淺析預應力混凝土連續(xù)剛構橋樁基礎加固設計

陳新軍

摘 要 對某城市軌道交通預應力混凝土剛構橋施工中出現(xiàn)的偏移問題進行因為分析，探討剛構橋樁基礎加固設計和施工中的重難點問題。

關鍵詞 城市軌道交通;預應力混凝土;連續(xù)剛構;基礎加固。

前言

目前，我國的城市軌道交通事業(yè)建設正如火如荼。城市軌道交通系統(tǒng)因受城市環(huán)境限制，決定其主要以地下結構為主，但高架結構相較于地下結構而言，其有施工速度快、工程造價低、安全風險小等諸多要點，在山地城市及平原城市遠郊地區(qū)也有較多使用。

城市軌道高架區(qū)間結構中，預應力混凝土連續(xù)剛構橋，因其結構輕薄，且具有較大的順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度，易滿足軌道剛度要求，是常用的結構形式之一。但相較于同等跨度的簡支梁橋，同等跨度的預應力混凝土剛構橋結構受力復雜，易受基礎變形、混凝土收縮徐變及環(huán)境溫度變化的影響，常出現(xiàn)結構變形過大、開裂等問題。在預應力混凝土連續(xù)剛構橋施工過程中，張拉預應力，拆除臨時支架，會導致結構內力發(fā)生變化，產生二次彎矩，內力重新分布;橋梁建成后，受混凝土的收縮徐變影響，彎矩將重新分布，各截面內力發(fā)生變化。無論是施工還是運營階段，內力的變化易導致變形和開裂。過大的結構變形和開裂將影響到結構的耐久性和安全性，嚴重時甚至會導致結構整體破壞、垮塌。因此，無論在施工階段還是運營階段，均應重視橋梁監(jiān)控和監(jiān)測，盡早發(fā)現(xiàn)異常變形，防止事故發(fā)生。

1工程概況

某城市軌道交通高架橋16#-25#墩區(qū)段位于回填區(qū)內，橋型為3聯(lián)（3×40）m預應力混凝土連續(xù)剛構。上部結構為C50現(xiàn)澆預應力混凝土箱梁，主梁為單箱單室截面，梁高為 2.2m 等截面箱梁。橋墩截面采用實心矩形截面，橋墩為C40混凝土結構，截面標準尺寸為 3.0m×2.8m，墩高范圍為20.0m～24.2m。承臺和樁基采用C35混凝土結構，承臺尺寸為7.8m×7.8m×2.5m，每個承臺均設置4根直徑1.8m 的鉆孔樁，樁長范圍為 28.0m～47.0m。

施工單位在進行竣工測量時發(fā)現(xiàn)，16#-25#橋墩及箱梁平面位置與設計坐標有較大偏差，偏差范圍在2.07～18.65cm之間，墩柱中心橫向最大偏差發(fā)生于21#墩，橫橋向最大差值18.65cm，順橋向最大偏移值位于23#墩，順橋向最大偏移值17.43cm，詳見圖1， 表格1[1-3]。

經詳細檢測發(fā)現(xiàn)以下問題：

（1）支座橫向未發(fā)現(xiàn)滑移及限位塊損壞、支座縱向位移未見異常、伸縮縫縱向寬度和橫向相對位移均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

（2）箱梁底中線與墩柱中線相對偏差較小，在合理誤差范圍內。箱梁和橋墩之間橫向沒有明顯相對位移，墩梁連接部位完整，梁體結構受力未發(fā)生較大變化，梁柱受力體系穩(wěn)定，承臺以上部位結構未有明顯變化。

（3）墩身、樁基、承臺施工放樣采用絕對坐標放樣，但不同橋墩偏位差異較大、已開挖外露的墩承臺均未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫和破損。

（4）樁頂段出現(xiàn)環(huán)向受力裂縫，裂縫距離承臺底面 0.46m～0.80m，長度0.19m～1.00m，寬度 0.13mm～0.80mm。部分樁基裂縫深度發(fā)展至箍筋位置，并繼續(xù)往樁基中心延伸。樁基裂縫出現(xiàn)位置無規(guī)律，部分樁基多側出現(xiàn)裂縫。

（5）由于現(xiàn)場芯樣斷裂較多，無法確定是否存在斷樁。受檢樁混凝土芯樣強度均能滿足設計C35混凝土的要求。

經補充勘察，橋位處場地穩(wěn)定，無明顯滑移，后經連續(xù)測量6個月，各墩位移量趨于穩(wěn)定，未見明顯增長。第三方評估機構檢測評估后認為，橋墩偏位主要發(fā)生在橋墩施工完成之后且主梁施工之前，橋墩墩柱及主梁結構完好，部分樁基礎存在受損情況。

