微型桩在桥梁加固工程中的应用

廖莲姣

（深圳市综合交通设计研究院，广东深圳518003）

1 工程概况

创业路立交位于深圳市宝安区创业路与G107国道的交叉处，东西面距南头联检站约800 m。该立交的建成，既保证了过境交通的顺畅，也为新老城区的发展贡献了较大的经济效益和社会效益，同时美化了城市环境（见图1）。

图1 创业路立交桥实景

该立交工程主要由立交桥和引道两部份组成，其中立交桥：按匝道分为十座桥，共有20联，96跨，总长为1 992.58 m。除F1联为预应力混凝土简支箱梁外，其余均为预应力混凝土连续箱梁；每联最多8跨，最少2跨，每联间均设置BEJ伸缩缝，部分桥台处桥面连续。

创业路立交自1997年竣工通车以来，多次产生支座位移等病害，并且部分墩台在该项加固工程前已经加固过，但仍然存在不少问题。其病害特征主要体现在：曲线梁整体向曲线外侧偏移，纵向滑移，导致端部共用墩处限位挡块损坏；或两匝道桥互相顶死，匝道桥两联之间桥面错位，独柱墩支座上的横向位移过大，导致有支座失效的可能。

根据计算结果将桥梁圆形中墩扩大为强大的花瓶型固结墩后可有效地约束曲线梁上部主梁偏位。由于该工程中主要施工面位于现状立交桥下，桥下净空限制了桥梁桩基的施工，且地铁五号线隧道穿越加固作业面等，针对基础加固施工空间受限的施工特点，基础加固拟采用钢筋混凝土微型桩基础。

2 方案比较

现况桥的桩基采用摩擦桩与支承桩两种，桩直径d1200 mm。基础覆盖层主要是第四系堆积物和沉积物，基岩为风化程度不同的燕山期侵入花岗岩。

在同一基础中不宜采用两种不同的基础形式，加固基础方案尽量与原基础一致，因此进行了传统的桥梁桩基础和微型桩基础的比选。

（1）采用桩直径d1200 mm与现况桥相同的基础形式。对于该项工程，由于柱子截面加大且内力增加较大，承台面积须增加较大，新增桩基与原有基础共同承担柱传递来的荷载。但由于在现况桥下施工，桥下净空小于等于7.5 m，这种大桩径，施工机械操作困难，如采用人工挖孔桩，地下水位较高，施工安全性差。故最终舍弃这一方案。

（2）微型桩加固基础处理：

即通过微型灌注桩与既有基础共同作用将上部结构荷载的全部或一部分传至下面坚实土层的方法。

由于微型桩施工机具较小，灵活方便；桩身直径小（d≤250 mm）,在施工中对原基础影响较小；承载力较高，加固牢固可靠；现场基坑开挖量小，工程进度快，故在工程加固工程中被广泛应用。在该项工程中用此方法，也解决了新增柱下的基础问题，故最后决定采用此方法。

固结墩加固加大墩身截面成扁矩形。具体尺寸为顶部 B=5.0 m，H=1.5 m；底部 B=4.0 m，H=1.5 m。横桥向设置R=14 m的圆曲线过渡墩身截面，变化范围按3.7 m控制。在原墩柱桩基连接处，增设一矩形承台，承台宽2.5 m，长5.0 m，高2.0 m；承台采用C30混凝土，现场立模浇注施工。在原有桩基四周施工一组共22根微型桩，桩径d250 mm，桩长暂按25 m设计，桩平面按梅花状布置，间距@600×950 mm；桩身采用C30水泥浆灌注，钻孔灌注桩法施工。

在微型桩基础加固过程中，一个重要的问题是保证将上部结构的荷载可靠地传递到微型桩上去，并与旧基础共同工作。在该工程中，由于旧柱不能满足强大的刚度要求而进行了外包加固，故在桩顶上做一承台与柱外包部分浇成一体，从而保证柱子内力向微型桩的可靠传递，新旧的柱基接合情况见图2所示。

