第３Ｏ卷第１２期 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｚ．３０Ⅳ０．１２ ２０１４年６月 Ｊｕｎ． ２０１４ 增补桩基法在石亭江大桥加固中的应用 王安邦。，张磊强 ，陈 权 ，苟茂森 （１．四川路桥桥梁工程有限责任公司，四川成都６１００３１；２．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０） 摘要：增补桩基法是一种对旧桥下部结构维修加固的方法。介绍了增补桩基法在石亭江大桥加固中的理论分析 及应用情况。通过实践证明，增补桩基法在对石亭江加固中可以极大提高旧桥结构的承载能力，增加基础的稳定 性，延长旧桥的使用寿命，且加固效果显著，施工周期短，具有较好的经济效益。 关键词：旧桥加固；承台；增补桩基法；承载力 中图分类号：Ｕ４４２ 桥梁在运营过程中由于桥龄老化、偶然超载、自 然灾害等因素将不可避免地发生各种病害。因此对 弱层，墩台发生沉陷；且由于风蚀、水蚀或冲刷等原 因使桩基外露或发生倾斜。考虑通过增加桩的数 旧桥梁进行维修加固具有重要的意义。桥梁下部结 构的缺陷有基础的沉降和不均匀沉陷，基础的冲刷 和倾斜，墩、台及基础承载力不足。对桥梁墩台加固 的常用方法有：钢筋混凝土墩台结构套箍或护套加 固法、桥台滑移倾斜处理、人工地基加固法、扩大基 础加固法、增补桩基法、高压喷射注浆法、灌浆法等。 增补桩基法的优点是不需要抽水筑坝等水下施工作 业，且加固效果显著；缺点是需搭设打桩架和开凿桥 面，对桥头原有架空线路及陆上、水上交通均有一定 影响。 量，扩大承台面积，提高基础承载力。因此，决定采 用增补桩基法来维修加固桥梁。 石亭江大桥从地基土的分层和物理力学性质以 及桩的尺寸和设置方法上来看，这些因素都会影响 桩的受力状态。通过对桩的受力分析，该旧桥的增 补桩基法应采用摩擦桩的桩基形式。 对单排架桩式桥墩采用打桩（或钻孔灌注桩） 加固时，由于石亭江大桥原桩距较小且通航净跨允 许缩小，故在该旧桥的原排架两侧增加桩数，改为三 排式的墩桩。 １ 工程概况 石亭江大桥为３０ｍ跨径双幅预应力简支Ｔ梁 ３桩基础加固的理论设计计算 ３．１单桩容许承载力的确定 桥，桥墩设计为圆柱墩＋灌注桩基础，单幅每排‘Ｐ １．５ｍ桩基２根，‘ｐ１．４ｍ墩柱２根，桩顶设系梁一道。 由于石亭江大桥的上部荷载和扩大的承台（或 盖梁）自重将有相当一部分由补桩传递到持力层及 其以下的土层中，从而使原本承载力不足的（如由 于桥梁改造拓宽引起基础所受的荷载增加）基础能 够满足要求。因此，正确确定单桩的容许承载力就 由于河道长期违规采砂严重，河床不断下降，河流对 桥墩形成严重冲刷，又遭遇五十几年不遇的洪灾，河 道冲刷下降严重，最深冲刷达１Ｏ多米。 洪灾过后，经对石亭江大桥进行了外观检查和 静、动载实验发现梁底混凝土已不承受拉力，主梁刚 度已明显较低，且存在单梁现象，Ｔ梁容易发生脆性 破坏，动载试验说明整体刚度已小于理论值，且河道 内桩基外露较为严重，桩基有效长度已经不能满足 设计承载力要求，大桥需采取断道措施，对桥墩桩基 进行加固处理。 非常重要。同时，正确的单桩容许承载力是合理确 定补桩数量和补桩长度的依据。 摩擦桩轴向容许承载力的计算公式为： １ ［Ｐ］＝÷（胁 ＋ＡｏｒＲ） 二 （１） （２） ｏｒＲ＝２ｍｏＡＬ［ ０］＋ ｙ２（ 一３）ｊ １ ＝÷ ．ｒ （３） ２加固方案 鉴于石亭江大桥河床冲刷严重，桩基外露严重， 且桥墩下降较为严重；又因为桥梁墩台基底下有软 式中：（／＿一桩身周长；ｌ 、．