已完工橋梁樁基的加固施工技術(shù)

□陳學才 □張全才 □王青峰 □景 佳

（中國水利水電第十一工程局有限公司）

1.工程概況

南水北調(diào)中線一期工程安陽段第V施工標段內(nèi)的西蓋村西公路橋，其荷載等級為公路—Ⅱ級，橋梁設(shè)計斜度為28°，橋面高程為100.462 m，主橋全長80 m，由4孔20 m跨徑的空心板梁組成。副橋位于主橋左側(cè)，為跨越文明道溝的交叉建筑，橋面高程為▽100.462 m，副橋全長40 m，為2孔20 m跨徑的空心板梁組成。主、副橋橋面凈寬均為4.5 m。

2.樁基加固形成原因

西蓋村西公路橋樁基完成后，按安陽段原設(shè)計要求，對樁基完整性進行檢測，檢測結(jié)果全部合格。當上部結(jié)構(gòu)將近完工時，安陽建管處要求對安陽段所有橋梁樁基進行動應(yīng)變檢測。該橋單樁設(shè)計承載力為1446 kN，單樁極限承載力為2892 kN，檢測結(jié)果最小單樁豎向極限承載力為1997 kN，達不到規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)要求。經(jīng)專家組研究，最終認定因設(shè)計原因造成了承載力達不到要求。為此安陽建管處要求對該橋所有樁基進行加固處理，加固方案按上部結(jié)構(gòu)施工已完成的情況統(tǒng)一考慮。加固后要求橋臺單樁增加承載力600～800 kN，橋墩單樁增加承載力800～1000 kN。

3.樁基加固的施工方法

由于該橋上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)完工，施工場地和凈空有限，反復比較了高壓旋噴樁法、擴大基礎(chǔ)法和錨桿靜壓樁法三種加固方案，最終確定錨桿靜壓樁法為首選方案。該法與傳統(tǒng)施工方法比較，技術(shù)上可行，操作簡單，投資少，而且進度快，安全可靠，無噪音和環(huán)境污染，具有一定的先進性。

4.工藝原理

錨桿靜壓樁是將錨桿和靜壓樁兩者技術(shù)相結(jié)合的一種新方法。首先在原樁基上埋設(shè)受力錨桿，在設(shè)計位置現(xiàn)澆樁基加固平臺，使平臺和原樁基形成共同受力的整體。在壓樁平臺上預(yù)留壓樁孔，利用液壓千斤頂將每節(jié)預(yù)制樁壓入地基中形成一個整體樁。靜壓樁實質(zhì)上是擠土樁，預(yù)制樁在壓入過程中會導致樁周圍土的密度增加，使樁基周圍的摩擦力增加，并和原樁基形成群樁共同受力，從而控制橋梁沉降，達到增加樁基承載力的目的。

5.施工工藝流程及操作要點

5.1 工藝流程圖

錨桿靜壓樁施工工藝流程框圖見圖1。

5.2 場地平整

人工配合小型挖掘機對橋臺、橋墩兩側(cè)的施工場地進行平整，修筑施工道路，使樁基周圍具備施工條件。

5.3 樁位放樣

順橋軸線方向，根據(jù)設(shè)計圖紙，在每根樁基的兩側(cè)，使用全站儀放樣出每根靜壓樁的具體位置和具體高程，并打上木樁，同時放出壓樁平臺的邊線和預(yù)埋螺栓的精確位置。開挖過程中，還要測量出要開挖的平面位置、標高和邊坡坡度等，施工過程中并不斷的校核。

5.4 土方開挖

設(shè)計要求靜力樁壓樁平臺頂面高程為入土面以下0.5 m。由于土面以下0.5 m為聯(lián)系粱，與樁基鋼筋互相交叉，且鋼筋較多，錨桿孔造孔與該鋼筋沖突，為此橋墩樁的靜力壓樁平臺頂面高程降低到系梁底部，橋臺樁開挖至樁頂以下1 m位置，所有開挖邊坡均按1:1控制，見圖2。

土方開挖采用小型挖掘機進行粗挖，人工配合精修的方法。開挖出的土方暫存在萬金干渠倒虹吸出口附近的臨時土場，待加固樁完成后進行回填使用。

圖1 錨桿靜壓樁施工工藝流程框圖

圖2 橋墩樁加固剖面圖

5.5 靜壓樁錨桿植入

在施工區(qū)域開挖完成后，按照設(shè)計圖紙尺寸，用紅色油漆在樁基上標明錨桿位置，采用YT-27手風鉆鉆孔，孔徑φ32，孔深300 mm（15倍鋼筋直徑），錨桿為Φ20、長度為1.05 m的Ⅱ級螺紋鋼筋，采用專用錨固劑錨固，原樁基植入錨桿見圖3。

