廖志源
廣深珠高速公路有限公司
摘 要：文章以某高速公路基礎加固工程為例，介紹靜壓鋼管樁在橋樑基礎加固處理中應用。簡述了靜壓鋼管樁的設計要點、施工工序及檢測情況，指出了靜壓鋼管樁在以後橋樑基礎加固的前景。
關鍵詞：靜壓鋼管樁;基礎加固;橋樑;
靜壓鋼管樁可用於房屋、橋樑、鐵路、公路、港口碼頭的基礎加固，其特點是施工設備簡單、方便、施工空間高度大小均可、效果顯著。採用靜壓鋼管樁能避免新增混凝土樁基施工過程中的坍塌風險以及振動沉樁對原結構造成的擾動，具有良好的安全性和可操作性。
1 橋樑基本情況
某高速大橋全長19638.22m，全橋共735跨，其中水中跨53跨，陸上跨為682跨，橋樑上部結構主要為預應力混凝土簡支空心板和預應力混凝土簡支T梁，下部結構主要為單柱式橋墩、雙柱矩形墩及三柱式橋墩，基礎主要為鑽孔灌注樁。2007年以來，某高速公司對大橋基礎進行了安全隱患排查及檢測，發現部分樁基入岩深度和承載力不滿足設計要求，樁基本身存在一般缺陷和樁底附近質量較差，部分有沉降趁勢。對存在問題的橋墩基礎某高速公司採用鑽孔灌注樁替換方案進行加固處理。
鑑於鑽孔灌注樁方案費用偏高，設計單位提出採用靜壓鋼管樁補強代替混凝土灌注樁替換的方案，以簡化施工、降低工程造價。鑑於此，某高速公司選取具有代表性的橋墩採用靜壓鋼管樁的方法進行加固，總結經驗和施工工藝，指導後續橋墩基礎加固工作。
2 加固方案
橋墩選取原則為:
(1)橋下淨空較低，後期施工難度較大的;
(2)承台比率較多的工字型、王字型承台墩;
(3)地質條件典型代表型的，能夠有效指導後期施工。
根據以上原則，選擇了以下4個橋墩，見表1。
表1 鋼管樁加固方案橋墩資料一覽表 下載原圖
不同的地質條件選擇不同直徑的樁基礎，根據設計單位的驗算結果，本次基礎加固試驗段選擇的鋼管樁規格為406×10mm、273×8mm及219×8 mm三種，具體參數如表2。其中YA5號墩採用273×8 mm鋼管樁;YD41號墩和YK31號墩採用406×10 mm鋼管樁;YL9號墩採用219×8 mm鋼管樁。
4個橋墩的主要設計參數見表2。
表2 橋墩鋼管樁情況一覽表 下載原圖
各個橋墩靜壓鋼管樁平面布置如圖1所示
圖1 靜壓鋼管樁平面布置圖 下載原圖
3 施工工序
加固前須對原橋墩承台附近進行檢查，如遇周邊土體變形、下沉或墩柱開裂等現象，應停止施工，同時針對開挖深度需在加固前進行確認，如開挖深度大於2m，則須上報設計單位待確認是否調整承台標高。依據設計圖紙，本次橋墩基礎加固內容如下:
(1)為保證加固施工過程中的結構安全，在加固前先設置貝雷梁支撐。
(2)新增承台，與原墩身通過鑿毛植筋連接。承台預留倒V型槽口，在槽口周邊預埋4根直徑32mm的精軋螺紋鋼筋，上設工字鋼橫樑做為反力架(如圖2)，橫樑與粗鋼筋通過螺母擰緊。
(3)在槽口內放入鋼管樁，樁頭為錐形實心圓鋼，通過橫樑下方的千斤頂壓入鋼管樁，鋼管間接頭通過車絲後連接或採用焊接連接，接頭塗抹黃油。
(4)單根靜壓樁壓完後，完全卸載，移開反力架。在鋼管樁內放入鋼筋籠並澆注C30細石混凝土。
(5)待鋼管樁內混凝土達到設計強度後，重新安裝反力架，壓樁至設計噸位後，在預留槽口內澆築C40特快硬混凝土。
(6)待槽口混凝土達到設計強度後，去除反力架，將反力架鋼筋部分割除，錨固在承台後澆混凝土內。
