桥墩露筋桩基的加固处理

1、桥墩露筋桩基的加固处理黄俊宇(广东省公路工程质量监测站 , 广东 广州 510500)摘 要 : 介绍了广东省道 352 线旺沙大桥桥墩桩基露筋加固处理方案 ,对扩大基础加固处理方案进行了设计与计算 ,提出了加固处理施工方法 。关键词 : 桥梁 ; 桥墩 ; 桩基 ; 露筋 ; 加固处理中图分类号 :u443. 17文献标识码 :b文章编号 :1671 - 2668 (2004) 03 - 0087 - 04冲击钻冲击成孔 , 冲击钻直径为 1 . 10 m ,而且转向装置不够灵活 。采用直径为1 . 10 m 的冲击钻冲击 成孔 ,不能保证桩基达到设计直径 1 . 20 m 的要求 , 转向

2、装置不够灵活则难以产生圆形截面的桩孔 ,这就导致了钢筋没有砼保护层 ,产生露筋 。 桩基露筋不仅降低了桥梁的承载能力 ,而且随着时间的推移 ,裸露在砼外的钢筋不断锈蚀 ,桩基承1 工程概况旺沙大桥位于广东省道 352 线信宜旺沙镇上 , 桥跨为 11 ×16 m , 全长 183 . 5 m ,桥宽 21 . 5 m ,1995 年建成通车 。1999 年 8 月 , 对该桥桩基进行勘测 , 发现几乎每根桩都有较多露筋 ,且露筋长度长 ,个别 桩柱偏斜过大或出现蜂窝和空洞等 。该桥桩基采用2) 横向拉杆法拱圈产生纵向裂缝时 ,在跨中 、1/ 4 跨度处和拱 脚附近设置横向拉杆加固 (

3、 见图 5) ,能有效防止裂 缝继续发展 。拉杆的数量视裂缝情况和跨度大小而 定 ,裂缝严重 、跨度大 ,则拉杆宜多 ,否则反之 。图 6 钻孔平面及里面布置示意图些裂缝堵塞起来进行止浆或堵漏处理 ,一般用水泥 砂浆或环氧砂浆涂抹 ,也可用棉絮或麻布条嵌塞或 用环氧胶泥粘结 ,通过压水或压风试验检查孔眼的 畅通情况及止浆效果 。用压浆机灌入水泥砂浆时 , 对砼 、钢筋砼一般采用不低于 425 号的普通水泥 。图 5 横向拉杆法示意图压浆法加固3)参考文献 :用此法加固前 ,应仔细检查修补部位裂缝 ,确定修补数量 、范围 、钻孔孔眼及压浆数量 。钻孔 ( 见图6) 时除骑缝浅孔外 ,不得顺裂缝钻

4、孔 ,钻孔轴线与裂 缝面的交角宜大于 30°,孔深应穿过裂缝面 0 . 5 m 以 上 (指墩台部分) 。孔眼开好后 ,须自上而下清孔 ,并12范立础. 桥梁工程 m . 北京 :人民交通出版社 ,1990.周建廷. 桥梁加固原理及加固准则探讨 j . 重庆交通 学院学报 ,2001 (11) .3王有志. 桥梁可靠性评估与加固 m .水电出版社 ,1996.北京 : 中国水利受水平力和弯矩的能力还将不断降低 ,因此 ,必须对露筋桩基进行加固处理 。该桥桩基为摩擦桩 ,露筋 处理比较困难 ,结合旺沙桥桥位水文地质较好 ,河床 冲刷较浅 ,便于做明挖浅基础的特点 ,决定在桥墩露 筋桩基

5、周边采用扩大基础进行加固处理 。孔荷载 ,垂直力 ) : 竖向力 n = 67 . 98 t ; 弯矩 m =93 . 22 t·m ;水平力 t = 7 . 67 t 。 外力组合 ( 单孔 荷载 ,垂直力 ) : n = 133 . 72 t ; m = 93 . 22 t ·m ; t =7 . 67 t 。 外力组合 ( 双孔荷载 ,垂直力 ) : n =133 . 72 t ; m = 93 . 22 t·m ; t = 7 . 67 t 。 外力组合 (双孔荷载 ,垂直力 ) : n = 133 . 72 t ; m = 93 . 22 t ·