圖3 原樁基植入錨桿圖

5.6 靜力樁預(yù)制施工

靜力樁為預(yù)制鋼筋混凝土樁。需要提前進行預(yù)制，混凝土強度等級為C40，待達到設(shè)計強度后方可進行壓樁施工。

施工時，注意每節(jié)樁頂預(yù)留接樁孔，孔徑≥30㎜。樁底接樁鋼筋外露300 mm，鋼筋為Φ16㎜的Ⅱ級螺紋鋼筋，樁內(nèi)錨固長度≥35d（560㎜）。

預(yù)制樁采用高強度灌漿料，其施工工藝為：模板加工→支模→鋼筋制安→灌漿料拌制→澆注→養(yǎng)護。

5.6.1 模板加工

按照預(yù)制柱設(shè)計尺寸，采用10 mm木膠板加工定型木模板。

5.6.2 支模

按照設(shè)計尺寸固定模板，要求模板組合無縫隙，尺寸準確。

5.6.3 鋼筋制安

根據(jù)設(shè)計圖紙，按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》加工制作鋼筋，并按規(guī)范綁扎焊接。

5.6.4 灌漿料拌制

采用CGC-G型灌漿料（加固型），其強度等級>C40。

稱量：應(yīng)根據(jù)每次的澆注量計算灌漿料的用量，每次拌和量應(yīng)保證灌漿料失去自流性能前使用完畢，灌漿料與水的配合比（質(zhì)量比）為水：灌漿料=0.13:1。

攪拌：現(xiàn)將稱好的水加入攪拌桶中，然后逐漸加入灌漿料，邊投料邊用電動攪拌機攪拌，直至稱好的灌漿料全部加完，再持續(xù)攪拌3-5 min，使灌漿料完全攪拌均勻，靜置1 min備用。

5.6.5 模板濕潤

在灌注前4-6 h將模板充分濕潤，灌漿料入模前除去模板內(nèi)的明水。

5.6.6 澆注

將攪拌好的灌漿料均勻倒于模板內(nèi)，灌漿料具有高流動性能，無需振搗，入模自動找平，按模成型。為便于灌注過程中空氣排出，應(yīng)從模板一側(cè)灌注，不宜同時從幾處灌注。灌注開始后，必須連續(xù)進行，直至一根靜力樁澆筑完成。

5.6.7 養(yǎng)護

灌漿料硬化前，表面用濕草袋或塑料薄膜覆蓋進行養(yǎng)護，20℃左右養(yǎng)護3 d，溫度較低時養(yǎng)護7 d。低于0℃時，按冬季施工要求，采取冬季施工的措施。

5.6.8 注意事項

靜壓樁預(yù)制時，灌漿料嚴格按照配合比進行拌制，應(yīng)從模板的一側(cè)灌入，不得從幾處灌注。灌注開始后，必須連續(xù)進行，直到一個預(yù)制樁澆筑完成。灌漿料硬化前，表面用濕草袋或塑料薄膜覆蓋進行養(yǎng)護，養(yǎng)護期不低于7 d。拌制好的灌漿料失去自流性能不可再次加水混合攪拌使用。施工后機具應(yīng)及時用水清洗干凈，以備下次使用。

5.7 靜力樁平臺施工

靜力樁平臺為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C50，按常規(guī)方法進行施工,難度是受場地限制，混凝土入倉困難。橋臺樁位于橋梁底部，空間很小，采用25 t的汽車吊將混凝土物料吊運至工作面附近后人工入倉。靜力樁平臺混凝土澆筑時注意按設(shè)計位置預(yù)留壓樁孔、預(yù)埋固定支架的底腳螺栓。澆筑完成后，壓力平臺通過原樁基上的錨桿和原樁基連為整體，共同受力,待靜壓樁混凝土達到設(shè)計強度后即可施工。

5.8 靜壓樁就位

油泵和壓樁千斤頂經(jīng)過專門檢測機構(gòu)率定合格后，方可進行壓樁。首先,將自制的剛性反壓力架利用底腳螺栓固定在壓樁平臺上，使用小型起重機將液壓千斤頂固定到位，使千斤頂處于靜壓樁的垂直軸線上。其次，將預(yù)制樁運到壓樁孔口放進壓樁孔內(nèi)，使用鋼墊板將預(yù)制樁固定，調(diào)整其垂直度，使之達到規(guī)范要求，等待壓樁。

5.9 靜力樁壓入

壓樁前應(yīng)對預(yù)制樁的外觀、尺寸進行檢查,并進行抗裂性檢驗。施工現(xiàn)場著重檢查混凝土抗壓強度能否達到設(shè)計要求，預(yù)制樁是否有裂縫、端部平面是否傾斜、外徑壁厚、樁身彎曲是否符合規(guī)范要求。

