试论锚杆静压桩技术在桥梁加固设计中的应用

摘要:本文主要针对锚杆静压桩在桥梁工程中的应用情况,从设计的角度对该类桩体的作用机理及施工要求等方面进行了详细的介绍，为业内各位同行相互交流共同进步提供研究。

关键词：锚杆静压桩；桥梁应用；设计规则；施工要求

0 引言

本文主要提出利用锚杆静压桩对桥梁基础进行加固维修的设计理念，该设计加固方案具有施工方便、机械简单、工艺先进、价格低廉等特点。其基本的工作原理是利用钢筋混凝土平台的自重，并利用液压千斤顶的顶进原理，将预制的钢筋混凝土短桩一节一节压入土基中，并进行牢固连接，再把平台与旧基础锚固连接，使之共同受力，它是以较少的静压力获得较大承载力的一种施工工艺。

1工程实例

我省某桥为六跨简支梁桥，分新旧两幅桥，旧桥上部结构为混凝土简支肋板梁，新桥上部结构为混凝土简支T梁，跨径布置为6×16m，全长96m；其中旧桥位于上游，新桥位于下游。进场后根据原设计进行施工围堰并抽水施工，发现旧桥基础河床在经历洪水后冲刷程度明显更为严重，其基础底面与河床几乎完全脱空，基础底面可穿透对视，其中旧桥2＃墩冲刷最为严重，3＃、4＃墩稍轻。经相关单位多位专家多次开会讨论及方案对比后，最终决定对该桥旧桥基础采用锚杆静压桩的方法进行加固处理。

2 桩基础中常见病害工程桩特点及处理方法

工程桩基础,由于受自然条件、地质条件、周边环境、基坑开挖、边坡失稳及桩基施工操作不当等因素的影响,出现了工程桩缩颈、断裂、倾斜、裂缝、夹层、偏位、强度偏低、长度不足等病害,造成了不能满足设计及使用要求,易引起安全隐患的后果。对此类病害工程桩必须结合各种因素进行分析,对单桩能否使用或部分使用进行判断,一般需要对桩基进行加固或托换方可使用。通常采用三种处理方法:①缺陷出现在较浅部位的病害工程桩多采用开挖截桩再接桩的方法;②缺陷出现在较深部位的轻微病害工程桩多采用高压注射水泥浆加固的方法:③缺陷出现在较深部位或底部严重病害工程桩可采用钻孔灌注桩进行加固托换的方法。以上前两种方法只能处理部分轻微缺陷,而方法③处理范围广,具有荷载传递路径清晰、可靠性大大提高等优点,缺点是施工工期长、施工不便、受施工场地限制。

3锚杆静压桩进行桥梁基础加固的作用机理及设计规则

3.1加固条件

采用锚杆静压桩加固桥梁墩台基础，一般是因为墩台基础在设计或施工中存在某些缺陷，对地基的实际承载力估计不足，已发生构筑物正常使用时所不允许的下沉，或者是因为使用条件改变，如荷载等级提高，使地基承载能力不能适应。

3.2加固方法

在墩台基础的襟边或底板下施以静压桩，使之与原基础连成整体，并共同受力，以增加地基的承载力，达到加固的目的。

3.3结构的作用机理

采用静压桩对旧桥墩台进行加固时，桥梁的全部重量都是压在原来的地基上的，地基是在承受着构筑物已有的全部重量的情况下进行加固施工的，因此，若被加固的桥梁构筑物没有受到新的荷载作用，静压桩最初是几乎不受力的。但这种转移是不大的，因此，只有构筑物新增加荷载时，才为静压桩所承受。总的说来，用静压桩加固后的地基基础，具有以下特点：

①静压桩和原土层地基共同受力。

②静压桩的形变模量较土基大好多倍。

③静压桩和土体的受力在时间上不同步，一般是土体已达到或接近其极限强度后，静压桩才进入工作状态。

3.4锚杆静压桩的设计

3.4.1单桩竖向极限承载力标准值

锚杆静压桩与其他各类桩一样，压入地基后依靠桩周与土体摩擦和桩端平面处的容许承载力组成单桩竖向承载力，根据地基土的特性和桩长即可按《建筑桩基技术规范》(J GJ94-94)的要求设计：

Quk=u 6 qsik li+qpkAp

式中Quk―――单桩竖向极限承载力标准值；

u―――桩身周长；

qsik―――桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；

li―――桩穿越第i层土的厚度；

qpk―――极限端阻力标准值；

Ap―――桩端面积。

3.4.2压桩力

根据《锚杆静压桩技术规程》(YBJ227-91)：

Pp=KpQuk

式中Pp―――设计最终压桩力(kN)；

Kp―――压桩力系数，与土质、桩材、桩截面形状、压桩速度等因素有关，可根据试验确定。一般在粘土中取115，在黄土或填土中取210。

3.5设计规则

使用静压桩加固桥梁基础的设计，首先必须分析桥梁病害情况、目前基础的现状及土基的承受能力。其次用地质钻探的方法确定基岩或硬层的深度，并分析各层土体的力学性能。最后，在设计时还要特别注意静压桩与旧桥基础的连接，这里关键是要让新旧基础共同受力，使之相互锚固、咬合，起到一个整体作用。

