1.技术特点及适用条件
当地基承载力不够时,为提高地基承载力,对桩式基础可增设基桩(钻孔桩或打入桩)并扩大原承台,使墩台的压力部分传递至新桩基。在桩式基础的周围补钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩并扩大原承台,将承台与桩顶连接在一起,以提高基础承载力,增加基础稳定性,这种方法称为增补桩基加固法。这种加固方法的优点是不需要进行抽水、筑坝等水下施工作业,且加固效果显著。其缺点是需搭设打桩架和开凿桥面,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)采用桩基础的桥梁改造拓宽项目,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,而桩的深度不足。
(3)由于风蚀、水蚀或冲刷等原因,桩基外露或发生倾斜。
对单排架桩式桥墩采用打桩(或钻孔灌注桩)加固时,如原有桩距较大(在4~5倍桩径时),可在桩间插桩;如原有桩距较小且通航净跨允许缩小时,可在原排架两侧增加桩数,形成三排式的墩桩。
当桥台垂直承载力不足时,一般可在台前增加一排桩并浇筑盖梁,以分担上部结构传来的压力。打桩(或钻孔桩)时可利用原有桥面作为脚手架,在桥面上开洞插桩。增浇的盖梁可单独受力,也可连接在一起,使旧盖梁、旧桩及新桩一起受力。
在对一些结构良好的老桥采用增补桩基实施下部结构加固时,往往受桥下净空影响,常规机械无法使用,可利用老桥的上部结构自重,以手动大吨位千斤顶将预制桩无振动、无噪声地嵌入土中。压入桩的承台与施工反梁合二为一,既作为静压施工传递上部恒荷载的反梁,又为加固的桥墩提供一个新老桩基共同受力的承台。
增补基桩的附加影响:①增加的桩基会引起河床过水断面面积的减小,从而引起水流速度加大,这样将会加剧原有桩基的冲刷;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、旧桩基及承台的连接将有所降低。
2.力学特点
桥梁荷载通过桩基础传递给地基,垂直荷载一般由桩底土层抵抗力和桩身与桩侧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。由于地基土的分层和其物理力学性质不同,桩在土中的尺寸和设置方法不同,这些都会影响桩的受力状态。根据桩的受力分析,增补桩基加固法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充分发挥作用,而这时桩尖阻力仅占很小一部分。桩侧极限摩阻力的大小不仅与桩侧土层和成桩工艺有关,而且与桩的入土深度有关。当桩的入土深度超过一定限度后,桩侧阻力不再随深度增加而增大,出现临界深度,临界极限摩阻力大约在25 m深度处发生。
柱桩一般专指桩底直接支承在基岩上的桩,桩的沉降较小,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.构造措施
(1)桩的构造、布置和中距。(www.daowen.com)
①钻孔桩设计直径(即钻头直径)不宜小于80 cm。
②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。
③钢筋混凝土沉桩的桩身应按运输、沉入和使用各阶段的内力要求通长配筋。桩的两端或接桩区箍筋及螺旋筋的间距需加密。
④新增的桩与原桩可对称布置。
⑤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(或边长)的3~4倍,且在承台底面处的中距均不得小于桩径(或边长)的1.5倍。
⑥采用柱桩时,桩基中距不宜小于桩径(或边长)的2~2.5倍。
⑦边桩外侧与承台边缘的距离,对于直径(或边长)不大于1 m的桩,不得小于0.5倍桩径(或边长)并不得小于25 cm;对于直径(或边长)大于1 m的桩,不得小于0.3倍桩径并不得小于50 cm。
(2)新旧混凝土承台的连接。
增加桩时,可以扩大原来的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,将既有承台凿成锯齿状剪力键,设置钎钉;也可采用植筋法连接新旧承台,即通过植入的钢筋承接和传导弯矩及剪力,并使新旧混凝土形成整体,以达到扩大原承台尺寸的目的。为加强新旧混凝土的结合,应把原承台有蜂窝或空洞缺陷的部分尽可能凿除,并对新承台下的新建桩桩顶部分进行凿毛处理,让混凝土表面保持湿润、清洁。在完成以上工作后,立即在钢筋及其周围的混凝土上涂抹一层水泥浆液或其他胶豁剂,把浆液仔细地注入混凝土内并均匀地涂到钢筋上,同时,在涂抹的浆液尚未凝固时,立即浇筑新的混凝土。
4.施工工序
(1)完成围堰施工及抽水。
(2)清理承台或系梁。
(3)逐根完成加桩施工。
(4)按照设计要求,在承台或系梁侧面钻孔,植入钢筋,并与新增承台或系梁钢筋绑扎。
(5)立模、浇筑混凝土并养生至设计强度。
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