微型钢桩托换技术在旧桥下部结构加固中的应用

李红霞 刘 秦

黄河科技学院（450063）

0 引言

随着时间的推移，新建的桥梁终究都会成为旧桥。在桥梁存续期间内，由于车辆，特别是超重车辆行驶，以及外界各种因素作用和影响，导致桥梁结构产生病害、出现缺陷，严重影响到桥梁正常使用。为了保证交通畅通，就需要对桥梁进行维修、加固和改造。当前我市公路施工中也存在大量旧桥需要加固利用，通过具体工程实践总结出一个可行的加固方案非常必要，以便于在其他桥梁加固工程中推广使用。

1 加固桥基本概况

河医公铁立交桥（高阳桥）旧桥部分建于1959年，原设计标准偏低，已接近使用年限，无法满足当前车辆通行荷载要求，上部17片T型梁老化破损严重;且按城市—A级荷载验算不能满足安全要求，对河医公铁立交桥（高阳桥）桥台需进行加固处理。

由于圬工结构（目前无设计和施工资料）旧桥墩可承受荷载潜力较大，在改建时若可利用，可有效缩短工期，节约投资；因无原始设计和施工资料，为了决策旧桥墩的保留或重建，对旧桥墩及其基础是否满足新桥梁设计荷载要求进行了检测。根据甲方要求由黄河水利委员会,采用了4种检测方式:外观检测、物探检测、槽探、地质钻探。检测结果表明:1）北侧桥台西侧、南侧桥台东侧护坡缺失严重。2）北侧桥台台帽未发现明显裂缝，路面标高111.519 m；台帽顶面标高 109.3 m，长 24.1 m，宽 85 cm，高30 cm，前墙宽 24 m，高6.4 m，倾斜角度为85°，不满足现行《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）中小跨径桥梁台帽厚度不小于40 cm的要求。3）南侧桥台台帽未发现明显裂缝，台帽长24.1m，宽85 cm，高47 cm，满足《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）中小跨径桥梁台帽厚度不小于40 cm的要求。

此外，黄河水利委员会采用回弹法推定北侧桥台台帽混凝土强度值为35.8 MPa，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）钢筋混凝土构件强度等级不低于C20的要求；台身：通过地质钻探和室内抗压强度试验，岩石试件最小抗压强度值为75.98 MPa，满足《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）中桥墩台MU40石材抗压强度要求;基础:基础范围长10.03m，24.38m，1.97 m；回弹法推定混凝土强度值23.1 MPa，不满足《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）中桥基础材料最低强度等级C25要求。基底:1）基底应力验算，基底侧边缘最大应力231 kPa，大于地质钻探土工试验结果180 kPa，地基承载力不满足要求。2）基底稳定性验算:①抗倾覆安全系数最小值11.42，大于最小抗倾覆系数1.50，满足要求；②抗滑安全系数最大值1.23,小于最小抗滑系数1.30，不满足要求。

经过对该成果报告的分析，在充分论证的基础上，认为桥墩台上部结构予以拆除后针对原桥墩台抗滑移、地基承载力不满足设计要求进行加固补强。

2 加固设计方案

微型钢桩托换是指采用多根直径较小的钢管无砂混凝土桩对原桥墩台及地基进行加固的技术，它通过微型刚桩和原桥墩台组合在一起实现了共同受力连接，同时抗倾覆能力、承载能力得到加强的加固目的。本项目采用直径20 cm的微型钢管桩，计算中偏安全地仅计入新增微型桩基的侧壁摩阻力，不计其桩端承载力。

微型钢管无砂混凝土桩加固具体措施是:

1）每根原桥墩台槽中采用56根直径20 cm微型钢桩加固，微型钢桩按摩擦桩。微型钢桩深入地基土距原桥墩台基础底面不小于13.5m。

2）按图纸要求进行微型钢桩平面定位，挖出原桥墩台上部结构后，采用地质循环钻钻孔，打入钢管后，在孔内浇筑无砂混凝土。

3）加固应注意原桥墩台内过厚的片石层的施工，注意刚桩底部封底混凝土的浇筑。为减少对原桥墩台和下部地基的扰动，施工时逐桩处理。

3 微型刚桩加固方案计算

1）加固方案竖向承载力计算:

由上述黄河水利委员会检测和计算，基底侧边缘最大应力231 kPa,大于地质钻探土工试验结果180 kPa。经微型刚桩加固后计算，长24.1m，宽85 cm的组合桥台组合反力为241 kPa。采用微型钢桩加固后，该组合反力由微型刚桩和原墩台地基共同承受，偏安全计算，其受力分配如下:

组合反力=原墩台地基承载力+微型钢桩提供的桩承载力。

计算过程如下:

①微型钢桩单桩受力计算

考虑微型钢桩部分托换原桥墩台，微型钢桩与原桥墩台共同作用承受桩顶轴力，则单根微桩受力为KN，考虑1.2的偏载系数，则单根微型钢桩受力为P=276.1 KN。

②微型钢桩单桩轴向受压容许承载力计算

采用嵌岩桩计算公式，为［P］=（c1A+c2Uh） Ra，其中 A=0.03 m2，U=1.256 m，h=0.5m，根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）查表取值c1=0.5，c2=0.04，Ra=10 000 KPa。 代入公式计算则［P］=（0.5×0.03+0.04×1.256×0.5）×10000=401.2 KN，式中，Ra=10 Mpa为偏安全取值,实际微风化岩层轴压强度应当大于10 Mpa。

由上述计算可知,每个原桥墩台采用56根微型钢桩加固措施是安全可靠的。

2）加固方案抗滑稳定性验算:

由上述黄河水利委员会计算，抗滑安全系数最大值1.23，小于最小抗滑系数1.30，不满足要求。

根据根据 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）抗滑计算公式10.37×24.38×22=5 562 KN；按粉土考虑，摩擦系数μ取0.35；抗滑移安全系数最大值1.23；反算出Σ Ti=1 582.7 KN。由抗滑公式新增56根微型刚桩后ΣPi=5 562 KN+56×22×0.2×0.2×13.5 KN=6 227.2则抗滑稳定性满足要求。

4 结论

经过充分论证，本项目采用微型刚桩托换技术对原桥墩台及地基同时进行加固处理是可行的，因为刚桩具有:①承载能力高；②沉降量小；③桩孔孔径小，对原桥墩台几乎不产生附加力，且对地基土扰动小；④适用本项目的工程条件等特点。根据现场条件,本项目满足微型刚桩托换的机械施工条件。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基础规范[S].

[2] 冯宇.浅淡旧桥检测与加固技术的应用[J].山西交通科技,2007,2.

[3] JGJ94-94,建筑桩技术规程[S].