3.6设计方案：本设计沿老桥基础加固，每边布置300x300的静压桩，间距根据计算确定，桩长根据实际需要定。桩基施工完毕后再做承台并与老基础承台有效连接成一体。

4 锚杆静压桩施工工艺要求

4.1锚杆静压桩的设备装置(如图1)

图1锚杆静压桩的设备装置示意图

4.2施工工艺流程

施工工艺流程:定位开凿桩位孔及锚杆孔锚杆加工制作及埋设(桩段制作)桩位孔及锚杆养护和保护安装压桩反力架第一节桩就位、校正压桩深度及压力值记录下节桩就位、校正硫磺胶泥或焊接接桩压桩压桩到设计要求最终深度及压桩力验收拆除压桩反力架切割桩头清孔(配制微膨胀早强混凝土)封桩。

4.3施工步骤

根据钻探资料了解压桩地区的土壤情况及压桩阻力，并做好施工的各项准备。按照设计图纸预制各节锚杆桩，预制时锚杆孔位置要准确无误。对加固部位的土层进行整平后，按照图纸要求现浇钢筋混凝土平台，平台上要预留桩体孔位，并预埋压桩设备各固定件。在压桩过程中，装在梁柱内的压力表必须正确反映每根桩的压力值。静压桩施工完后要把桩头的混凝土打碎，露出钢筋，再浇筑承台，并与旧基础锚固连接。

5施工重点与难点

5.1旧墩身植筋新增承台

新增承台与旧桥墩之间通过植筋连接，分3种类型，即：浅植的抗剪钢筋（f16钢筋，植筋深度10d）单端植筋的承台面筋（f 25钢筋，植筋深度30d）以及

贯穿原墩身的承台底筋（f 28钢筋）。

植筋施工时，除按照正常工序严格操作外，鉴于新增承台与原墩身接触面上植筋数量较多，特别是新增承台底筋贯穿原墩身，为尽量减少施工时对墩身截面的削弱，植筋分批间隔地进行，每批植筋（特别是贯穿原墩身的底筋分为4批，用3根钢筋相隔完成并达到一定强度后再进行下一批植筋钻孔，以免在同一时间对结构造成较大损伤。

5.2 承台模板承载要求

因该桥河床冲刷较严重，基础周边河床石头淤泥、泥砂均较多，导致河床面较难满足加大承台模板支撑的承载要求。

根据现场情况，提出将原设计压桩后再对承台以下桩周进行混凝土浇灌的顺序，改为先在承台尺寸范围浇捣一混凝土连续墙（根据现场情况及考虑墩台边缘宽度，采用20cm厚的素混凝土墙），与基础预留一定间距保证压桩的需要，然后利用浇捣后的连续墙作为模板支撑再浇捣增大承台，通过此措施妥善解决了承台浇捣需要很大支撑的问题，免除了另外处理模板底部支撑的麻烦，大大简化了施工。

5.3压桩

钻探结果揭示该桥基础处全风化以上地层为圆砾、砾砂及砂质粘性土，其中均夹杂一定数量的卵石。我们主动与设计方沟通，提出使用较小的桩径（由原设计300×300改为250×250，钢筋型号为Ⅲ级租钢筋，设计单桩竖向抗压承载力特征值400kN，终压值800kN），以减小压桩压入难度，保证足够的压入深度。同时在现场施工时认真清理基础周边的毛石、卵石，尽量减少对压桩的影响，在桩尖处安装锥形压桩头，减小了压桩阻力，保证了压桩的顺利进行，压桩过程应尽量连续进行，如必须停歇则尽量缩短时间。在压桩过程中，随时注意桩尖是否碰到夹砂层，注意观察油压表的压桩阻力，如果骤然增大甚至超过压桩能力，则可以最大压桩力作用在桩顶后，采用停车“进一进”的方法，或适当加大压桩力（控制在桩身控制强度内），使桩有可能缓慢穿过砂层。

5.4承台两侧对称间隔压桩

本工程根据具体布桩情况采用间隔2根桩进行压桩的方法，保持基础平衡，同时减少对土层的扰动。此外，压桩过程中应严格操作和控制压桩力，做好每根桩的压桩记录，一般收桩标准为压桩达到终压满载后，持荷10min以上不再降低。

5.5 桥台处理

由于桥台部分受损，因此在本工程中利用压力灌浆施工技术进行处理，施工质量与处理效果均能保证，使地基基础的承载力和稳定性得到较大提高。由于本文主要研究的是锚杆静压技术，所以就桥台处理技术这一环节不做重点论述。

6 结语

目前，我国桥梁基础的损坏修复方案基本上有二种，一种是拆除重建，另一种则采用维修加固的方法进行抢救性的补救。而众所周知，采用后一种方案，往往能收到花小钱办大事的设计效果，因此，也是锚杆静压桩梁加固技术能得以传承和推广的一个原因。该方法受力性能明确，能测得每根桩的实际承载力和桩的入土深度，施工质量有可靠的保证。压桩施工过程中无振动、无噪音、无污染，可在狭小的空间进行压桩作业。施工机具设备投资小、轻便灵活、施工方便、作业面小、能耗少，所以加固费用低，具有较好的经济效益。

参考文献

[1]杨文渊.桥梁维修与加固[M].北京：人民交通出版社，1992.

[2]交通部第一公路工程局.桥涵施工手册[M].北京:人民交通出版社，1985.

[3]JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社，2004.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。