6、;m ; t = 7 . 67 t 。2扩大基础加固处理桥墩露筋桩基的设计2. 1基本假定在桥墩露筋桩基周边采用扩大基础进行加固处 理 ,扩大基础和桩基形成一体 ,根据它们的实际受力情况 ,作如下假定 :1)2)3)扩大基础和桩基共同承担垂直力 ;水平力和弯矩全部由扩大基础承担 ;扩大基础为岩体 ,桩基被扩大基础包裹部分视为嵌岩 。2. 2 扩大基础的设计与外力计算1) 每根桩采用一个扩大基础进行加固 。2) 确定扩大基础的埋置深度 。旺沙河河床较 平坦 ,扩大基础统一埋置在标高为 9 . 00 m 的砾质亚砂土 层 中 , 符 合公 路 桥 涵 地 基 与 基 础 设 计 规 范(j tj

7、024 - 85) 的最小埋置深度要求 ,地基土容许承 载力= 240 kpa 。3) 单根桩顶处 ( 系梁顶面) 承受的外力计算 。单孔荷载 :恒载 n0 = 181. 67 t ;汽车荷载 nf = 40 .45 t ;弯矩 m0 = 29 . 92 t·m ;水平力 t0 = 4. 5 t 。 双 孔荷载 : n 0 = 181. 67 t ; nf = 46 . 78 t ; m0 = 28 . 65 t·m ;t0 = 4. 5 t 。4) 拟定扩大基础的砼标号及尺寸 。 扩大基 础砼标号为 20 号 。 扩 大 基 础 的 尺 寸 如 图 1 所 示 。 系梁顶

8、至扩大基础底的桩重 g1 = 53. 95 t 。扩大基础自重 g2 = 53 . 95 t 。2. 3 扩大基础的验算2. 3. 1 扩大基础的外力组合1) 扩大基础和桩基共同承担垂直力 。但是 ,桩 基在没有扩大基础时已承受的垂直恒载不可能转给扩大基础承担 ,同时扩大基础与桩基如何分担除桩 基在没有扩大基础时已承受的垂直恒载外的荷载难 以确定 。因此 ,扩大基础承受的垂直力分两种最不 利情况考虑 : 垂直力 ,只承受本身自重 ; 垂直力 ,扩大基础和桩基础共同承担的最大垂直力减去桩基在没有扩大基础时所承受的垂直恒载 。2) 水平力和弯矩全部由扩大基础承担 。图 1 单桩柱下扩大基础图 (单

9、位 :cm)2. 3. 2扩大基础基底应力验算1) 外力组合 时 ,基底最大压应力 :max= 2 ×n / 3 ( b/ 2 - e0) a=2)13. 99 (t/ m< = 240 kpa式中 : e0 为合力偏心距 , e0 = m ×cos30°/ n = 93 . 22×cos30°/ 67 . 98 = 1 . 19 ( m) ; a 、b 为基底截面尺寸 , a= 4 . 00 m , b = 4 . 00 m ; 为地基容许承载力 。2) 外力组合 时 ,基底应力为 :max= n / a + m ×co s3

10、0°/ w =15. 94 t/ m2 < = 240 kpa= n / a - m ×co s30°/ w =0. 77 t/ m2 < = 240 kpamin式中 : a = 4 . 00 ×4 . 00 = 16 . 00 m2 ; w = 1/ 6 ×4 . 00 ×4 . 00 ×4 . 00 = 10 . 67 m2 。3) 外力组合 时 ,基底最大压应力 := 2 ×n / 3 ( b/ 2 - e0) a=15. 92 t/ m2 < = 240 kpa式中 : e0 = mco

11、s30°/ n = 93 . 22cos30°/ 133 . 72 = 0 . 60 (m) ; a = 4 . 00 m ; b = 4 . 00 m 。4) 外力组合 时 ,基底应力为 :max)扩大基础的外力组合 。 外力组合 ( 单15 . 94 t/ m2 < = 240 kpa= n / a - m ×co s30°/ w =0. 77 t/ m2 < = 240 kpa(m) , t0 = 0. 80 m ; um 为扩大基础受桩基侧向冲剪 ,破裂锥体的平均周长 ( m) , 由破裂锥体的面积 s =um ×t0 得

