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摘要：本文结合工程实例，阐述了高压旋喷桩对桥梁基础加固的应用措施，对桥梁的基础加固具有一定的参考价值。
关键词：桥梁 高压旋喷桩基础加固 沉降
1、概述
该大桥桩号为K140+489.76～K140+370.24，全桥长119.52米，于1995年建成通车。桥梁跨径：7×16米，桥宽：25.6米，左右两幅为分离式结构，设计荷载：汽—20，挂—100，桥墩采用两根Φ1.2米钻孔灌注桩配Φ1.1米圆柱。该桥近年来发现桥梁有整体沉降现象，沉降量在1.1～3.7cm之间，且大桥有继续下沉趋势，存在极大的交通安全隐患，急需进行加固维修。
2、工程地质概况
为查明桥梁桩基下沉原因，工程项目特对桥重新进行地质钻探，根据地质工程勘察院揭露，场地揭露地层为第四系冲积层(Qa1)，残积层(Qe1)，表层局部见人工填土层(Qm1)，下伏基岩为燕山期花岗岩，下伏基岩为燕山期花岗岩（Υ52(3)），据其成因及物理力学性质，可划分为4个工程地质层。
2.1、全风化花岗岩
灰绿色，灰褐色，褐黄色，岩石风化强烈，原岩结构可辨，岩芯呈坚硬土柱状，遇水易软化，崩解。
2.2、强风化花岗岩
褐黄色，灰褐色～褐色，岩石风化强烈，原岩结构清晰可辨，半岩半土状，岩芯遇水易软化。
2.3、弱风化花岗岩
灰色，青灰色夹褐黄色，粗粒结构，块状构造，岩石风化裂隙发育，裂面为褐铁染，岩芯较破碎，呈碎块～短柱状，岩质较坚硬。
2.4、微风化花岗岩
青灰色夹肉红色，粗粒结构，块状构造，成分主要由长石，云母，石英组成，岩石裂隙发育，岩芯较破碎，呈块柱状，岩质新鲜，较坚硬。
3、桩基补强加固处理
3.1、桥梁沉降原因分析
由桩基承载力验算结果可以看出，摩擦桩桩基长度偏短应是该桥桩基沉降的主要原因。另外，近年来河床冲刷较为严重，河床面下降2～3米，减小了桩基的有效摩擦长度，桩基承载力的降低是必然的。另外，由于近几年地方经济迅速发展，从桥上通过的载重货车非常多，加上超载超限，实际的荷载已经超出原有的设计荷载，上部结构传递下来支座反力也超出原有的设计荷载，且桩基承载力也不能满足要求，因此全桥发生了沉降。
综上所述可以得出，桥梁桩基发生了明显的沉降，需对桩基进行补强加固处理。
3.2、桩基补强加固方案
通过对高压旋喷注浆法方案与横向加桩方案比较，认为高压旋喷注浆法具有施工设备简单、施工难度小、工期短、加固效果好、工程费用较低等优点；因此，最终选取高压旋喷注浆法对本桥桩基进行补强加固。
3.3、桩周旋喷法加固设计
旋喷时，钻孔在距离桩基边缘15厘米处，旋喷水泥浆的作用半径大约25厘米，这样以每个钻孔为中心形成一个直径约50厘米的旋喷桩。除去系梁范围不能钻孔旋喷施工外，Φ1.2桩基周围布置10个钻孔可将桩周土层全部加固，桥台处Φ1.2桩基周围布置3个钻孔，如图1、2所示：
图1桩周旋喷示意图图2 桥台处桩周旋喷示意图
高压旋喷桩桩底至原桩基桩底以下2米，经过桩周旋喷后，桩周土均已固化并达到一定的强度，其对桩基侧面的摩擦力会大大增加。由于该摩擦力大大高于原状土的作用，亦可看作是旋喷作用的桩周土和桩身合为整体，桩基直径增加。旋喷作用的范围按平均直径为0.5米计，考虑重叠效应，将加固后的摩擦桩承载力按直径2米进行计算。加固后的桩基承载力计算结果，从计算结果中可以看出，经旋喷加固后的桩基承载力大大提高，加固后的桩基的沉降量明显减小。
4、桩基高压旋喷注浆施工
2008年起，开始组织实施该桥维修加固工程，并对桥墩基础进行了高压旋喷注浆补强加固施工。
