浅基桥墩加固技术
摘要：既有线浅基桥梁成为影响桥梁承载能力和危及行车安全的隐患，分析了桥梁浅基产生的原因和构成的危害，介绍了治理浅基的一般办法，重点阐述了利用高压旋喷注浆法加固浅基桥墩技术，针对两座桥，设计了加固方案，进行了工程实施，并研究了加固效果。
关键词：桥梁基础；浅基础；桥墩；高压旋喷注浆法；桥梁加固 .
1．浅基的产生
桥梁墩台基础的埋置深度是指墩台在土面以下部分即墩台身土内部分加基础高度之和。埋置于土层中的墩台首先要考虑墩台的稳定要求。墩台基底至少须低于最大的可能冲刷面，否则冲刷线达到淘空基底的程度，墩台显然将倾倒或被冲走。从承载能力方面要求基底也必须达到良好的持力层。此外岩土的物理化学特性对埋置深度也产生重要影响，研究河床的地质断面历年沉积物质的分布层次，常能帮助确定可靠的一般冲刷线，结合水文计算、汛期观测，必要时进行水工试验能进一步掌握集中冲刷和局部冲刷深度，估算墩台建成后和施工时的影响，定出墩台的埋置深度。我国有关部门规定，在有冲刷处，桥梁墩台基础埋置深度应在墩台附近最大冲刷线(包括一般冲刷线和局部冲刷线之和)下不小于表1所列安全值。对于一般桥梁，安全值为2 m 加冲刷总深度的1O ；对于特大桥(或大桥)属于技术复杂，修复困难或者重要，安全值为3 m加冲刷总深度的1O 9／5。从桥梁防洪安全角度出发，建筑在非坚硬岩石地基上的桥梁，其墩台基础在通过检定洪水的最大冲刷线(包括一般冲刷线和局部冲刷总和)下埋置深度，不能满足表1规定。不管何种类型基础，都应按浅基处理。
表1 墩台基础埋置深度的安全值
冲刷总深度/M
0 5 10 15 20
在我国早期修建的铁路中，有许多桥梁采用木桩基础，在季节性河流中，木桩处于干湿交替的环境下，其腐朽从桩头及桩周表皮开始。桩头的腐朽使桩与承台的连接减弱，桩与承台的刚性连接转变为铰接；桩周表皮的腐朽使桩基的摩阻力不断减小，甚至失去作用；河道也处于不断的演变之中，一些河道因冲刷而下切，
一般桥梁 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
安全值/M
检定频率流量
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
特大桥
校核频率流量
1.5 1.8 2.0 2.3 2.5
而河道的下切则会导致墩台基础的埋深不断减小。此外在既有铁路桥梁中，由于改建和增建第二线的影响，造成河床平衡状态的破坏，冲刷加剧，河床断面不断下降，还有一些桥梁因河道挖沙、取土等因素的影响，使墩台基础的埋置深度在不断地减小，因此变为浅基桥梁。另外随着时间的推移，一些墩台出现不同程度的病害，诸如下沉、倾斜等；而列车轴重的不断增加、速度的不断提高以及洪水的威胁势必会加剧这些病害的发展。在桥梁的Et常维护中，往往注意的是其上部的结构；对墩台基础来说，只要其承载力没有什么问题，浅基问题往往重视不够。基础埋置深度减小一方面削弱了墩台的稳定性，另一方面造成部分墩台的承载力不足，发生墩顶横向振动幅值超限或晃动。桥梁安全度的降低，会影响到其正常的使用，成为运输生产的隐患。这方面的教训是深刻的。例如2001年6月9日陇海线灞河桥5个桥墩被洪水冲毁，造成线路中断。初步分析，下游河床内挖沙严重，河道高低相差较多，洪水冲刷后河道局部下切较深；在水流的不断作用下，拉沟冲淘至护底垂裙以下，造成垂裙垮塌，随后混凝土护底垮塌沉落失去作用，使桥墩基础承台悬空；腐朽的木桩抵御不了洪水的冲刷、支撑不了上部结构的自重造成桥墩歪倒、梁落桥断的结果。根据铁道部运输局基础部的统计，全路目前尚有木桩基础墩台2000多个，大多数存在不同程度的病害，很多已成为浅基，浅基桥梁不但威胁汛期行车安全，而且严重的还造成桥梁水毁事故，中断行车。因此，此类桥梁应因地制宜地采取防护加固措施。
2．浅基治理的一般办法
浅基桥梁防护，就防护范围而言，一般分整孔防护和局部防护；就防护的类型而言，又分为平面防护和立体防护。整孔防护适用于梁跨较小、净空允许、局部防护难以置于一般冲刷线以下的浅基病害桥梁。局部防护适用于跨度较大、天然河床下切、河段上一般冲刷较小(或建桥后已经历较大洪水，一般冲刷已充分发展)、护基顶面有可能设置在一般冲刷线以下的桥梁。立体防护适用于平原或山区河流，天然河床下切或一般冲刷较大，枯水时水流较深，其他型式防护难以施