12、um = 1 . 45 (m) ; j 为扩大基础砼容许直接剪应力 ( kpa) , j = 1 350 kpa ; pi 为桩基对扩大 基础的最大侧向冲剪力 ( kn) , 根 据 上 面 的 计 算 可min由上述计算可知 ,该扩大基础基底应力均小于地基容许承载力 ,故满足要求 。2. 3. 3 扩大基础稳定性验算1) 抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定系数 :k0 = y/ e0 = 2. 00/ 1. 19 = 1. 68 > 1. 50式中 : y 为基底截面重心轴至截面最大受压边缘的 距离 , y = 2 . 00 m ; e0 为竖向分力对基底重心轴的偏 心距 ,由外力组合 控制

13、 , e0 = 1. 19 m 。2) 抗滑动稳定性验算 抗滑动稳定系数 :知 ,桩基在扩大基础 顶 面 承 受 的 最 大 弯 矩mmax =77 . 88 t·m ,对扩大基础产生的作用力如图 2 的三角形分布 ,现折算为一对力偶 n - n , 则由图 2 中的关 系求得 n ×2/ 3 ×1 . 00 ×2 = 77. 88 , n = 58 . 41 t =572 . 42 kn ,同时桩基在扩大基础顶面还承受水平力t = 7 . 67 t ,故 pi = n + t = 647 . 58 kn 。k0 = × 6 n i /ti =

14、60. 35 ×67. 98/ 7. 67 = 3. 10 > 1. 36式中 :为基底摩擦系数 , = 0 . 35 ;n i 为竖向力总和 , 由外力组合 控制 , 取 67 . 98 t ; 6 ti 为水平 力总和 ,由外力组合 控制 ,取 7 . 67 t 。由上述计算可知 ,该扩大基础的稳定性满足规 范要求 。2. 4 桩基与扩大基础连接的验算1) 验算扩大基础厚度是否满足桩基嵌岩深度 时需要假定扩大基础为岩体 ,桩基被扩大基础包裹部分视为嵌岩 ,这与实际情况相符合 。验算桩基被 扩大基础包裹的长度 (扩大基础厚度) 是否满足嵌岩 深度需要 。按嵌岩桩入岩深度的计算

15、方法 ,桩基需嵌入扩 大基础的深度 :图 2 pi 计算示意图 (单位 :m)um ×t0 ×j = 1 566 ( kn) > pi = 647 . 58 kn故扩大基础满足桩基侧向冲剪要求 。墩柱截面强度验算墩柱截面强度验算采用偏心受压法 。1) 单根墩柱截面荷载组合 :mmax = 77 . 88 t·mn = 313 . 80 tt = 7 . 67 t2) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 规范(j tj 023 - 85) 第 4 . 1 . 18 条规定 :2. 5m h/ ( 0. 066r ad) = 0 . 97 (m)h =式中 :

16、 m h 为扩大基础顶面处的弯矩 ( kn·m) , m h =763 . 22 kn·m ;为系数 ,= 0 . 51. 0 , 取 = 0. 80 ; ra 为扩大基础的砼极限抗压强度 ( kpa) , 砼标号为20 号 , 则 ra = 1 400 kpa ; d 为 钻 孔 桩 的 设 计 直 径(m) ,因桩已严重露筋 ,取 d = 1 . 10 m 。 也就是桩基嵌入扩大基础 0 . 97 m 即可 ,而扩大基础的厚度为 2 . 00 m ,故满足要求 。2) 验算桩基对扩大基础的侧向冲剪作用 。桩 基受水平力和弯矩作用时 ,必将对扩大基础产生侧 向冲剪 ,桩基

17、对扩大基础的冲剪必须满足 :um ×t0 ×j pi式中 : t 为扩大基础的侧面至桩基边缘的最小距离n j b/ ca r2 ra + b/ s cr2 rgn je0 b/ cb r3 ra + b/ sdgr3 rg( 1)(2)式中 : n 为纵向力 ;b 为构件工作条件系数 , b = 0.j95 ;c 为砼安全系数 ,c = 1. 25 ; r 为圆形截面半径 ,r = 0 . 60 m ; ra 为 25 号砼抗压设计强度 , ra = 14 . 5mpa ;s 为钢筋安全系数 ,s = 1. 25 ; 为配筋率 , 墩 柱筋为 16 <22 , = 0