靜力樁截面積為200 mm×200 mm，長度按1～1.5 m分節(jié)制樁，第一節(jié)入土樁前端制成尖形，節(jié)與節(jié)間采用建筑結(jié)構(gòu)膠對接。單根樁長度10～15 m，橋臺單樁設(shè)計承載力特征值為300～400 kN，橋墩單樁設(shè)計承載力特征值為400～500 KN，施工時，樁壓力按設(shè)計承載力的2倍壓力控制。待靜力樁、靜力壓樁承壓平臺均達到設(shè)計強度后，方可進行壓樁施工。靜力樁壓入采用固定支架、YCK-1500型油壓千斤頂下壓方法施工,油壓千斤頂聯(lián)接壓力表，觀測壓力。壓樁過程中使用全站儀進行監(jiān)測。須注意第一節(jié)樁樁尖導向必須垂直，壓樁過程中時刻注意觀測，使樁身達到垂直度要求。

施工時，當一節(jié)樁壓至預(yù)定高度時，在樁頂預(yù)留接樁孔內(nèi)填入CJ-Ⅰ型建筑結(jié)構(gòu)膠，將下一節(jié)樁預(yù)留鋼筋頭對準插入接樁孔。結(jié)構(gòu)膠用量以兩節(jié)樁壓緊后膠從節(jié)間縫擠出為宜,接樁后立即采用專用加熱器對樁加熱，使結(jié)構(gòu)膠盡快固化，滿足設(shè)計要求強度后，再施壓。當一節(jié)樁壓到其樁頂離地面50 cm時，開始入下節(jié)樁，要求在原樁基兩側(cè)對稱同時壓入靜力樁。

剛性反力架主體使用兩根32#槽鋼，每根高度為3 m，沿高度方向每隔250 mm焊接U型槽，要求用10 mm厚的鋼板焊制。槽鋼底腳使用10 mm厚的鋼板，并預(yù)留螺栓孔。兩根槽鋼頂部使用兩根8#槽鋼連接，使成為一體。要求整個鋼架必須垂直，堅固可靠。剛性反力結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 剛性反力架結(jié)構(gòu)圖

鋼墊板要求用外徑φ180 mm、壁厚6.0 mm的鋼管,兩端焊接10 mm厚的鋼板，鋼板表面必須平整。由于千斤頂與預(yù)制柱之間的距離不定，要求每節(jié)鋼墊板長度為200 mm、300 mm、400 mm不等，從而使鋼墊板緊密貼實在千斤頂和預(yù)制柱之間。

壓樁過程中，在從樁的兩個正交側(cè)面校正樁身垂直度，當樁身垂直度偏差<0.5%時方可正式壓樁,以此類推，逐節(jié)壓樁至設(shè)計壓力和要求深度。施工時密切觀測基礎(chǔ)沉降情況，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止施工，分析原因后采取更為可靠的措施加固。接樁后用加熱器對樁加熱，滿足設(shè)計強度后再壓入下節(jié)樁。壓樁過程碰到硬土層,不能用力過猛,預(yù)制樁抗彎能力不強往往容易折斷。壓樁以最后一節(jié)預(yù)制樁的壓力為主，必須達到設(shè)計極限承載力的2倍以上，以樁長控制為輔。

5.10 靜壓樁封頂

在樁端達到設(shè)計壓樁力和設(shè)計深度，經(jīng)監(jiān)理驗收合格后，即可卸載千斤頂，拆除壓樁架，焊接鋼筋網(wǎng)片，清除壓樁孔內(nèi)雜物、積水及浮漿，然后在壓樁孔內(nèi)澆筑C50微膨脹早強混凝土，使靜壓樁和原樁基連成整體共同受力，從而達到控制橋梁沉降的目的。

5.11 土方填筑

由于該區(qū)域橋臺樁地處橋梁下部，橋墩樁地處主渠道渠底和邊坡上，大型填筑機械無法到位，土方回填只能采取人工分層鋪填，層厚≤20㎝，人工找平后使用電動夯夯實到規(guī)定的壓實度。

6.結(jié)語

靜壓法通常適用于高壓縮性粘土層或砂性較輕的軟粘土層，當樁須貫穿有一定厚度的砂性土夾層時，必須根據(jù)樁機的壓樁力與終壓力及土層的形狀、厚度、密度、上下土層的力學指標、樁型、樁的構(gòu)造、強度、樁截面規(guī)格大小與布樁形式、地下水位高低以及終壓前的穩(wěn)壓時間與穩(wěn)壓次數(shù)等綜合考慮其適用性。靜壓樁也適用于覆土層不厚的巖溶地區(qū)。

該技術(shù)可適用于橋梁上部結(jié)構(gòu)已完工或竣工后，橋梁墩臺基樁承載力不足的加固處理。方法簡單、投資少、進度快、安全可靠，可供同類工程參考借鑒。