旋喷采用双管复喷工艺，即先喷一遍清水，再喷一遍水泥浆。水泥浆采用32.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为0.9：1，每米水泥掺量不小于200kg。喷水压力不小于20MPa，喷浆压力24～26 MPa，提升速度18～20cm/min，旋转速度20～25r/min。
5、基础检定
为正确评估桥梁基础的实际承载能力，客观评价桥墩基础高压旋喷注浆法加固效果以及判断是否达到设计预期的效果；从而验证设计理论的先进性和评价施工质量的好坏，并为加固工程竣工验收提供依据。关于旋喷桩的桩基检测，应有检测资质的单位进行检测，旋喷桩的检测手段有抽芯检测和静载荷载试验。
5.1抽芯检测
对高压旋喷水泥桩的钻孔抽芯桩基检测，检验桩身注浆质量，桩身强度是否符合设计要求，施工长度是否属实，综观所取芯样情况，大部分桩的旋喷效果明显，基本达到设计要求。
5.2 静载荷载试验
由于该大桥已运营多年，属于成桥状态，其基础承载能力无法采用常规的桩基承载能力试验方法来评价；根据工程实际情况和其它工程类似经验，拟对桥墩基础进行静荷载试验，即选取沉降量较大的桥墩，再其墩顶桥面布置静荷载，同时在桥墩或系梁布置百分表，测量荷载作用下的基础沉降值，通过取得桥墩基础的沉降—荷载关系曲线来判断基础的实际承载能力，从而评价本次桥梁基础加固效果，为加固工程竣工验收提供依据。
本次桥墩基础检定试验步骤：
5.2.1 试验墩位的选择
综合考虑基础沉降情况、加固施工后的固结土龄期、施工过程中的异常情况以及业主、监理意见，本次试验选取三处作为试验对象。
5.2.2 试验荷载确定
由于该大桥属于成桥状态，试验过程不能对桥梁结构产生损伤或破坏，因此试验荷载既不能超过上部T梁的设计承载能力，也不能达到桩基础的极限承载能力。同时考虑大桥地处交通要道，实际通行能力要求较高，而本桥原设计标准为汽—20级，因此本次基础试验按提高一个荷载等级考虑，即试验荷载按现行公路标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004中公路Ⅰ级荷载标准确定。桥梁单幅宽度为12.8米，除单侧人行道外，另考虑三个行车道，根据公路Ⅰ级荷载标准，计算墩顶加载最大值为1037KN。
试验所需加载车辆的数量和轮位布置，应根据设计标准活荷载产生的相应工况下的最不利效应值满足0.8≤η≤1.0的要求进行等效换算确定；则试验荷载取值范围为830 KN～1037 KN，共需3辆载重汽车。试验前对每辆加载进行配重，并对每辆车的轴重称重编号，方便试验加载的顺利进行。实际试验过程中采用3辆载重汽车加载，3车满布后墩顶竖向力为886.3 KN，加载效率系数为85.5%；
5.2.3 试验荷载布置
本次试验荷载分两级加载，先对称上1、2号车，约12小时左右待基础沉降基本稳定后上3号车。
5.2.4 试验测点布置
本次基础沉降采用百分表测量，在试验墩的两个墩柱及系梁上布置4个百分表。
5.2.5 试验读数规定
在加载前百分表读一次数；上1、2号车后，第一个2小时内每10分钟读一次数；第二个2小时内每30分钟读一次数；以后每60分钟读一次数。根据试验情况，在12小时左右基础沉降基本稳定后加3号车，第一个2小时内每30分钟读一次数；以后每60分钟读一次数。
5.2.6 试验安全规定
严格按计算荷载控制实加荷载，并按计划步骤加载，加载过程由专人指挥，保证有序缓慢进行。
试验过程中指派专人观察上部结构有无变化，是否產生裂缝。
在加载过程中，密切观察基础沉降变化，在总沉降超过10mm，或一级荷载沉降量超过前一级荷载沉降量5倍，即停止试验，分析原因。
为保证结构安全，试验过程中一旦发现任何异常情况，立即停止试验。
6、测试成果分析
