市政旧桥加宽桩基础沉降施工控制技术研究

张兴伟

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072000）

1 引言

随着我国交通量的迅猛增长，现有的部分交通已逐渐踏入饱和状态。为避免出现交通拥挤等交通事故，需对现有的公路桥梁进行整治，因此有了相应的治理措施，既旧桥的加宽改造。

2 工程概况

古滇项目环湖路片区通道与环湖南路衔接工程拓宽桥梁及车行通道工程总长3.04721km，根据既有桥梁的情况需设置3座桥梁，中桥87.2m/3座，主线桥桥梁所占比例为2.9%，其中两座中桥利用既有桥梁，宽度不足采用桥梁拼宽的方式，加宽后与本项目路基宽度相同。

新建K4+803.341车行通道下穿K4+804老桥，桥型布置示意图见图1所示，该桥左幅加宽9m，原旧桥桥下净宽17.5m，框架净宽12m，二侧墙厚度0.8m，故二侧土体净宽仅1.95m；该通通道为全幅新建，横穿环湖南路，下挖深度比较深，刚好在雨季施工，防汛度要求较高，施工时必须打设高压旋喷桩作为止水帷幕，形成阻水阻压的封闭平台，围岩隔离范围为整个施工场地，连续抽水作业；新桥加宽与通道交叉施工，地质条件较差，基坑防护尤其重要，所以无论从施工角度还是道路运营安全角度，都存在难度，为确保施工的安全性，本文以新旧桥路的沉降差为主要研究对象。

图1 桥型布置示意图

3 1.3m桩径时的沉降分析

本文通过分析新旧桥梁之间应力的关系，发现当新旧桥梁连接部位的沉降差比5mm小时，其应力分布满足混凝土强度要求，而当新旧桥梁的沉降差达到7mm以上时，新旧桥梁连接部位的应力已超出了混凝土的强度要求，因此，在本项目中，应对新旧桥梁的沉降进行合理的控制，使新旧桥梁的沉降差小于5mm，以保证加宽后桥梁的安全性。

在本项目中，加宽桥梁所采用的基础均为桩基础，本文分别选取不同长度的桩基进行研究，以分析增加桩长对桥梁桩基承载力的影响。

3.1 桩基极限承载力变化规律分析

表1 增加桩长基础承载力情况分析表

从表1可看出，桩长与其极限承载力成正比的关系，与桩长为45m时相比，50m/55m/60m的桩长所对应的极限承载力增加量分别为：14.3%；26.0%；37.2%。对于桩基的承载力而言，改变桩长对其影响较大，因此为使桩基的极限承载力有所增加，可通过增加其桩长的方式进行。桩侧的摩阻力以及桩端的端承力与桩长成正比，同样与45m的桩长相比，各个桩长桩侧的摩阻力分别提高了16.6%；31.0%；44.4%；桩端端承力提高量分别为9.1%；14.6%；19.2%。在极限承载力中，随着桩长的不断增加，桩侧的摩阻力所占比例越来越大，但与此相反，桩端的端承力所占比例越来越小。可看出，在一定的桩径下，当桩长长度不断增加时，桩呈现的性状越靠近摩擦桩。

3.2 桩基容许承载力与恒载对比分析

表2 桩基容许承载力与所承担恒载的对比

从表2中可以看出，45m桩长时的容许承载力所对应沉降最小，其值为1.89cm，最长的为60m桩长时的1.96cm。当有恒载作用在桥梁上时，桩长与桩的沉降量呈反比。在不计桥梁恒载的情况下，随着桩长的不断增加，桩基的承载力不断上升，在该种情况下所对应的桥梁容许承载力以及恒载的作用下沉降差值则是有所上升。表明为使桥梁的桩基承载力有所提升以使基础的沉降得以控制，可以通过增加桩长的方式进行。但在实际项目中不能只依靠增大桩长的方式使得桩基的承载能力有所提高，应结合桥梁上部构造进行考虑。

3.3 增大几何尺寸对降低桩基沉降变形分析

表3 桩长增大前后桩基沉降对比

桩的沉降变形量在增加桩长后比起45m桩长时的沉降变形量有所下降。本文将控制荷载选取为桩长45m时的容许承载力，其变化规律如上表1.2所示。从表3可知，当荷载为19000kn时，比起45m桩长，其他桩长沉降均有所降低，分别为50m桩长时减小11.1%；55m桩长时减小19%；60m桩长时减小24%，这表明控制新旧桥梁基础沉降差可以通过最大桩长的方式实现，且效果显著。