18、 . 54 % ; rg 为 级钢筋抗拉设计 强度 , r g = 340 mpa ; e0 为纵向力偏心矩 , e0 = m / n= 77 . 88/ 313 . 80 = 0 . 248 2 。1. 810 2 , b = 0. 652 3 , c = 1. 135 7 , d = 1 . 396 9 ,代入式 (1) 、式 (2) 得 :775 . 19 t > n j = 313 . 80 t192 . 44 t·m > n je0 = 77 . 88 t·m故墩桩截面强度满足规范要求 。2. 6 施工验算1) 计算施工时单桩承受的总外力 施工时封闭交

19、通 ( 无荷载) ,车辆全部从未施工的半幅桥梁通行 , 墩柱承受的荷载 n1 = 197. 22 t 。 增加扩大基础后 ,当基底土有下沉时 ,扩大基础恒载增加到桩上 ,扩大基础自重 n 2 = 53. 95 t 。以桩身自 重的一半作为外力计算 ,即 : n3 = 28 . 95 t ,故单根桩 承受的总外力 n = 280 . 15 t 。2) 单根摩擦桩的容许承载力 p = 1/ 2 ( ul p + ar ) =293 . 23 t > n = 280 . 15 t式中 : u 为桩的周长 , u = 3 . 61 m ; l 为桩在局部冲刷 线以下的有效长度 ( m) , l

20、= 20 . 5 m ;p 为桩壁土的平均极限摩阻力 ( kpa) ,p = 7 . 00 t/ m2 ; a 为桩底横 截面面积 ( m2 ) , a = 1 . 04 m2 ;r 为桩尖处土的极限 承载力 ( kpa) ,r = 65 . 8 t/ m2 。故桩的容许承载力满足施工要求 。2. 7 构造设计1) 为加强桥墩基础的整体性 , 半个桥墩 ( 2 根 桩) 的扩大基础顺河方向底阶襟边连成一体 。2) 考虑桩柱出现蜂窝或空洞现象 ,加大扩大基 础面至系梁顶面段桩柱的直径 ,并在桩周加钢筋补 强 ,以确保桩柱的承载能力 。桩直径加大 30 cm ,即 为 150 cm ;桩周补强钢筋

21、为 16<16 。3. 1 基坑的施工扩大基础加固处理桥墩露筋桩基的施工关键是 基坑施工 ,其主要施工方法 :1) 降低河床 。基底标高为 9 . 00 m ,施工常水位 为 13 . 00 m ,部分河床高出施工常水位 0 . 52 . 5 m ,基底以上的土质部分为砂 , 基坑开挖较深 , 流砂较 大 ;同时 ,支撑一般只能打入土中 1 . 0 m , 基坑支撑 难度大 。为降低基坑支撑的高度和难度 ,用挖掘机 把离桩基 10 . 00 m 以内的河床降低至高出施工常水 位 0 . 20 m 。2) 围堰拦水 。施工期正值春夏季节 ,受雨水影 响较大 。为防止河床水位冲刷基坑 ,根据施工期间 河床水位变化的可能性及时组织施工 。3. 2 桩基加固施工基坑围堰施工完后 , 立即进行桩基加固施工 。 施工时 ,为加强新旧砼的结合 ,采用以下办法 : 尽可能凿除蜂窝或空洞缺陷部分 ,对柱面接触部分进行凿毛清洗处理 ,使旧砼表面保持湿润清洁 ,在完成以 上工作后 ,立即在钢筋及其周围砼上涂抹一层水泥 浆液 ,并将浆液仔细 、均匀地刷到砼内钢筋上 。墩柱加强钢筋应不少于 8 根 ,等间距与原柱内钢筋焊接 在一起 ,焊接长度应符合有关规范要求 。底层基础 必须用模板施工 。基础施工完毕 ,先在底层基础四 周开挖基坑处抛填片石 ,在基础空腹部分用浆砌片 石回填 ,然后再回填砂土至