橋梁樁基礎(chǔ)的加固設(shè)計(jì)

李瑞云，馬亞軍

（德州市公路勘察設(shè)計(jì)院）

1 橋梁結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)病害的原因分析

樁基礎(chǔ)是整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)最為重要的組成部分之一，一旦其出現(xiàn)問題，勢(shì)必會(huì)對(duì)橋梁的整體穩(wěn)定性和安全性造成影響。然而，由于我國的橋梁樁基礎(chǔ)基本采用的都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，從而使得樁基礎(chǔ)很容易發(fā)生病害。下面重點(diǎn)對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)病害的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

1.1 混凝土碳化

通常情況下，混凝土本身屬于堿性材料，其能夠在鋼筋表面形成一層堿性保護(hù)膜，可以確保鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕。當(dāng)混凝土發(fā)生碳化反應(yīng)時(shí)，其自身的堿性會(huì)顯著降低，這樣一來就會(huì)造成鋼筋保護(hù)膜被破壞，在水分及其它介質(zhì)的侵入下，鋼筋便會(huì)很快被銹蝕，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂，當(dāng)裂縫發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性便會(huì)受到影響。

1.2 堿骨料反應(yīng)

當(dāng)水泥中的堿與骨料中所含的活性硅發(fā)生反應(yīng)時(shí)，便會(huì)生成凝膠，在這一過程中，堿骨料會(huì)吸收大量的水分，從而形成膨脹壓力，當(dāng)該壓力超出混凝土極限承受力時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂。堿骨料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞要比一些耐久性破壞發(fā)展的更快，造成的后果也更加嚴(yán)重。一旦該情況發(fā)生，很難獲得有效控制，短則1年，長(zhǎng)則2年，便會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也會(huì)隨之大受影響。

1.3 凍融循環(huán)破壞

當(dāng)水滲入到混凝土中以后，其便會(huì)在低溫的作用下結(jié)冰膨脹，這樣一來便會(huì)造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞。如果在多次凍融循環(huán)的作用下，那么會(huì)使混凝土的強(qiáng)度大幅降低，從而出現(xiàn)剝落酥裂的現(xiàn)象。由該原因引起的混凝土剝落，在最初時(shí)粒徑僅為2～3mm，伴隨著使用年限的不斷增加，剝落的直徑也會(huì)隨之不斷擴(kuò)大，其發(fā)展速度非?？?，若是處理不及時(shí)，則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的后果。

2 橋梁樁基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)原則

橋梁的樁基礎(chǔ)一旦出現(xiàn)病害，便需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行加固處理。然而，由于樁基礎(chǔ)埋于地下，所以必須確定出科學(xué)合理、切實(shí)可行的加固方案?；诖它c(diǎn)，在對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。

2.1 應(yīng)分清加固性質(zhì)

在對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)前，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真做好病害檢測(cè)分析，并根據(jù)鑒定評(píng)價(jià)結(jié)果，確定具體的加固設(shè)計(jì)方案。較為常見的橋梁樁基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)主要有以下幾種：強(qiáng)度加固、剛度加固、耐久性加固。其中強(qiáng)度加固主要是為了確保結(jié)構(gòu)的整體安全性；剛度加固則是為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的正常工作需要；耐久性加固是對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)損傷的部位進(jìn)行修復(fù)，以此來避免病害情況的繼續(xù)發(fā)展，有助于提高結(jié)構(gòu)的可靠性并延長(zhǎng)其使用年限。

2.2 經(jīng)濟(jì)性原則

在對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能以最小的投入獲得最大的產(chǎn)出，簡(jiǎn)單來講就是要在確保滿足樁基礎(chǔ)加固要求的基礎(chǔ)上，盡可能降低成本，以此來獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 合理性原則

橋梁樁基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循合理性原則，即采用的加固技術(shù)應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理、切實(shí)可行，并且還應(yīng)符合被加固橋梁的需要，絕對(duì)不可套用其他工程中使用的加固技術(shù)，必須以實(shí)際加固情況確定加固技術(shù)，這樣不僅能夠進(jìn)一步提高加固效果，而且還能有效地降低成本。

3 橋梁樁基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)方法

為了便于本文的研究，下面通過幾個(gè)工程實(shí)例對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。

3.1 增補(bǔ)樁基加固設(shè)計(jì)法

當(dāng)橋梁樁基礎(chǔ)的承載力不足時(shí)，為了進(jìn)一步提高其承載能力，可通過增加基樁并擴(kuò)大承臺(tái)來分散墩臺(tái)的壓力。具體來講，就是在原有的樁基礎(chǔ)周圍，補(bǔ)加新的鉆孔灌注樁，并對(duì)原承臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)大，再將之與樁頂緊密連接到一起，借此來提高樁基礎(chǔ)的承載能力，增加其穩(wěn)定性，這便是增補(bǔ)樁基加固法。這種加固設(shè)計(jì)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：無需水下作業(yè)、加固效果良好，唯一的缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)交通運(yùn)行情況造成影響。下面通過工程實(shí)例對(duì)該加固設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

