公路旧桥加固技术 3

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1、公路旧桥加固技术,长安大学公路学院,3 墩台基础加固方法,3.1 扩大基础加固法 3.2 增补桩基加固法 3.3 高压旋喷注浆加固法 3.4 顶推法调整拱桥拱脚水平位移 加固法,被严重冲刷的基础,3.1 扩大基础加固法,3.1.1 特点及适用条件 桥梁基础扩大底面积的加固方法，称为扩大基础加固法。此法适应于基础承载力不足或埋置太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体时的情况。 当构造物基础具有较大的不均匀沉降，并且地基土质比较坚实时，可以采用扩大基础法进行加固。 在刚性实体式基础周围加石砌圬工或混凝土，以扩大基础的承载面积，如图3-1所示。P78,3.1.2 附加影响,需要对基础所在位置进行开挖，

2、开挖需要采取得 力措施，确保墩台基础的稳定。 3.1.3 力学特点 新老基础结合在一起，共同受力。,3.1.4 设计计算,扩大基础底面积应由地基强度验算确定。在计算时，根据公路桥涵地基与基础设计规范（JTG 063-2007）规定，经过多年压实未受破坏的旧地基，其地基承载力按原有承载力的1.5倍进行计算。在扩大基础面积后，应能使墩台基底的单位压力减小到地基所能承受的允许应力范围之内。 当地基强度满足要求，而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础底面积的加固，主要由地基变形计算来加以选定。,3.1.5 施工工序,墩台扩大基础加固的施工顺序如下： （1）在加宽的范围内打板桩围堰，如墩台基

3、础土壤不 好时，应作必要的加固。 （2）对围堰内土壤，挖至必要的深度（注意墩台的安 全）。 （3）在堰内把水抽干。 （4）按设计要求，在原墩台侧面凿孔并置入锚固钢筋。 （5）立模，浇筑混凝土并养护至设计强度,3.1.6 构造要求,扩大墩台基础加固主要注意新老基础应结合牢固，以防止发生裂缝，并且能使加固后的扩大基础与原结构共同受力。其具体措施如下： （1）将旧墩基础混凝土侧面凿毛，然后再注入新加部分的混凝土。 （2）若原墩台身为浆砌片石砌体，则可将原墩身对应于新加部分的一面拆除表层的一部分石块，然后再砌新砌体，使新旧砌体犬牙交错，互相咬合。 （3）有条件可制作一个强劲的钢筋混凝土箍把新旧两部分统

4、一箍紧，在其新旧结合处附近局部加设加强钢筋，以保证该处不会产生缝裂。,3.1.6 构造要求（续）,（4）对于拱桥，可在桥台两侧加设钢筋混凝土实体耳墙，并将耳墙与原桥台用钢销联结起来，从而达到增大桥台基础面积，提高桥台承载力的目的，加固后耳墙与原桥台联结在一起，因此，既增加了竖向承压面积，又由于耳墙的自重而增加了抗水平推力的摩阻力，见图3-2所示。P79,3.1.6 构造要求（续）,当拱桥拱脚有一定的填土时，可在台前加建新的扩大基础，并将改建为变截面的拱肋支承到新基础上。新老基础之间用钢销进行联结，有条件时在台前新基础下设法增加短桩，以提高承载力，如图3-3所示。P80,3.1.7 质量控制与加

5、固工程质量检验评定方法,（1）工序质量控制 严格按照施工工序及构造措施要求施工，加固施工的质量控制按公路桥梁加固施工技术规范（JTG/T J23-2008）要求进行，重点控制旧基础混凝土凿毛和新旧混凝土结合的施工。 （2）加固工程质量检验评定方法 基本要求 所用材料的种类、型号、规格、数量和质量应符合有关规范及设计要求；按设计要求的程序进行施工。 实测项目 实测项目参照公路工程质量检验评定标准（JTG F80/2-2004）相关规定进行检验评定。,3.1.8 评述,扩大基础加固法，施工比较简单，缺点是它必须使新老基础连成一体共同承受上部荷载，故其加固费用较高，而且加固效果也不易控制。,扩大基础

6、加固法示例,扩大基础加固法示例,3.2 增补桩基加固法,3.2.1 特点及适用条件 当地基承载力不够，为提高地基承载力，在桩式基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩,扩大原承台，并将承台与桩顶连接在一起，以此提高基础承载力，增加基础稳定性，这种方法叫增补桩基加固法，见图3-4。P81 这种加固方法的优点是不需要抽水筑坝等水下施工作业，且加固效果显著。其缺点是需搭设桩架和开凿桥面，对桥头原有架空线路及陆上、水上交通均有一定影响。,增补桩基的加固方法适用于以下情形：,（1）当桥梁采用桩基础改造拓宽方法，通过增加桩的数量，扩大承台面积，提高基础承载力； （2）桥梁墩台基底下有软弱层，墩台发生沉陷

