第三節(jié)橋梁下部結(jié)構(gòu)加固改造

第三節(jié)橋梁下部結(jié)構(gòu)加固改造第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)下部結(jié)構(gòu)加固方法綜述橋梁的承載能力和能否正常使用，不僅取決于上部構(gòu)造原設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)與完好程度，作為其重要的組成部分的下部構(gòu)造，墩臺和基礎(chǔ)將直接承受上部構(gòu)造的荷載（包括恒載和活載），并將荷載傳遞給地基受力，因此，橋梁的下部構(gòu)造的質(zhì)量好壞也直接影響其承載能力和正常使用，而且有的橋梁承載能力的降低和主要病害的產(chǎn)生是由于下部構(gòu)造的病害所引起。因此，在橋梁加固改造工作中，對下部構(gòu)造的加固改造亦是非常重要的，否則，就不能達(dá)到恢復(fù)和提高橋梁整體承載能力及正常使用的目的。

第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一一、加固前提橋梁下部構(gòu)造的承載能力及能否正常使用，不僅與墩臺本身的完好程度有關(guān)，而且往往涉及到基底土質(zhì)與水文等諸多因素。在針對具體的橋梁下部構(gòu)造實施加固改造前，首先應(yīng)在對現(xiàn)場檢測資料分析與判斷的基礎(chǔ)上，確定下部構(gòu)造是否具有加固改造的價值，然后從加固技術(shù)和施工工藝上分析能否實現(xiàn)加固改造目的。只有在具備加固改造價值，同時又能實施加固改造施工的下部構(gòu)造，才能認(rèn)為具有加固改造的前提。否則，根據(jù)墩臺與基礎(chǔ)在整個橋梁結(jié)構(gòu)中的重要性，無論是從技術(shù)與安全上，還是經(jīng)濟(jì)上，都應(yīng)考慮拆除橋梁，重建新橋方案。第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一二、應(yīng)注意的問題加固時應(yīng)注意墩、臺與基礎(chǔ)的開裂、移動或轉(zhuǎn)動。若發(fā)現(xiàn)應(yīng)仔細(xì)分析其產(chǎn)生原因及影響。對于跨河橋梁，應(yīng)檢查基礎(chǔ)的沖刷或淘刷或河床的加深，并分析其對橋梁穩(wěn)定性的可能影響，同時要考慮基礎(chǔ)的埋置深度是否滿足要求。對于橋梁，應(yīng)考慮久經(jīng)壓實的橋梁地基土允許承載力的提高，以及樁底和周邊土支承力及摩擦力的提高系數(shù)。應(yīng)分別對墩、臺及基礎(chǔ)各部位進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性及裂縫寬度驗算，并同時將已發(fā)現(xiàn)的病害考慮進(jìn)去，然后評定其使用功能及承載力。第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一四、加固方法公路橋梁下部結(jié)構(gòu)常用的加固方法如表9-2，具體內(nèi)容見隨后各節(jié)。第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一①基礎(chǔ)加固對策②橋墩加固技術(shù)③橋臺加固技術(shù)擴(kuò)大基礎(chǔ)加固對策鋼筋混凝土套箍加固對策臺后加孔減載加固對策增補(bǔ)樁基加固對策水泥灌漿加固對策臺后增設(shè)拉桿、撐墻或擋土墻加固對策水泥灌漿加固對策化學(xué)灌漿加固對策鋼筋混凝土套箍加固對策加樁（柱）加固對策鋼筋混凝土圍帶或鋼箍加固對策第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)擴(kuò)大基礎(chǔ)加固方法擴(kuò)大基礎(chǔ)加固對策，即橋梁基礎(chǔ)擴(kuò)大底面積的加固方對策。此對策適用于基礎(chǔ)承載力不足，或基礎(chǔ)埋置太淺而墩臺又是圬工實體式基礎(chǔ)的情況。擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強(qiáng)度驗算確定。當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度滿足要求而病害僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過大時，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積的大小，主要根據(jù)地基變形計算來加以選定。在剛性實體式基礎(chǔ)周圍加石砌圬工或混凝土，以擴(kuò)大基礎(chǔ)的承載面積，如圖9-1所示。第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一擴(kuò)大基礎(chǔ)加固時可按下列程序進(jìn)行：1）在必須加寬的范圍內(nèi)打板樁圍堰，若墩臺基礎(chǔ)土壤不好時，應(yīng)作必要加固；2）挖出堰內(nèi)土壤，直挖至必要的深度(注意開挖時墩臺的安全)。3）在堰內(nèi)把水抽干后，鋪砌石塊(漿砌)，或作混凝土基礎(chǔ)。第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一4）按照設(shè)計要求，在原墩臺側(cè)面鉆孔井置入錨固鋼筋，以使新老結(jié)構(gòu)更好聯(lián)結(jié)。5）立模，澆筑混凝土并養(yǎng)生至設(shè)計強(qiáng)度新老基礎(chǔ)要注意結(jié)合牢固。第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一對于拱橋，可在橋臺兩側(cè)加設(shè)鋼筋混凝土實體耳墻，并將耳墻與原橋臺用鋼銷聯(lián)結(jié)起來，從而達(dá)到增大橋臺基礎(chǔ)面積，提高橋臺承載力的目的。加固后耳墻與原橋臺聯(lián)結(jié)在一起，因此，既增加了豎向承壓面積，又由于耳墻的自重而增加了抗水平推力的摩阻力，如圖9-2所示。當(dāng)拱橋拱腳前有一定的填土?xí)r，可在臺前加建新的擴(kuò)大基礎(chǔ)，并將改建為變截面的拱肋支承到新基礎(chǔ)上。新老基礎(chǔ)之間用鋼銷進(jìn)行聯(lián)結(jié)，有條件時在臺前新基礎(chǔ)下設(shè)法增加短樁，以提高承載力，如圖9-3所示。第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)樁基礎(chǔ)加固方法在樁式基礎(chǔ)的周圍補(bǔ)加鉆孔樁或打入預(yù)制樁或靜壓加樁，并擴(kuò)大原承臺，以此提高基礎(chǔ)承載力、增加基礎(chǔ)穩(wěn)定性。如圖9-4所示。第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一對樁或基礎(chǔ)可增設(shè)基礎(chǔ)（鉆孔樁或打人樁），擴(kuò)大原承臺，使墩臺部分荷載傳至新樁基。第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一對單排架樁式橋墩采用打樁（或灌注樁）加固，若原有樁距較大（4～5倍樁徑），可在樁間插樁。若原有樁距較小且通航凈跨允許縮小時，可在原排架兩側(cè)增加樁數(shù)，成為三排式的墩樁。當(dāng)在樁間加樁時，需鑿除原蓋梁并澆筑新蓋梁，將新舊樁頂連結(jié)成一體。此時，要注意驗算蓋梁在加樁頂部能否承受與原來方向相反的彎距，如不能承受，則必須加固原有蓋梁或重新澆筑蓋梁。加固原有蓋梁時，可在蓋梁頂部增設(shè)鋼筋。第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)橋臺垂直承載力不足時，一般可在臺前增加一排樁并澆筑蓋梁，以分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的壓力。打樁(或鉆孔灌注)時可利用原有橋面做腳手架，在橋面上開洞插樁。增澆的蓋梁可單獨受力，也可與舊樁聯(lián)系起來，使新舊蓋梁、新樁與舊樁共同受力。第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一對拱橋橋墩的加樁，由于受橋下凈空影響也可采用靜壓加樁方法進(jìn)行加固。第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一對于多跨拱橋，為預(yù)防因其中某一跨遭到破壞使整體失去平衡而引起其他拱跨的連鎖破壞，可根據(jù)情況，對每隔若干拱跨中的一個支墩采取加固措施。其方法是在支墩兩側(cè)加斜向支撐；或加大該墩截面，使得一跨遭到破壞時，只影響若干拱跨而不致全部毀壞。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一增補(bǔ)樁基加固墩臺基礎(chǔ)的優(yōu)點是不需要抽水筑壩等水下施工作業(yè)，且加固效果顯著。缺點是需搭設(shè)打樁架(或鉆孔架)和開鑿橋面，對橋頭原有架空線路及陸上、水上交通均有一定的影響。第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)人工地基加固方法當(dāng)基礎(chǔ)下面的天然地基松軟，不能承受很大荷載，或上層土壤雖好，但深層土質(zhì)不良引起基礎(chǔ)沉降過大時，可對人工地基進(jìn)行加固，以改善提高基礎(chǔ)的承載能力。人工地基加固方法很多，最常用的有兩種：第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一1）砂樁加固（物理方法）。當(dāng)軟弱地基層較厚時，可用砂樁法改善地基的承載能力。施工時，將鋼管或木樁打入基礎(chǔ)周圍的軟弱土層中，然后將樁或管撥出，在形成的洞內(nèi)灌入干燥的粗砂、礫砂，然后搗實，形成砂樁，達(dá)到提高地基土的密實度。在含水飽和的砂土或粘砂土中，由于易坍孔，灌砂困難，可采用砂漿袋套管法與振沖法來加固地基。

