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微型桩在旧桥基础加固中的应用与试验检测

时间:2012-12-18 来源:www.szroadway.com 点击:10419 编辑:数据导入

 

/谭德盼

摘要:针对既有桥梁病害及桥墩加固措施,本文提出采用微型桩对旧桥基础进行加固的设计方案,

详细介绍了微型桩优点、设计方案、施工工艺,同时提出荷载试验方法以检验加固效果。

关键词:微型桩;桥梁检测;荷载试验;桥梁加固;增大截面

1 工程概况

本文论述的匝道曲线梁桥上部结构为预应力混凝土连续箱梁,跨径组合为4×22.5m,箱梁中心线半径R80m,单箱单室,桥面宽7.5m,梁高为1.30m,两端横梁的实心牛腿搁放在隐盖梁上。下部结构桥墩为桩柱式墩,基础为钻孔灌注桩基础,桥台为重力式桥台,匝道设置1 个独柱墩梁固接墩,墩柱直径1.2m;桥梁设计荷载为汽车-20 级,挂车-120。经检测和现场调查,桥梁梁体的受力情况良好,其病害主要表现为:(1)曲线梁端部横向外移达15cm,纵向出现滑移;(2)固结墩顶有数条12m 长的环状裂缝,铰接墩出现竖向裂缝,缝宽大分0.1mm 左右,有的达到0.2mm;梁体外侧牛腿处有斜裂缝,最大缝宽达到0.15mm。桥梁技术状况等级被定为三类桥。

为使得各支座反力更为均匀,结构受力更为合理,抑制梁端内侧支座脱空的趋势,增强横桥向刚度,通过计算分析,增大固结墩墩身截面后可有效的约束曲线梁上部主梁偏位及改善梁端支座反力。固结墩墩身增大截面加固后,原有基础承受新的更大的荷载,因此需对原有基础同时进行加固处理。由于桥下场地条件复杂,桥下净空限制了桥梁传统钻孔桩基的施工,针对桥下施工特点,基础采用微型桩加固。

2 微型桩加固优点

1)为了适应在狭小空间操作和对各种土层进行钻孔的要求,钻机的改装和钻头的选用都取得了很大的成功。由于使用小型钻机,因而所需施工场地很小,一般平面尺寸为1.0m×1.5m 及净空高度

3.0m 即可施工。

2)施工时桩孔很小,所以钻孔对基础几乎没有产生附加应力,能保证对原地基不产生扰动,严格保持原有结构的平衡状态。

3)桩体砂浆强度容易保证,采用从上到下压力注浆,不会发生断桩等缺陷。通过开挖桩身查看,泥皮厚度较薄,大部分桩身仅有泥浆痕迹。二次压力灌浆使得桩的外表面凹凸不平,使桩和土的接触面积增大、附着力增加,与同截面其它桩型相比提高了竖向抗压承载力。

4)可适用于砂性土、粘性土和岩石等各种类型的地基。

5)采用微型桩使得整个工程施工周期缩短,取得了较好的经济效益,在对既有建筑基础加固改造中,采用微型桩不失为一种有效的方法。

3 微型桩加固设计方案

1)    在原有桩基四周施工一组共40 根微型桩,桩径D25cm,桩长25m,桩间距原则上按60 cm×90cm 布置;桩身采用C30 水泥浆灌注,钻孔灌注桩法施工。微型桩基础加固立面如图1 所示。

       

1 微型桩基础加固立面示意图(单位:cm

2)在原墩柱桩基连接处,增设矩形承台,承台宽3.5m,长8.0m,高2.0m;承台采用C30 混凝土,现场立模浇注施工。新增承台通过原有桩基凿毛、植筋、搭设钢筋骨架,与原有桩基形成整体。植筋应注意避让原有桩基主筋。微型桩与承台布置如图2 所示。