工的情况。整孔防护适用于山区和山前区的漂石、卵石及砂质河床或平原砂质河床集中冲刷不严重的河流，枯水期水深较浅便于施工，梁跨较小(一般 <16m)，
净空容许等情况的桥梁。局部防护的目的在于防治墩周围产生局部冲刷，以消除对桥墩安全的威胁。其途径不外乎是削弱水流的冲刷能力和提高基础周围河床的抗冲刷能力。局部防护的关键是防护顶面的标高应尽量作到接近一般冲刷线，局部防护方法有平面防护及立体防护。
3．高压旋喷注浆加固浅基
高压旋喷注浆法是一项正在发展中的地基加固技术，其应用的时间并不长，但由于用途广泛，加固地基的质量可靠而且效果好，目前已逐渐成为我国常用的地基处理方法之一。所谓高压喷射注浆，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后．以20～40 MPa的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度快、脉动状的射流的动压力大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的联合作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。固结体的形状和高压喷射流的作用方向、移动轨迹和持续喷射时间有密切关系。加固墩台基础时，旋喷桩的主要作用是：① 在原基础下形成新的桩基础，使其分担原基础承担的荷载，相应地提高了基础的承载能力。② 填充地基与基础中的缝隙，旋喷桩在灌注过程中，水泥浆与水泥土浆在压力的作用下向四周及基础底下的土层缝隙渗透，硬凝后与土形成一个整体，提高了地基土的密实度和基础的完整性。
3.1 高压旋喷注浆法的工艺类型
旋喷注浆法的基本工艺有3种类型：
① 单管旋喷注浆法；② 二重管旋喷注浆法；③ 三重管旋喷注浆法。 3.2 高压旋喷注浆法的主要特征
① 适用范围广；② 施工简便；③ 固结体形状可控制；④ 确保固结体强度；⑤ 有较好的耐久性；⑥ 使用材料来源广，价格低廉；⑦ 设备简单、管理方便。施工管理简便，在旋喷过程中，通过对喷射的压力、吸浆量和冒浆情况的量测，即可间接地了解旋喷的效果和存在的问题，以便及时调整旋喷参数和改变工艺，保证固结质量。旋喷的全套设备结构紧凑、体积小、机动性强，占地少，能在狭
窄和低矮的现场施工。
3．3 高压旋喷法加固浅基的设计和施工
3.3.1 高压旋喷法加固的设计计算方法
利用高压旋喷法加固墩台基础的方法一般都是在墩台基础的襟边或底板打下钻孔，旋喷成圆柱形固结体，并和原基础联成整体，增加地基的承载力，防治墩周围产生局部冲刷，达到加固的目的。采用旋喷桩加固浅基，一是要抵抗洪水冲刷，二是要承受原墩传来的重量。要求桩与原墩身成为整体，关键在于两者之间的连接结构(承台)的设计。所用的承台形式为环形板式承台，承台与墩身之间的联结采用槽口承托的形式，原墩身与承台的连接高度范围内需铲出槽口，其深度通过计算决定，最小尺寸不小于25 cm，为加强承托作用在槽口上做加强套箍。承台的位置尽量设得低些，以减少对桥下排洪断面的压缩，防止流水及漂浮物撞击承台和免受冻结时土壤冻胀力对承台产生上托力。用钻孔桩加固浅基一般沿墩身外围均匀布置，采用直径60cm 的桩径，结构计算基本上与新建桥梁中钻孔桩基础的高承台桥墩相同。旋喷桩桩头增加钢管与旧墩基础灌注钢筋混凝土联成一体，形成高桩承台，增加了基础深度，又提高承载能力。
3.3.2 高压旋喷法加固的施工
旋喷注浆加固的施工程序为钻机就位、钻孔、插管、旋喷作业、冲洗等5道工序。旋喷施工的操作要点有：
(1)旋喷前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求，注浆管及喷嘴内不得有任何杂物。注浆管接头的密封圈必须良好。
(2)垂直施工时，钻孔的倾斜度一般不得大于1.5 。
(3)在插管和旋喷过程中，要注意防止喷嘴被堵，在拆卸或安装注浆管时动作要快。水、气、浆的压力和流量必须符合设计值，否则要拔管清洗再重新进行插管和旋喷。使用双喷嘴时，若一个喷嘴被堵，则可采取复喷方法继续施工。
(4)旋喷时，要做好压力、流量和喷浆量的量测工作，并按要求逐项记录。钻杆的旋转和提升必须连续不中断。拆卸钻杆继续旋喷时，要注意保持钻杆有0.1m 的搭接长度，不得使旋喷固结体脱节。
(5)深层旋喷时，应先喷浆后旋转和提升，以防注浆管扭断。