2）注漿加固（化學(xué)方法），這也是本節(jié)的主要內(nèi)容。.第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一一、加固方法在墩臺基礎(chǔ)之下，于墩臺中心直向或斜向鉆孔或打入管樁，通過孔眼及管孔，用一定壓力把各種漿液（加固劑）灌入土層中，通過漿液凝固，把原來松散的土固結(jié)為有一定強(qiáng)度和防滲性能的整體，或把巖石裂縫堵塞起來，從而達(dá)到加固地基、提高地基承載力。注漿加固的作用按加固情況的不同主要有：第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一1）填充圬工砌體里面的空隙，使其形成整體，從而提高砌體的強(qiáng)度；2）填充土壤或巖石的空洞和裂縫，若空洞大，應(yīng)使用水泥砂漿；若為裂縫，應(yīng)使用水泥漿，從而堵塞土壤或巖石的滲流孔道，提高其承壓能力，減少滲流沖刷可能性；3）填充砂子和礫石的孔隙，提高其承壓能力；4）擠密較軟弱的土層，形成復(fù)合地基，使地基承載能力得到提高。第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一注漿法根據(jù)注漿壓力的不同，可分為靜壓注漿和高壓噴射注漿兩大類，即：第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一二、材料要求注漿加固時各種漿液材料的選擇要求是：1）漿液應(yīng)是真溶液而不是懸濁液，漿液粘度低，流動性好，能進(jìn)入細(xì)小裂縫；2）漿液凝膠時間可在大范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)，易準(zhǔn)確控制，漿液凝膠可在瞬間完成；3）漿液的穩(wěn)定性好，在常溫常壓下，長期存放不改變性質(zhì)，不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)；4）漿液無毒無臭，對環(huán)境不污染，對人體無害，屬非易爆物品；第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一5）漿液對注漿設(shè)備、管路、混凝土結(jié)構(gòu)物、橡膠制品無腐蝕性，并容易清洗；6）漿液固化時無收縮現(xiàn)象，固化后與巖石、混凝土等有一定粘接性；7）漿液結(jié)石體有一定抗壓和抗拉強(qiáng)度，不龜裂，抗?jié)B性能和防沖刷性能好；8）結(jié)石體耐老化性能好，能長期耐酸、堿、鹽、生物細(xì)菌等腐蝕且不受溫、濕度影響；9）材料來源豐富，價格低廉；漿液配制方便，操作容易。第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一加固墩臺基礎(chǔ)，所采用的方法和注漿材料一般因地質(zhì)情況不同而異。靜壓注漿和高壓噴射時不同漿液材料的地質(zhì)適用范圍如表9-3所示注漿法適用土質(zhì)范圍表9-3第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一類

