桥梁桩基础的加固设计

李瑞云，马亚军

（德州市公路勘察设计院）

1 桥梁结构桩基础病害的原因分析

桩基础是整个桥梁结构最为重要的组成部分之一，一旦其出现问题，势必会对桥梁的整体稳定性和安全性造成影响。然而，由于我国的桥梁桩基础基本采用的都是钢筋混凝土结构，从而使得桩基础很容易发生病害。下面重点对桥梁桩基础病害的产生原因进行分析。

1.1 混凝土碳化

通常情况下，混凝土本身属于碱性材料，其能够在钢筋表面形成一层碱性保护膜，可以确保钢筋免遭酸性介质的侵蚀。当混凝土发生碳化反应时，其自身的碱性会显著降低，这样一来就会造成钢筋保护膜被破坏，在水分及其它介质的侵入下，钢筋便会很快被锈蚀，从而导致混凝土结构开裂，当裂缝发展严重时，桩基结构的稳定性便会受到影响。

1.2 碱骨料反应

当水泥中的碱与骨料中所含的活性硅发生反应时，便会生成凝胶，在这一过程中，碱骨料会吸收大量的水分，从而形成膨胀压力，当该压力超出混凝土极限承受力时，便会导致混凝土结构开裂。碱骨料对混凝土结构的破坏要比一些耐久性破坏发展的更快，造成的后果也更加严重。一旦该情况发生，很难获得有效控制，短则1年，长则2年，便会使混凝土结构出现明显的开裂现象，结构稳定性也会随之大受影响。

1.3 冻融循环破坏

当水渗入到混凝土中以后，其便会在低温的作用下结冰膨胀，这样一来便会造成混凝土内部结构被破坏。如果在多次冻融循环的作用下，那么会使混凝土的强度大幅降低，从而出现剥落酥裂的现象。由该原因引起的混凝土剥落，在最初时粒径仅为2～3mm，伴随着使用年限的不断增加，剥落的直径也会随之不断扩大，其发展速度非常快，若是处理不及时，则会引发严重的后果。

2 桥梁桩基础加固设计原则

桥梁的桩基础一旦出现病害，便需要及时对其进行加固处理。然而，由于桩基础埋于地下，所以必须确定出科学合理、切实可行的加固方案。基于此点，在对桥梁桩基础进行加固设计时，应当遵循以下原则。

2.1 应分清加固性质

在对桥梁桩基础进行加固设计前，应当认真做好病害检测分析，并根据鉴定评价结果，确定具体的加固设计方案。较为常见的桥梁桩基础加固设计主要有以下几种：强度加固、刚度加固、耐久性加固。其中强度加固主要是为了确保结构的整体安全性；刚度加固则是为了确保桥梁结构的正常工作需要；耐久性加固是对已经出现损伤的部位进行修复，以此来避免病害情况的继续发展，有助于提高结构的可靠性并延长其使用年限。

2.2 经济性原则

在对桥梁桩基础进行加固设计的过程中，应当尽可能以最小的投入获得最大的产出，简单来讲就是要在确保满足桩基础加固要求的基础上，尽可能降低成本，以此来获取最大的经济效益。

2.3 合理性原则

桥梁桩基础加固设计应当遵循合理性原则，即采用的加固技术应当科学合理、切实可行，并且还应符合被加固桥梁的需要，绝对不可套用其他工程中使用的加固技术，必须以实际加固情况确定加固技术，这样不仅能够进一步提高加固效果，而且还能有效地降低成本。

3 桥梁桩基础加固设计方法

为了便于本文的研究，下面通过几个工程实例对桥梁桩基础加固设计方法进行研究。

3.1 增补桩基加固设计法

当桥梁桩基础的承载力不足时，为了进一步提高其承载能力，可通过增加基桩并扩大承台来分散墩台的压力。具体来讲，就是在原有的桩基础周围，补加新的钻孔灌注桩，并对原承台进行扩大，再将之与桩顶紧密连接到一起，借此来提高桩基础的承载能力，增加其稳定性，这便是增补桩基加固法。这种加固设计方法具有以下优点：无需水下作业、加固效果良好，唯一的缺点是会对交通运行情况造成影响。下面通过工程实例对该加固设计方法进行分析。