图2 新旧柱基接合结构断面图（单位：cm）

3 处理措施

由于微型桩具有承载力高、沉降小、可承受抗拔力、施工灵活方便等优点。

3.1 施工工序

主要施工工序有：成孔→清孔→安放钢筋笼→注浆成桩。

（1）成孔：一般采用地质钻成孔法，具体视工程及地质条件，可采用干成孔或泥浆护壁循环成孔。

（2）清孔：若采用泥浆护壁循环成孔，则成孔后应进行水冲清孔。

（3）安放钢筋笼：清孔后应及时安放钢筋笼。若受桥下净空限制，钢筋笼可分节制作，安放时再进行焊接。

（4）注浆成桩：一般采用一次灌浆法，具体施工可采取下列两种方法。a.先向孔内抛小石子（石子粒径一般为15～20 mm），然后向孔内压力注水泥砂浆或净水泥浆。b.直接向孔内压力注水泥砂浆。注浆压力一般为0.3～0.6 MPa。为保证注浆质量，水泥净浆和水泥砂浆均应掺入一定数量的高效减水剂。

3.2 原桩基础与微型桩荷载分担

在基础加固设计中，新旧基础的荷载分配是一个复杂而重要的问题。若将原基础荷载分担比例定得过小，则微型桩的长度或数量将增加，从而导致工程造价的提高；若将原基础的荷载分担比例定得太高，必然导致原基础的承载力过大，若桩端作用在较好的土层时，由于新旧基础必须满足变形协调（同步沉降）条件，这样容易造成微型桩所承受的荷载过大，甚至超过其极限承载力。

在微型桩施工时，封闭施工段匝道交通，原基础主要受既有桥梁结构重力作用，而汽车荷载为零；而在开放交通桥梁的正常使用时期，上部结构自重及活荷载将由原基础与微型桩基础共同分担。

3.3 微型桩的桩长与承载力

（1）桩长：对该工程既有桥梁桩基类型有摩擦桩和支承桩（嵌岩桩），桩长采用与原基础桩长一样长。

（2）桩数：桩的根数根据承台上的竖向荷载和单桩容许承载力估算，还应考虑桩基水平承载力要求。该项目一个固结墩基础加固经计算和综合考虑，采用了22根d250 mm,平面布置如图3所示。

图3 平面布置图（单位：cm）

（3）承载力：微型桩单桩承载力应该由单桩静载荷试验来确定，但在该工程中，由于工程的紧迫性，故没有时间及场地来做静载荷试验。

微型桩承载力的计算方法很多，其中最常用《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）中的经验公式法。实践证明，用规范的经验公式法初估单桩承载力对微型桩是偏于安全的,因为微型桩是采用压力灌浆的方式灌注水泥砂浆或水泥浆而成，一部分浆液渗入桩周土体（特别是对于粗颗粒土），与普通灌注桩相比桩与桩周土体结合更加紧密。

4 结语

创业路立交桥维修加固工程于2008年10月8日完工投入使用，安全运营2 a后，2010年9月《创业立交桥加固竣工验收试验报告》结论：经施工前后的检测数据对比，梁体相对滑移主要发生在加固施工完成前，横向限位装置状态正常；采用微型桩的扩大截面墩柱及基础工作状态良好；桥梁原有病害得到了的抑制，其所加固部位工作状态满足此次加固设计要求。

（1）该工程共用66根微型桩对B型固结墩A17、B17、B18墩基础进行了加固，满足了上部结构的要求。

（2）在用微型桩进行基础加固时，新旧基础的荷载分担应按共同工作的方法来考虑。

（3）《公路桥涵地基与基础设计规范》中的经验公式确定微型桩的单桩承载力是可行的，偏安全的。

（4）微型桩直径小，可以穿透各种土层和障碍物，不受场地和空间限制，施工噪音小，振动小，所以对原基础影响小；而且微型桩承载力高，沉降小，加固牢固可靠，是一种很好的基础加固方法。

（5）设置微型桩既解决了现状桥梁对桩基施工机械净高限制的问题，也能满足作为桩基的承载能力要求。施工工艺简单、效果明显。