7、，而桩的深度不足； （3）由于风蚀、水蚀或冲刷等原因使桩基外露或发生倾斜时。,3.2.2 附加影响,（1）增加的桩基会引起河床过水断面面积的减少，从而使水流速度加大，这将会加剧对原有桩基的冲刷。 （2）通航净跨由于增加桩基而缩小。 （3）在桩间加桩时，较小的桩基中距，对桩基的承载力有一定影响。 （4）基础的整体性由于新旧桩基及承台的联结将有所降低。,3.2.3 力学特点,桥梁荷载通过桩基础传递给地基，垂直荷载一般将由桩底土层抵抗力和桩侧与土产生的摩阻力来支承，水平荷载一般由桩和桩侧土的水平抗力来支承。增补桩基加固中常采用摩擦桩和柱桩两种桩基形式。 摩擦桩主要依靠桩侧土的摩阻力支承垂直荷载，桩底

8、土层抵抗力也支承部分垂直荷载。摩擦桩在设计范围内总是桩周摩阻力首先发挥作用，而这时桩尖阻力仅占很小一部分。 柱桩一般专指桩底直接支承在基岩上的桩，桩的沉降微小，桩侧摩阻力可忽略不计，全部垂直荷载由桩底岩层抵抗力承受。,3.2.4 设计计算,（1）单桩容许承载力的确定 采用增补桩基加固法加固旧桥，上部荷载和扩大的承台（或盖梁）自重将有相当一部分由补桩传递到持力层，使原本承载力不足的基础能够满足要求。正确地确定单桩的容许承载力非常重要，这也是合理确定补桩数量和补桩长度必要的依据。 单桩容许承载力的确定已经有比较成熟的计算公式，可以直接采用。对于摩擦桩单桩轴向容许承载力的确定可采用下式计算：P82,

9、（3-1）,打入桩单桩轴向容许承载力的计算式为：,（3-4）,（2）桩的沉降计算 在竖直荷载N作用下，桩顶的沉降S由三部分组成，即桩身混凝土的压缩、桩底岩土的变形和沉渣的压缩组成，即 （3-5）,（3）群桩的承载力,在计算时，可把单桩承载力折算成群桩的承载力， 用Converse-Labarre公式作近似计算， （4）加桩沉降控制 不同桩型下的沉降计算荷载分配 两种以上的桩型，如图3-5所示P85。由于单桩承担的 荷载与该桩的材料性能、桩身的规格尺寸及桩的入土情 况等因素有关，这些因素综合反映在单桩设计承载力上， 按单桩设计承载力来分配沉降计算荷载是较合理的。 群桩沉降量的计算 按简单叠加法原

10、理即可计算群桩在各自计算荷载作 用下引起的作用于土层上的竖向附加应力。,3.2.5 构造要求,（1）桩的构造、布置和中距 钻孔桩设计直径（钻头直径）不宜小于80cm。 混凝土强度等级，对于钻孔桩不低于C15，水下混凝土不应低于C20；对于打入桩不低于C25。 钢筋混凝土沉桩的桩身配筋应按通长配筋。桩的两端或接桩区箍筋或螺旋筋的间距需加密。 加桩与原桩可采用对称布置。 采用摩擦桩时，钻孔灌注桩中距不得小于成孔直径的2.5倍，打入桩在桩尖处的中距不得小于桩径的34倍。 采用柱桩时，桩基中距不宜小于桩径（或边长）的2.02.5倍。 满足边桩外侧与承台边缘的距离要求。,（2）混凝土承台的新旧连接,加桩

11、时，可以扩大原来承台尺寸或在原有承台上再加一层新承台，把上部传来的荷载通过新承台传递到新桩。 为使上部荷载由墩身很好地传递给新建承台，可在新建承台与既有承台接触范围内，将原承台凿成锯齿状剪力键，设置钎钉，见图3-6所示；P88 也可采用植筋法连接新老承台，使新旧混凝土形成有机整体，以达到扩大原承台尺寸的目的。,3.2.6 质量控制与加固工程质量检验评定方法,3.2.6.1 工序质量控制 严格按照施工工序及构造措施要求来保证施工质量，加固施工的质量控制按公路桥梁加固施工技术规范（JTG/T J23-2008）要求进行，重点控制桩基础和承台的施工。 3.2.6.2 加固工程质量检验评定方法 （1）