ｒ ——分别为桩穿过的各土层厚度及其相 应的与桩身间的极限摩阻力； ——各土层内桩身平均截面积； 第１２期 王安邦等：增补桩基法在石亭江大桥加固中的应用 １０７ ．『 ——桩侧平均极限摩阻力； ——桩底极限承载力； ［ 。］——桩底处土容许承载力； ｍ。——清底系数； Ａ——修正系数； ——地面容许承载力随浓度的修正系数； ｙ ——桩底以上土的容重； ＾——桩底的埋置深度。 ３．２桩的沉降计算 在竖向荷载Ⅳ作用下，桩顶的沉降Ｉｓ有３部分 组成，即桩身混凝土的压缩Ｓ ，桩底岩土的变形Ｓ， 和沉渣的压缩Ｓ，组成，即： Ｓ＝Ｓ ＋Ｓ，＋Ｉｓ。 （４） 设桩身混凝土、桩的岩土和沉渣均处于弹性变 形状态，并已知桩周的摩阻力Ⅳ，＝ ｒｉ和桩底 岩土的抵抗力 ，且Ｎ＝Ⅳ，＋Ⅳ６，则 ．ｓ ＝ ＝ （ 一 ）＝ （・一 ）㈣ 式中：Ａ——桩身截面积； Ｚ——桩长； Ｅ ——混凝土弹性模量。 其中，Ｐ： Ｎ； ＝ 。 ．ｓ，：一 型 Ａ＾Ｅ， （、 ６） 式中，Ｅ，——桩底岩土的变形模量； Ａ，——岩土的泊松比； Ａ ——桩底截面积； 比——桩底直径。 由于石亭江大桥没有扩大桩头，则： ｕ ｓ，： ｒ— （１＼Ｉ Ｉ｜， （７）＼‘ ｓ，＝ （８） 式中：ｈｓ——沉渣厚度； Ｅ，——沉渣变形模量。 ３．３群桩的承载力 在计算时，可把单桩承载力折算成群桩的承载 力，用Ｃｏｎｖｅｒｓｅ—Ｌａｂａｒｒｅ公式作近似计算，取群桩 的效率系数为叼＝ 差昌 。效率系数 按下式计算： 叼＝—ａｒｃ￣ ｎ （ｄ／ｓ）× （９） 式中： ——群桩的效率系数； 桩的直径，ｍ； ｓ——桩的中心距，ｍ； ｍ——群桩中桩列的数目； ｎ——１个桩列的桩数。 ４构造措施 加桩时，在原有承台上再加一层新承台，把上部 传来的荷载通过新承台传递到新桩。为使上部荷载 由墩身很好地传递给新建承台，在新建承台与既有 承台接触范围内，将原承台凿成锯齿状剪力键设置 钎钉；采用植筋法连接新老承台，即通过植入的钢筋 承接和传导弯矩及剪力，并使新旧混凝土形成有机 整体，以达到扩大原承台尺寸的目的。植筋采用的 钢筋为ＨＲＢ４００级带肋钢筋。 承台的顶面和侧面的设置防裂钢筋网，采用 ＧＢ／Ｔ １４４９．３—２００２定型产品Ｉ）６，净保护层厚度为 ３ｃｍ。承台施工按大体积砼施工规范，采用低水化 热水泥，同时采取降温措施。承台施工时，应先在承 台底浇筑１５ｃｍ厚Ｃ３０垫层砼。 为加强新旧混凝土的结合，应把原承台有蜂窝 或空洞缺陷部分尽可能凿除，并对新承台下的加桩 桩顶部分进行凿毛处理，使之露出新鲜混凝土，让混 凝土表面保持湿润、清洁。在完成以上工作后，立即 在钢筋及其周围的混凝土上涂抹一层水泥浆液或其 他胶粘剂，把浆液仔细地涮进混凝土内并均匀地涮 到钢筋上。同时，在浆液涂抹尚未凝固时，立即浇筑 新的混凝土。 加强筋Ｎ２每隔２ｍ设一根，对应Ｎ２均为设置 ３根支撑筋Ｎ６（Ｎ６应与Ｎ２钢筋焊接，钢筋笼下放 后可割除Ｎ６），同时在桩基四周对应Ｎ２均设置４根 定位钢筋Ｎ５。钢筋笼主筋在桩底可适当内弯，部分 受承台构造限制的主筋可不做成喇叭形。大桥加固 桩基钢筋如图ｌ所示。 原桩基外包下端（承台以内）２５９ｃｍ范围需将 原外包时的砼凿除。承台施工前应对原桩基外露 部分的外形进行整理，不得损失原桩基，清洗原桩 基表面，以确保承台与原桩基结合成整体。外包 钢套筒系为防止河道内卵石对桩基的撞击和腐蚀 而设，钢套筒壁厚１２ｍｍ，材质为Ｑ２３５ＮＨ耐厚钢， 钢套筒上端应伸人承台５ｃｍ。桥墩加固构造如图 ２。３所示。