樁材、樁截面形狀、壓樁速度等因素有關(guān),可根據(jù)試驗(yàn)確定。一般在粘土中取115,在黃土或填土中取210。
3.5設(shè)計規(guī)則
使用靜壓樁加固橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計,首先必須分析橋梁病害情況、目前基礎(chǔ)的現(xiàn)狀及土基的承受能力。其次用地質(zhì)鉆探的方法確定基巖或硬層的深度,并分析各層土體的力學(xué)性能。最后,在設(shè)計時還要特別注意靜壓樁與舊橋基礎(chǔ)的連接,這里關(guān)鍵是要讓新舊基礎(chǔ)共同受力,使之相互錨固、咬合,起到一個整體作用。
3.6設(shè)計方案:本設(shè)計沿老橋基礎(chǔ)加固,每邊布置300300的靜壓樁,間距根據(jù)計算確定,樁長根據(jù)實(shí)際需要定。樁基施工完畢后再做承臺并與老基礎(chǔ)承臺有效連接成一體。
4錨桿靜壓樁施工工藝要求
4.1錨桿靜壓樁的設(shè)備裝置
4.2施工工藝流程
施工工藝流程:定位→開鑿樁位孔及錨桿孔→錨桿加工制作及埋設(shè)(樁段制作)→樁位孔及錨桿養(yǎng)護(hù)和保護(hù)→安裝壓樁反力架→第一節(jié)樁就位、校正→壓樁→深度及壓力值記錄→下節(jié)樁就位、校正→硫磺膠泥或焊接接樁→壓樁→壓樁到設(shè)計要求→最終深度及壓樁力驗(yàn)收→拆除壓樁反力架→切割樁頭→清孔(配制微膨脹早強(qiáng)混凝土)→封樁。
4.3施工步驟
根據(jù)鉆探資料了解壓樁地區(qū)的土壤情況及壓樁阻力,并做好施工的各項(xiàng)準(zhǔn)備。按照設(shè)計圖紙預(yù)制各節(jié)錨桿樁,預(yù)制時錨桿孔位置要準(zhǔn)確無誤。對加固部位的土層進(jìn)行整平后,按照圖紙要求現(xiàn)澆鋼筋混凝土平臺,平臺上要預(yù)留樁體孔位,并預(yù)埋壓樁設(shè)備各固定件。在壓樁過程中,裝在梁柱內(nèi)的壓力表必須正確反映每根樁的壓力值。靜壓樁施工完后要把樁頭的混凝土打碎,露出鋼筋,再澆筑承臺,并與舊基礎(chǔ)錨固連接。
5施工重點(diǎn)與難點(diǎn)
5.1舊墩身植筋新增承臺
新增承臺與舊橋墩之間通過植筋連接,分3種類型,即:淺植的抗剪鋼筋(f16鋼筋,植筋深度10d)單端植筋的承臺面筋(f25鋼筋,植筋深度30d)以及
貫穿原墩身的承臺底筋(f28鋼筋)。
植筋施工時,除按照正常工序嚴(yán)格操作外,鑒于新增承臺與原墩身接觸面上植筋數(shù)量較多,特別是新增承臺底筋貫穿原墩身,為盡量減少施工時對墩身截面的削弱,植筋分批間隔地進(jìn)行,每批植筋(特別是貫穿原墩身的底筋分為4批,用3根鋼筋相隔完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行下一批植筋鉆孔,以免在同一時間對結(jié)構(gòu)造成較大損傷。
5.2承臺模板承載要求
因該橋河床沖刷較嚴(yán)重,基礎(chǔ)周邊河床石頭淤泥、泥砂均較多,導(dǎo)致河床面較難滿足加大承臺模板支撐的承載要求。
根據(jù)現(xiàn)場情況,提出將原設(shè)計壓樁后再對承臺以下樁周進(jìn)行混凝土澆灌的順序,改為先在承臺尺寸范圍澆搗一混凝土連續(xù)墻(根據(jù)現(xiàn)場情況及考慮墩臺邊緣寬度,采用20cm厚的素混凝土墻),與基礎(chǔ)預(yù)留一定間距保證壓樁的需要,然后利用澆搗后的連續(xù)墻作為模板支撐再澆搗增大承臺,通過此措施妥善解決了承臺澆搗需要很大支撐的問題,免除了另外處理模板底部支撐的麻煩,大大簡化了施工。
5.3壓樁
鉆探結(jié)果揭示該橋基礎(chǔ)處全風(fēng)化以上地層為圓礫、礫砂及砂質(zhì)粘性土,其中均夾雜一定數(shù)量的卵石。我們主動與設(shè)計方溝通,提出使用較小的樁徑(由原設(shè)計300×300改為250×250,鋼筋型號為Ⅲ級租鋼筋,設(shè)計單樁豎向抗壓承載力特征值400kN,終壓值800kN),以減小壓樁壓入難度,保證足夠的壓入深度。同時在現(xiàn)場施工時認(rèn)真清理基礎(chǔ)周邊的毛石、卵石,盡量減少對壓樁的影響,在樁尖處安裝錐形壓樁頭,減小了壓樁阻力,保證了壓樁的順利進(jìn)行,壓樁過程應(yīng)盡量連續(xù)進(jìn)行,如必須停歇則盡量縮短時間。在壓樁過程中,隨時注意樁尖是否碰到夾砂層,注意觀察油壓表的壓樁阻力,如果驟然增大甚至超過壓樁能力,則可以最大壓樁力作用在樁頂后,采用停車“進(jìn)一進(jìn)”的方法,或適當(dāng)加大壓樁力(控制在樁身控制強(qiáng)度內(nèi)),使樁有可能緩慢穿過砂層。
5.4承臺兩側(cè)對稱間隔壓樁
本工程根據(jù)具體布樁情況采用間隔2根樁進(jìn)行壓樁的方法,保持基礎(chǔ)平衡,同時減少對土層的擾動。此外,壓樁過程中應(yīng)嚴(yán)格操作和控制壓樁力,做好每根樁的壓樁記錄,一般收樁標(biāo)準(zhǔn)為壓樁達(dá)到終壓滿載后,持荷10min以上不再降低。
5.5橋臺處理
由于橋臺部分受損,因此在本工程中利用壓力灌漿施工技術(shù)進(jìn)行處理,施工質(zhì)量與處理效果均能保證,使地基基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性得到較大提高。由于本文主要研究的是錨桿靜壓技術(shù),所以就橋臺處理技術(shù)這一環(huán)節(jié)不做重點(diǎn)論述。
6結(jié)語
目前,我國橋梁基礎(chǔ)的損壞修復(fù)方案基本上有二種,一種是拆除重建,另一種則采用維修加固的方法進(jìn)行搶救性的補(bǔ)救。而眾所周知,采用后一種方案,往往能收到花小錢辦大事的設(shè)計效果,因此,也是錨桿靜壓樁梁加固技術(shù)能得以傳承和推廣的一個原因。該方法受力性能明確,能測得每根樁的實(shí)際承載力和樁的入土深度,施工質(zhì)量有可靠的保證。壓樁施工過程中無振動、無噪音、無污染,可在狹小的空間進(jìn)行壓樁作業(yè)。施工機(jī)具設(shè)備投資小、輕便靈活、施工方便、作業(yè)面小、能耗少,所以加固費(fèi)用低,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
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