某橋梁興建于1999年，因當(dāng)時(shí)資金有限，故將其建設(shè)成為漫水橋。橋梁上部結(jié)構(gòu)為裝配式空心板，樁基礎(chǔ)為鋼筋混凝土灌注樁。目前，該橋梁無法滿足輸水要求，需對(duì)其進(jìn)行改造，由于橋面整體抬高、加寬，加之設(shè)計(jì)荷載增大，使得原有的樁基礎(chǔ)無法滿足要求。為此，決定對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。經(jīng)多方面研究后，決定采用增樁加固法，這樣一方面能夠使原有的樁基礎(chǔ)得到充分利用，另一方面能夠有效地降低成本?？紤]該橋梁經(jīng)受河水沖刷情況嚴(yán)重，并且樁基礎(chǔ)所在位置存在地震可液化土層，為了進(jìn)一步確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)時(shí)將新增的樁基礎(chǔ)深入到強(qiáng)風(fēng)化巖2 m的位置處。經(jīng)過本次加固處理后，該橋梁并未出現(xiàn)任何問題，加固效果良好。

3.2 微型樁加固法

該方法主要指利用一些直徑較小的鋼管混凝土樁對(duì)原有的樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：承載能力高、施工占地面積小、沉降量小、孔徑小、對(duì)原樁基礎(chǔ)擾動(dòng)小等等。下面通過工程實(shí)例對(duì)該加固設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

某橋梁為公路橋，橋?qū)?.5 m上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力空心板，樁基礎(chǔ)為混凝土鉆孔灌注樁，直徑1.5 m。因該橋梁所在地的農(nóng)業(yè)發(fā)展速度較快，從而使得交通規(guī)模發(fā)生了巨大變化。為此，決定對(duì)橋面進(jìn)行加寬處理，從原有的5.5 m增至8 m，為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察和加固方案的比較分析后，決定采用微型樁加固法。本工程采用直徑為30 cm的鋼管，并在每根原樁基礎(chǔ)中采用4根鋼管進(jìn)行加固處理，微型樁嵌入風(fēng)化巖的實(shí)際深度應(yīng)不小于50 mm。首先，按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行平面定位，然后在原樁基礎(chǔ)側(cè)面進(jìn)行植筋，并澆筑混凝土。整個(gè)加固過程中需注意排水處理和封底混凝土的澆筑質(zhì)量，為了盡可能降低對(duì)原有樁基礎(chǔ)的擾動(dòng)，施工過程中應(yīng)當(dāng)采用逐樁處理的方式進(jìn)行。通過加固處理后，該樁基礎(chǔ)能夠滿足橋面加寬的承載力要求。

3.3 樁身補(bǔ)強(qiáng)加固法

該方法主要是通過補(bǔ)澆混凝土或是增設(shè)樁頭鋼筋，對(duì)已經(jīng)受損的樁基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，以此來提高樁身的強(qiáng)度、抗彎能力和抗腐蝕性。下面通過工程實(shí)例對(duì)該加固設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

某橋梁全長(zhǎng)13 m，寬5.7 m，總孔數(shù)為16孔，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺(tái)，樁徑1.0 m。隨著近些年來，河床被逐漸淘空，河床整體下降約2 m左右，在對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行勘察中發(fā)現(xiàn)，樁基裸露情況非常嚴(yán)重，最為嚴(yán)重的地方已經(jīng)暴露至樁頂以下4 m左右的位置處，混凝土也出現(xiàn)大面積脫落，最大長(zhǎng)度為2.5 m，致使樁基礎(chǔ)中的鋼筋外漏，并嚴(yán)重銹蝕，樁基承載力受到嚴(yán)重影響。經(jīng)過研究分析后，決定采用樁身補(bǔ)強(qiáng)加固法對(duì)該樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。首先，按照樁基的實(shí)際破損程度確定出補(bǔ)強(qiáng)范圍，然后按照有關(guān)規(guī)范的要求將補(bǔ)強(qiáng)鋼筋與樁身內(nèi)部完好的原鋼筋牢固焊接到一起，并安裝模板澆筑混凝土。通過該方法對(duì)破損嚴(yán)重的樁基進(jìn)行處理后，樁身的強(qiáng)度明顯增加，實(shí)踐證明該方法的可行性較高，值得在同類工程中推廣使用。

3.4 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法

該方法具體是指在樁基礎(chǔ)周邊通過對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)大的方法進(jìn)行加固處理，使樁基和基礎(chǔ)形成一體，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。下面通過工程實(shí)例對(duì)該加固設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

在對(duì)某交通橋梁進(jìn)行檢測(cè)的過程中發(fā)現(xiàn)，其每根樁基礎(chǔ)都有非常明顯的露筋現(xiàn)象，并且鋼筋裸露的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，極個(gè)別的樁柱上還伴隨出現(xiàn)空洞和蜂窩。樁基一旦發(fā)生露筋，不僅會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)的承載力降低，而且樁基的彎矩和承受能力也會(huì)逐漸降低，為此，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理。由于該橋梁的樁基為摩擦樁，從而使得露筋的處理難度增大，經(jīng)綜合考慮后，決定采用擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法對(duì)其進(jìn)行加固。首先，按照J(rèn)TG D63－2007中的有關(guān)要求，確定出擴(kuò)大基礎(chǔ)的埋置高程，本工程為14.00 m，符合規(guī)范中的最小埋置深度，擴(kuò)大基礎(chǔ)采用C20混凝土，基礎(chǔ)自重為596 kN，然后進(jìn)行連接驗(yàn)算，確定出嵌入深度，并按照該深度要求進(jìn)行可靠連接。經(jīng)驗(yàn)證采用該方法進(jìn)行加固處理效果良好。

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