2 微型桩与承台布置图(单位:cm

4 微型桩施工工艺

主要施工工序有:成孔→清孔→安放钢筋笼→注浆成桩。

1)成孔:采用地质钻成孔法,具体视工程现场实际情况及地质条件可采用干成孔或泥浆护壁循环成孔。

2)清孔:采用泥浆护壁循环成孔,成孔后须进行冲水清孔。

3)安放钢筋笼:清孔后及时安放钢筋笼。本项目因受桥下净空限制,钢筋笼分节制作,安放时再进行焊接。微型桩钢筋布置如图3 所示。图中,3 号钢筋为加劲箍,每2米设置一组,每组4 根,均匀的分布在3 号钢筋周围。微型桩按摩擦桩设计,要求沉淀层厚度不大于

10 厘米,清孔后应及时安放钢筋笼。微型桩单桩设计承载力为200KN

图中,3 号钢筋为加劲箍,每2 米设一道,4 号钢筋每两

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:①先向孔内抛小石子(石子粒径一般为1520mm),然后向孔内压力注水泥砂浆或净水泥浆。②直接向孔内压力注水泥砂浆。注浆压力一般为0.30.6Mpa。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。

5 微型桩加固效果试验检测

5.2.1 静载试验

为检验墩身基础加固后桥墩的工作状况,对固结墩进行桥墩沉降测试,测试采用两辆重约30 吨的重车在固结墩顶及相邻桥跨加载,设置两个测点,分别布置于墩身底部左右侧面,通过观测桥墩

沉降随时间的变化状况,了解加固后微型桩基础的工作状态。

1 墩身沉降测试结果

测试结果表明,在30min 持荷时间内,墩身沉降测点沉降数据较小,沉降变化不明显,且卸载后各沉降测点残余较小,表明加固后微型桩基础工作状态正常。

5.2.2 动载试验

为测试微型桩基础的动力特征,进行了动载试验,包括墩顶跳车试验和行车试验。

1)跳车试验

跳车试验是试验车辆在墩顶桥面处越过10cm 高的三角垫木,测试桥墩的竖向、横向动力响应,据此判断桥墩及基础的工作状态。

跳车试验共分桥面内侧、桥面中央、桥面外侧三个工况进行,竖向及横向振动测试结果见表2

2 墩顶跳车工况下各测点幅值(单峰值:mm

国内外大量试验研究表明,桥墩的横向振动是判断桥墩及基础状态的主要依据,一般按以下三个原则进行判断:

1)振动波形的基础偏移:横向振动的基础稳定直接反映基础是否稳定,如果基础出现病害,桥墩在横向振动时,基线会产生偏移。

2)横向振动波形的偏振:一个完整正常的弹性结构,其振动是围绕平衡位置(基线)对称逐渐衰减的;如果桥墩墩身基础局部出现病害就会产生偏振现象。

3)横向振动波形的单一性:良好的桥墩及基础在受到激发振动时,其波形单一,如果桥墩出现局部断裂,其波形会混杂高频波。本桥固结墩墩顶偏心跳车时的墩顶横向振动波形图见图4

4 固结墩偏心跳车横向振动时域图

从上波形图可以看出,基线稳定波形对称单一,无高频振动波,因此可以判断该桥桥墩及基础状态良好。

2)行车试验

行车试验是试验车辆以不同的速度沿桥面中央行驶过桥面,测试桥墩的竖向、横向动力响应,据此判断桥墩及基础的工作状态。

固结墩墩顶行车工况下竖向及横向振动测试结果:

3 固结墩墩顶行车工况下各测点幅值(单峰值:mm

从表3 可以看出,固结墩竖向振动数值较小,桥墩的竖向振动主要是微小的弹性振动;同时,

车辆离开桥面后,桥墩横向振动波形基线能很好的恢复原位,表明微型桩加固后的基础状态良好。

6 结语

1)动静载试验表明,微型桩加固基础工作状态能满足设计要求。

2)基础加固应以提高刚度为主。

3)针对立交桥梁下施工净空限制的特点,基础加固优先选择微型桩基础。

参考文献

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             (作者系深圳市综合交通设计研究院工程师)

 

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