2斷樁原因分析

由于樁身裂縫產生位置無規(guī)律，經調查與分析，認為主要由以下多重因素引起：

（1）回填土流動變形對樁基的影響。橋位位于回填區(qū)內，雖無剪出口，場地穩(wěn)定，但現(xiàn)場填土松散，粒徑不一，均勻性差。橋梁周邊受其他工程平場施工影響，施工期間地形地貌有強烈變化，橋址范圍內一側堆積3～5米高的回填土，土地偏壓導致松散回填土體滑移變形，土體偏壓力荷載直接作用樁身。

（2）梁體施加預應力以后，橋梁內力發(fā)生變化，樁基承受彎矩變大，與土體荷載變形疊加，易導致樁身開裂。

（3）松散回填土內施工樁基礎，樁基成孔質量較差;在負摩阻力作用下，樁身更容易出現(xiàn)質量問題[4-6]。

3基礎加固設計

本橋結構形式為預應力混凝土連續(xù)剛構，為超靜定結構，且預應力鋼束已張拉完成，結構已完成二次力分配。加固設計需要解決以下問題：

（1）加固過程中不可釋放基礎約束。下部基礎邊界條件一旦發(fā)生變化，會導致剛構體系內力分配發(fā)生變化，若梁體預應力釋放，將直接影響橋梁整體安全。

（2）新建結構必須與既有結構建立有效連接，有足夠的剛度和強度，確保荷載能有效傳遞到新結構上。

（3）新建結構將導致基礎剛度變大，列車荷載、溫度荷載、地震荷載作用下，結構內力都將發(fā)生變化;溫度力和地震力都將增大，需對既有墩柱及梁體進行檢算，確保結構整體安全。

為了盡量減少加固施工對上部結構的影響，設計采用不改變既有結構的加固方案，在既有基礎外圍施做新的鉆孔樁，對原橋墩樁基進行托換，通過外包原承臺形成整體共同受力體。

加固設計中，準確模擬現(xiàn)有結構受力狀態(tài)，是加固設計的重點之一。采用空間有限元計算軟件 MIDAS/CIVIL 2015模擬基礎加固過程及加固后橋梁運營狀態(tài)。采用“m”法模擬樁土效應，并通過節(jié)點彈性支承進行邊界條件的模擬，土彈簧參數按地勘報告提供數據進行模擬。結構初始偏位按實測墩、梁橫向相對偏位 6cm建入模型中。

因無法查清樁身的破壞位置及損壞程度，無法核算既有樁基殘余承載力，故計算時偏于安全地不考慮受損橋墩樁基礎的承載能力，按全部荷載由新建結構承擔進行承載力和強度檢算。

經檢算，考慮結構偏位以及加固階段可能存在的荷載作用后，施工及運營階段結構內力增量較小，加固階段的樁基的裂縫寬度、應力水平未發(fā)生較大變化，新建樁基結構滿足設計要求[7-10]。

新建承臺尺寸為：13.5×13.5×4.5m，設 8 根 1.8m 的群樁基礎，布置于既有基礎四周，具體布置形式見圖2。

新建承臺包裹既有承臺，接觸面表面做鑿毛處理。新老承臺間采用植筋處理，以增加新舊承臺整體性。植筋方式如圖3，對原承臺頂面和四個側面進行植筋，植筋用采用 A 級膠，鋼筋采用HRB400鋼筋，間距按30×30cm間隔布置。

主要施工方案：先基坑開挖并進行坡面網噴支護，再施工新增樁基和新增承臺對原樁基礎進行托換，最后回填基坑至設計地面線。施工期間加強監(jiān)控量測，梁體發(fā)生變形立即暫停施工。同一聯(lián)兩個主墩采用跳樁開挖，施工完一個主墩后再施工另一主墩， 禁止同時開挖。

本橋加固完成后，橋墩偏位得到有效控制，經驗收合格后投入使用。運營期間，經監(jiān)測，未發(fā)生新的偏移，橋梁狀態(tài)良好[11-13]。

4結束語

預應力混凝土連續(xù)剛構橋樁基礎出現(xiàn)質量問題不易被發(fā)現(xiàn)，故在施工中，應加強結構的變形測量，及早發(fā)現(xiàn)問題。加固方案設計中，應對橋梁現(xiàn)有整體受力進行準確分析，準確模擬加固施工過程，檢算施工階段結構最不利狀態(tài)，采用有效可行的加固處理方式，避免影響橋梁的整體安全。

參考文獻

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