某桥梁兴建于1999年，因当时资金有限，故将其建设成为漫水桥。桥梁上部结构为装配式空心板，桩基础为钢筋混凝土灌注桩。目前，该桥梁无法满足输水要求，需对其进行改造，由于桥面整体抬高、加宽，加之设计荷载增大，使得原有的桩基础无法满足要求。为此，决定对桩基础进行加固处理。经多方面研究后，决定采用增桩加固法，这样一方面能够使原有的桩基础得到充分利用，另一方面能够有效地降低成本。考虑该桥梁经受河水冲刷情况严重，并且桩基础所在位置存在地震可液化土层，为了进一步确保桥梁结构的安全性和稳定性，在设计时将新增的桩基础深入到强风化岩2 m的位置处。经过本次加固处理后，该桥梁并未出现任何问题，加固效果良好。

3.2 微型桩加固法

该方法主要指利用一些直径较小的钢管混凝土桩对原有的桩基础进行加固处理。其具有以下优点：承载能力高、施工占地面积小、沉降量小、孔径小、对原桩基础扰动小等等。下面通过工程实例对该加固设计方法进行分析。

某桥梁为公路桥，桥宽5.5 m上部结构为预应力空心板，桩基础为混凝土钻孔灌注桩，直径1.5 m。因该桥梁所在地的农业发展速度较快，从而使得交通规模发生了巨大变化。为此，决定对桥面进行加宽处理，从原有的5.5 m增至8 m，为了确保桥梁结构的整体稳定性，经现场勘察和加固方案的比较分析后，决定采用微型桩加固法。本工程采用直径为30 cm的钢管，并在每根原桩基础中采用4根钢管进行加固处理，微型桩嵌入风化岩的实际深度应不小于50 mm。首先，按照图纸要求进行平面定位，然后在原桩基础侧面进行植筋，并浇筑混凝土。整个加固过程中需注意排水处理和封底混凝土的浇筑质量，为了尽可能降低对原有桩基础的扰动，施工过程中应当采用逐桩处理的方式进行。通过加固处理后，该桩基础能够满足桥面加宽的承载力要求。

3.3 桩身补强加固法

该方法主要是通过补浇混凝土或是增设桩头钢筋，对已经受损的桩基进行补强处理，以此来提高桩身的强度、抗弯能力和抗腐蚀性。下面通过工程实例对该加固设计方法进行分析。

某桥梁全长13 m，宽5.7 m，总孔数为16孔，桩基础结构为桩柱式墩台，桩径1.0 m。随着近些年来，河床被逐渐淘空，河床整体下降约2 m左右，在对桩基础进行勘察中发现，桩基裸露情况非常严重，最为严重的地方已经暴露至桩顶以下4 m左右的位置处，混凝土也出现大面积脱落，最大长度为2.5 m，致使桩基础中的钢筋外漏，并严重锈蚀，桩基承载力受到严重影响。经过研究分析后，决定采用桩身补强加固法对该桩基础进行加固处理。首先，按照桩基的实际破损程度确定出补强范围，然后按照有关规范的要求将补强钢筋与桩身内部完好的原钢筋牢固焊接到一起，并安装模板浇筑混凝土。通过该方法对破损严重的桩基进行处理后，桩身的强度明显增加，实践证明该方法的可行性较高，值得在同类工程中推广使用。

3.4 扩大基础加固法

该方法具体是指在桩基础周边通过对基础进行扩大的方法进行加固处理，使桩基和基础形成一体，提高整体结构的稳定性。下面通过工程实例对该加固设计方法进行分析。

在对某交通桥梁进行检测的过程中发现，其每根桩基础都有非常明显的露筋现象，并且钢筋裸露的长度较长，极个别的桩柱上还伴随出现空洞和蜂窝。桩基一旦发生露筋，不仅会使桥梁结构的承载力降低，而且桩基的弯矩和承受能力也会逐渐降低，为此，必须对其进行加固处理。由于该桥梁的桩基为摩擦桩，从而使得露筋的处理难度增大，经综合考虑后，决定采用扩大基础加固法对其进行加固。首先，按照JTG D63－2007中的有关要求，确定出扩大基础的埋置高程，本工程为14.00 m，符合规范中的最小埋置深度，扩大基础采用C20混凝土，基础自重为596 kN，然后进行连接验算，确定出嵌入深度，并按照该深度要求进行可靠连接。经验证采用该方法进行加固处理效果良好。

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