(7)按照設計順序壓其餘鋼管樁，將原有樁基反力部分轉換到新增樁基上來。
如圖2所示。
4 監測檢測
(1)施工過程中的監測
!對既有結構墩柱沉降監測以及原有樁基周圍土體變形監測:分析靜壓鋼管樁施工對既有結構的影響;
圖2 反立架立面圖 下載原圖
"對壓樁過程中承台受力監測:分析承台設計的合理性;
#對鎖定過程中鎖定力變化監測:分析鎖定力在鎖定過程中的消散情況。
(2)樁身混凝土質量檢測:通過檢測鋼管樁內混凝土的完整性，分析特定小直徑鋼管樁內混凝土灌注質量;
(3)靜壓樁單樁承載力測試:通過測試靜置48小時後的鋼管樁樁基承載力，分析鋼管樁的實際承載力是否能達到設計要求;
(4)車輛荷載作用時新增鋼管樁與原樁之間受力分配測試:通過在墩柱和鋼管樁上布設應變測點，測試車輛荷載作用下樁基的受力分配情況;
(5)動剛度檢驗加固效果:通過對既有結構基礎在群樁基礎加固前後動剛度對比測試，間接分析加固後橋墩基礎的承載力變化狀況;
5 監測檢測結果
(1)通過對各個墩柱的沉降觀測結果表明:整個施工過程中及加固完成後，加固橋墩及相鄰橋墩均未發生豎向位移;
(2)通過對各個樁基周圍土體變形監測結果表明:靜壓鋼管樁施工過程中對原有樁基有微小的擠壓作用;
(3)通過對壓樁過程中承台受力監測結果表明:在壓樁過程中，新增承台及原墩柱受力滿足規範要求;
(4)通過對新增樁基混凝土質量檢測結果表明:新增樁基全部為Ⅱ類樁;
(5)通過對靜壓鋼管樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果表明:鋼管樁單樁豎向抗壓承載力均滿足設計要求;
(6)通過對鎖定過程中鎖定力變化監測結果表明:除個別鋼管樁鎖定力有消散量外，其餘鋼管樁鎖定力基本穩定;
(7)通過對各墩柱進行車輛荷載作用時新增鋼管樁與原樁之間受力分配測試結果表明:荷載作用下，鋼管樁及新增承台分擔約32%的上部墩柱傳來的活載;
(8)通過對各墩柱進行加固前後整體剛度對比分析結果表明:加固後整體剛度提高約31%。
(9)通過對各個墩柱進行加固後一年的鎖定力變化監測結果表明:
(1)根據對YA5#橋墩跟蹤監測結果說明以強風化砂岩作為持力層的273×8mm靜壓鋼管樁加固方式具有長期有效性;
(2)根據對YD41#橋墩跟蹤監測結果說明以中砂層作為持力層的406×8mm靜壓鋼管樁加固方式具有長期有效性;
(3)根據對YK31#橋墩跟蹤監測結果說明以強風化砂岩作為持力層的406×10mm靜壓鋼管樁加固方式具有長期有效性;
(4)根據對YL9#橋墩跟蹤監測結果說明以強風化砂岩作為持力層的219×8mm靜壓鋼管樁加固方式具有長期有效性。
6 結論
與新增混凝土灌注樁相比，靜壓鋼管樁具有能主動置換原結構恆載、活載，新增鋼管樁受力比較明確、施工受橋下淨空影響較小。通過對3種型號鋼管樁比較，小直徑鋼管樁鎖定力消散量較小，施工難度較低。原有樁基承台結合較好、淨空較低、施工難度較大的橋墩，可以使用靜壓鋼管樁加固。採用靜壓鋼管樁加固基礎方便靈活、安全性較高，且效果顯著，在以後的基礎加固中可以廣泛使用。
參考文獻
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