大桥加固过程中新桩对已有桩基影响研究

王丽欣　杨　钊　陈培帅

(中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉　430040)



大桥加固过程中新桩对已有桩基影响研究

王丽欣杨钊陈培帅

(中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉430040)

结合某桥梁加固工程实例，探讨了新桩施工与冲孔挤土对已有桩基的影响，分析了新桩施工过程中已有桩基弯矩承载力，得出了一些结论，为工程施工提供了依据。

桥梁，桩基，承载力，冲孔挤土

1　工程概况

某大桥主桥23号墩原桩基长度 47 m，在中细砂层中的长度约为17 m,在卵石夹土层中的长度约为15 m。现需对桥梁进行基础加固，桩基加固工程过程中，新桩对已有桩基可能存在的影响主要包括：已有桩基侧摩阻力和端承力是否有较大变化；新桩施工附加弯矩是否会导致已有桩体破坏[1-5]。

新桩和已有桩直径均为1.5 m，桩体净间距为1.5 m。施工过程中前10 m采用振动锤下放钢护筒，采用正循环系统出渣，后续部分采用冲击成孔方式。已有桩和新桩总长度分别为47 m和60 m，承台传递至已有桩顶部荷载为2 200 kN。

2　新桩施工对已有桩桩基承载力的影响

建立有限元模型，开展新桩施工对已有桩桩侧摩阻力和端承力影响研究，计算模型如图1所示。

已有桩基为摩擦桩，桩体下部为素混凝土，桩基自重约为1 900 kN，桩顶承台传递荷载为2 200 kN，提取各个工况条件下桩端反力，根据力平衡计算桩侧摩阻力变化，如表1所示。计算结果显示，已有桩端端承力在新桩施工过程中变化很小，表明已有桩基较稳定，未发生因挤土或冲击荷载等造成的较大的桩侧摩阻力变化[6-8]。

表1　桩端和桩侧阻力　kN

3　新桩施工过程中已有桩基弯矩承载力分析

桩体直径为1.5 m，按照《混凝土结构设计规范》，由已有桩基配筋图可知，桩体上部25 m极限弯矩值为2 300 kN·m，桩25 m～35 m处极限弯矩值为1 200 kN·m。

已有研究资料表明，冲击成孔过程中，随着冲击荷载深度的增加，桩身剪力和弯矩呈现先增大后减小的趋势，这是由于冲击荷载位于地面位置时，其动力冲击影响范围较小，随着冲孔深度的增加，冲击荷载的影响范围呈现先增加后减小的趋势，影响范围越大则挤土效应越明显，附加弯矩愈大。

计算结果显示，本工程已有桩弯矩最大值随冲击荷载深度增加呈现逐渐减小并逐渐趋稳的态势，这是由于新桩前10 m采用钢护筒+正循环出渣工艺，开始冲击成孔工艺时，在上部土层压力作用下，桩周土层形成较好的包裹约束作用，并且约束作用随深度增加而增加，因而有效降低了冲击荷载的影响。计算结果表明弯矩最大值对应冲击荷载深度为14 m，最大值为904.7 kN·m，远小于已有桩基的临界荷载值，即新桩施工不会对已有桩基桩体的安全性造成影响。弯矩最大值随冲孔深度变化见图2，冲孔成桩见图3。

4　冲孔挤土对已有桩的影响

新桩冲孔成桩过程可能会产生挤土效应，主要表现在两个方面：一是土体挤压密实导致土体产生水平向和竖向位移，若土层的压缩性能较差或者空隙较小可能造成已有桩发生偏斜；二是挤土过程中若空隙水压力未及时消散将破坏已有桩周围土层结构，造成浅桩上浮或深桩后续二次沉降[9]。

本工程挤土地层主要为细砂和卵石土层，两种土层均可形成

较好的排水通道，因而超空隙水压力的影响可以忽略不计。卵石土层挤压过程中细粒土可以有效填充卵石孔隙，因而不会对已有桩造成较大的位移影响，反而挤密过程可以提高已有桩土层的侧摩阻力系数，提高已有桩承载力。细砂层压缩性能较差，会对已有桩产生较大附加水平力，然而由于细砂土层冲孔成桩厚度只有7 m，且由上节弯矩和桩端阻力计算结果可知，细砂层对桩体稳定性的影响也可以忽略不计，此结论由图4亦可得到验证，即细砂层冲击荷载作用下地层应力分层分布态势并未改变。

5　结语

本文开展了大桥加固过程中新桩对已有桩基的影响研究，主要研究新桩对已有桩基承载能力的影响、新桩施工过程中已有桩基弯矩承载力分析和冲孔挤土对已有桩基的影响。研究结果表明：已有桩端端承力在新桩施工过程中变化很小，表明已有桩基较稳定，未发生因挤土或冲击荷载等造成的较大的桩侧摩阻力变化；新桩施工过程中，已有桩基受力状态远小于临界荷载值，不会对已有桩基桩体的安全性造成影响；冲孔挤土不会对已有桩产生较大影响。

[1]董志方.PHC管桩施工过程中的质量控制[J].山西建筑，2011，37(7)：215-216.

[2]陈大江,李龙.增补桩基法在桥梁桩基冲刷病害中的应用[J].工程与建设，2015(5)：95-96.

[3]高力,吴春华.桥梁桩基设计研究[J].现代商贸工业，2009(17)：45-47.

[4]冯俊淋.桥梁桩基施工质量控制的要点[J].黑龙江交通科技，2013(7)：52-53.

[5]陈继平,陈必慧,江周勇.超声波法在桥梁桩基检测中的应用[J].山西建筑，2009，35(11)：305-306.

[6]袁以堂,覃荣斌,黄启明.浅谈桥梁桩基缺陷成因及处理措施[J].西部交通科技，2010(6)：81-82.

[7]郭瑞军.新建建筑物对桥梁桩基结构的影响分析[J].北方交通，2015(1)：32-33.

[8]黄为民.浅谈桥梁钻孔灌注桩施工体会[J].山西建筑，2007，33(19)：103-104.

[9]叶元芬,高云峰.某桥梁钻孔灌注桩掉钻分析及治理[J].城市道桥与防洪，2015(12)：24-26.

On influence of new piles on existing piles in bridge consolidation process

Wang LixinYang ZhaoChen Peishuai

(TheSecondHarborEngineeringCompany,CCCC,Wuhan430040,China)

Combining with the consolidation project of some bridge, the paper explores the influence of the new pile construction and punching and earth-squeezing on the existing pile foundation, analyzes the moment loading capacity of the pile foundation in the construction of the new piles and achieves some valuable conclusion, so as to provide some reference for the projects.

bridge, pile foundation, loading capacity, punching and earth-squeezing

1009-6825(2016)23-0163-02

2016-06-09

王丽欣(1984- )，女，工程师

TU473.1

A