12、基本要求 所用材料的种类、型号、规格、数量和质量应符合有关规范及设计要求；按设计要求的程序进行施工。 （2）实测项目 实测项目参照公路工程质量检验评定标准（JTG F80/2-2004）相关规定进行检验评定。,3.2.7 评述,采用增补桩基加固法提高基础承载力及增加基础稳定性是比较可靠的方法，但在施工过程中，往往涉及到水中施工，使得桩基础、新旧承台连接施工难度加大，施工期交通需部分中断。,增补桩基加固示例1,增补桩基加固示例2,增补桩基加固示例3,桩基加固示例,3.3 高压旋喷注浆加固法,3.3.1 特点及适用条件 高压旋喷注浆，就是先利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置，旋转并以一定

13、的速度提升，同时将浆液或水以高压的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，高压流切割并搅碎土层，使其成颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而对地基进行加固的一种加固方法。 旋喷注浆法加固墩台基础的情况见图3-7所示。 P89,旋喷注浆加固法的特点如下：,（1）使用范围较广。 （2）施工简便。 （3）浆液集中。 （4）固结体形状可控制。 （5）确保固结体强度。 （6）有较好的耐久性。 （7）使用材料来源广，价格低廉。 （8）设备简单、管理方便。 （9）生产安全。 （10）无公害。,3.3.2 附加影响,旋喷注浆过程中对土体

14、产生扰动，对既有基础的沉降 有一定的影响。 3.3.3 材料要求 旋喷注浆加固使用的浆液应是真溶液而不是悬浊液， 浆液年度低，流动性好，能进入细小裂缝；浆液凝胶时间 可以在一定范围内随意调节；浆液的稳定性好，对环境无 污染；材料来源丰富，价格低廉，配制方便，操作容易。 浆液应具备以下特征： （1）有良好的可喷性 施工中水灰比一般采用1:12:1就能保证较好的喷射 效果。 （2）有足够的稳定性 浆液的稳定性可用浆液的析水率来评定。,3.3.3 材料要求（续）,（3）气泡少。不能用起泡剂，必须用非加气型外加剂。 （4）调剂浆液的胶凝时间可调。 （5）有良好的力学性能。 要求具有一定的力学强度。 （

15、6）浆液不污染环境，无毒、无臭。 （7）结石率高 固化后的固结体有一定的粘结性，能牢固地与岩石、 砂粒、粘土等粘结。 3.3.4 力学特点 （1）固结体和原土层共同受力。 （2）固结体的形变模量较土层大很多倍。 （3）固结体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，固结体才进入工作状态，,3.3.5 设计计算,旧桥墩台基础用旋喷法加固的设计计算按下述方法进行。（1）加固危及正常使用的墩台基础设计计算 加固前墩台基础承载能力的估算。 加固前进行调查分析；根据病害发生、发展程度，推算现有地基的承载能力。 用地质钻探的方法确定基岩或硬层的深度，决定旋喷固结体的性质。 在现场选取

16、各层土样，按加固需要和现场可能达到的水泥、水、土之比进行配方试验，决定固结体的材料强度。 计算加固所必须的固结体的总面积A桩。 P92,（3-23）,（1）加固危及正常使用的墩台基础设计计算（续),加固总面积桩求得以后，可用试桩或经验公式法确 定旋喷固结体的有效直径D，从而计算出旋喷桩根数。 进行孔位布置。 （2）加固未发生病害而为提高荷载等级的墩台基础的 设计计算 对原有墩台基础的承载力估算； 定出桥梁将来使用时所需支承的最大荷重； 标出现在加固前地基所承受的荷重； 假定加固后结构新增加的荷重由全部固结体所承受； 加强所需桩柱的总面积； 总面积确定后，即可决定固结体的有效直径D； 决定桩数；

17、 进行桩位布置。,3.3.6 施工工序,（1）旋喷施工的工序如下： 钻机就位；钻孔；插管；喷射作业；冲洗。 施工过程如图3-8所示。P94,（2）施工操作要点：,喷前检查高压设备，其压力和流量必须满足设计要求。 垂直施工时，钻孔的倾斜度一般不得大于1.5%。在插管 和喷射过程中，要注意防止喷嘴被堵。 喷射时，要做好压力、流量和冒浆量的量测工作，并按 要求逐项记录，不得使喷射固结体脱节。 深层旋喷时，应先喷浆后旋转提升，以防注浆管扭断。 搅拌水泥时，水灰比要按设计规定，在旋喷过程中应防 止水泥浆沉淀，使浓度降低。禁止使用受潮或过期水泥。 施工完毕，立即拨出注浆管，彻底清洗注浆管和注浆泵， 管内不得有残存水泥浆。,