4 1.5m桩径时的沉降分析

由于篇幅限制，本文将直接给出结果，数据分析过程同上。

4.1 桩基极限承载力变化规律分析

1.5 m桩径的桩，其P-S曲线随着桩长改变表现为缓变型。桩基的极限承载力与桩长成正比，与45m桩长的极限承载相比，其他桩长的极限承载力均有所上升，分别为50m桩长上升13.5%；55m桩长上升26.1%；60m桩长上升38.5%；对于桩基的承载力而言，改变桩长对其有较大的影响。

桩侧的摩阻力以及桩端的端承力与桩长成正比，与45m桩长的桩侧摩阻力相比，其余桩长的侧摩阻力均有所上升，其中50m桩长上升了14.6%；55m桩长上升了31.9%；60m桩长上升了46.5%，同理可得50m桩长的端承力上升了10.5%；55m桩长的端承力上升了11.6%；60m桩长的端承力上升了16.9%。在极限承载力中，随着桩长的增加，桩侧摩阻力所占的比例不断上升，而桩端承力则是不断下降。

1.5 m桩径时的桩基极限承载力比起1.3m时的桩基极限承载力有所提高，其中45m桩长提升了8.0%，50m桩长的提升了7.2%；55m桩长的提升了7.5%；60m桩长的提升了8.9%。桩的承载力在1.3m的桩径变化到1.5m桩径时有较为显著的提高。

4.2 桩基容许承载力与恒载对比分析

对比各种桩长下容许承载力相应的沉降量可知，沉降量最小的为桩长45m时的工况，仅为1.90cm，沉降最大的工况为60m桩长，沉降量达1.94cm。当有恒载作用在桥梁上时，随着不断增加的桩长，其沉降量表现为不断下降。当不计入桥梁的恒载时，随着不断增加的桩长桩基承受荷载的能力不断增强，与此同时，其相对应的容许承载力以及作用有桥梁恒载下的沉降量差值则不断上升。

当桥梁作用有恒载时，1.5m桩径的沉降比起1.3m桩径的沉降有所降低，分别为45m桩长的降低了6.5%，50m桩长的降低了10.4%；55m桩长的下降了9.9%；60m桩长的下降了8.4%。在恒载作用下增加桥梁的桩径可使其沉降量减小，且效果显著。

4.3 最大几何尺寸对降低桩基沉降变形分析

当使桥梁的桩长有所增加后，与45m桩长相比，桩的沉降变形量有较为显著的下降。

选定桥梁桩基的控制荷载为桩长45m时的容许承载力，既20500kn，研究基础的沉降随着桩长增加的变形规律，可得结果：在控制荷载20500kn的作用下，与45m桩长的沉降相比，50m桩长的沉降减小了11.5%；55m桩长的减小了18.8%；60m桩长的减小了25.7%。

选定桥梁桩基的控制荷载为桩径1.3m时的不同桩长下的容许承载力，对比同种桩长下两种桩径的沉降量以对增加桩径对沉降的控制效果进行研究，所得结果如下：在各自所对应的控制荷载下，1.5m桩径比起1.3m桩径的沉降所有降低，分别为45m桩长下的沉降降低了7.0%；50m桩长下的沉降降低了6.9%；55m桩长下的沉降降低了7.3%；60m桩长下的沉降降低了7.8%；从上述分析可知，对于桩基的沉降，可通过增大桩长或桩径的方式进行，但相比之下，增大桩长的方式更加具备控制效果。

5 结语

在加宽桥梁时，其结构的使用性能主要受到新旧结构承载性能的影响，因此需对新旧桥梁的承载能力进行分析研究，以对其沉降进行有效的控制。通过上述分析，本文主要得出下列结论：对于桩基的承载力而言，改变桩长能使其得到有效的增加，增加桩长是直接提高其极限承载力的方式，同样，改变桩径也能够使其承载力有所提高。在实际加宽过程中，应综合考虑桥梁上部构造要求等确定桩长和桩径。