別注漿材料卵石碎石粗

粒

組細(xì)粒組礫

石砂

粒粉粒粘粒粗中細(xì)粗中細(xì)靜壓注漿無機(jī)類單液水泥漿√√√√√粘土水泥漿√√√√√水玻璃水泥漿√√√√√水玻璃水泥漿-氯化鈣√√√√√√水玻璃類√√√√√√√第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一有機(jī)類鉻木素類√√√√√√√√丙烯酰胺類√√√√√√√√脲醛樹脂類√√√√√√√糖醛樹脂類√√√√√√√√聚氨脂類√√√√√√√√高壓旋噴純水泥漿√√√√√√√√噴射定噴純水泥漿√√√√√√√第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)旋噴注漿加固技術(shù)旋噴注漿加固法是一項正在發(fā)展中的地基加固技術(shù)，應(yīng)用時間并不長，但由于用途廣泛，加固地基的質(zhì)量可靠而且效果好，故目前已逐漸成為我國常用的地基處理方法之一。該法除了在鐵路、礦山、水電、市政工程、工業(yè)與民用建筑和國防等部門的地基加固工程中發(fā)揮了卓有成效的作用外，在公路工程、特別是橋梁基礎(chǔ)加固工程中，得到了一定的實踐應(yīng)用，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一旋噴注漿加固法是利用地質(zhì)鉆機(jī)，將旋噴注漿管置于預(yù)計的地基加固深度，借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升運動，用一定的壓力從噴嘴中噴射液流，沖擊土體，把土和漿液攪拌成混合體，隨后凝聚固結(jié)，形成一種新的有一定強(qiáng)度的人工地基，如圖9-5所示。第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一一、工藝類型旋噴注漿加固法工藝類型有單管旋噴注漿法、二重管旋噴注漿法和三重管旋噴注漿法，詳見表9-6。第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一二、設(shè)計要點旋噴注漿加固橋梁墩臺基礎(chǔ)時，與其他加固對策情況相同，原有橋梁的全部重量都是已壓在原有地基上的。地基是在承受著構(gòu)筑物已有全部重量的情況下進(jìn)行加固施工的。因此，若被加固的橋梁構(gòu)筑物沒有受到新的荷載作用，旋噴固結(jié)體最初是幾乎不受力的。只是由于時間的推移，原有地層的恒壓力的作用下，土體產(chǎn)生徐變或滑移，使原土體承受的部分壓力轉(zhuǎn)移到剛性較大的旋噴固結(jié)體上。但這種轉(zhuǎn)移是不大的。因此，只有構(gòu)筑物新增加荷載時，才為旋噴固結(jié)體所承受。用旋噴注漿法加固后的地基，具有下列特點：固結(jié)體原土層共同受力；固結(jié)體的形變模量較土層大很多倍；固結(jié)體和土體的受力在時間上不同步，一般是土體已達(dá)到或接近其極限強(qiáng)度以后，固結(jié)體才進(jìn)入工作狀態(tài)。綜合起來，旋噴注漿加固的設(shè)計要點有三點：

第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一1）對加固前墩臺基礎(chǔ)的承載能力進(jìn)行估算。墩臺基礎(chǔ)加固，大體上可分為兩種情況：一種是構(gòu)筑物正在建造或運用過程中，基礎(chǔ)發(fā)生較大的均勻或不均勻下沉，已危及橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用。另一種是目前使用狀態(tài)良好，但考慮到橋梁要通過更大載重的車輛，地基承載力不能滿足進(jìn)一步發(fā)展的需要。兩種情況對原有