6.1、桥墩基础沉降试验测试数据（荷载～时间～沉降）如表1。
表1 荷载作用下基础沉降试验测试数据表 (mm)
桩号
测读 6－3 6－4 3－1 3－2 4－1 4－2
测读时间 荷载状况
0分钟 0 KN 0 0 0 0 0 0
1小时 604KN 0.011 0.009 0.029 0.025 0.028 0.014
5小时 604KN 0.013 0.010 0.034 0.028 0.030 0.016
10小时 604KN 0.016 0.012 0.04 0.030 0.032 0.018
15小时 886KN 0.051 0.043 0.058 0.051 0.052 0.029
20小时 886KN 0.069 0.060 0.060 0.063 0.057 0.036
24小時 886KN 0.071 0.063 0.062 0.065 0.059 0.037
由表1可以看出：在试验荷载作用下，桥墩基础沉降量较小，最大值为0.071mm；在每一级荷载变化时，基础沉降量均有突变，随后逐渐稳定；在完全卸载后，基础沉降逐步恢复，最终残余沉降均很小，说明桩基础在卸载后能够恢复原状，基本处于弹性工作状态。
6.2、为便于测试成果分析，把表1中数据绘制成基础沉降S与相关曲线图，各相关曲线图如下：
图6沉降量曲线 图7 P-S曲线
从3处墩位共6根桩基础的测试数据及相关曲线图来看，按规范规定可以判断所有试验桩未出现明显极限承载力特征。可以认为：加固后的桥墩基础承载能力能够满足设计要求。
7、基础沉降理论计算
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024－85中附录六“基础按m法的计算”附表6.10：
承台竖向位移c = P/γcc
γcc = n ρPP （n＝1）
ρPP ＝ 1/［(l0+ξh)/EA + 1/C0A0］
在试验荷载作用下，计算得到各试验桩基础沉降值见表2
表2各试验桩基础沉降计算值 （mm）
对比表1与表2，可以看出各试验桩基础在试验荷载作用下实测沉降值均小于理论计算沉降值，说明基础加固后沉降明显减小，高压旋喷注浆加固效果较好，达到设计预期的效果。
8、结论
在试验荷载作用下所有试验桩未出现明显极限承载力特征。加固后的桥墩基础承载能力有较大提高，基础加固后沉降明显减小，注浆加固起到较好效果。
参考文献：
[1] 冯丽君．旋喷桩在公路桥梁基础处理中的应用．铁道标准设计．2009
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：桥梁 高压旋喷桩基础加固 沉降
1、概述
该大桥桩号为K140+489.76～K140+370.24，全桥长119.52米，于1995年建成通车。桥梁跨径：7×16米，桥宽：25.6米，左右两幅为分离式结构，设计荷载：汽—20，挂—100，桥墩采用两根Φ1.2米钻孔灌注桩配Φ1.1米圆柱。该桥近年来发现桥梁有整体沉降现象，沉降量在1.1～3.7cm之间，且大桥有继续下沉趋势，存在极大的交通安全隐患，急需进行加固维修。
2、工程地质概况
为查明桥梁桩基下沉原因，工程项目特对桥重新进行地质钻探，根据地质工程勘察院揭露，场地揭露地层为第四系冲积层(Qa1)，残积层(Qe1)，表层局部见人工填土层(Qm1)，下伏基岩为燕山期花岗岩，下伏基岩为燕山期花岗岩（Υ52(3)），据其成因及物理力学性质，可划分为4个工程地质层。
2.1、全风化花岗岩
灰绿色，灰褐色，褐黄色，岩石风化强烈，原岩结构可辨，岩芯呈坚硬土柱状，遇水易软化，崩解。
2.2、强风化花岗岩
褐黄色，灰褐色～褐色，岩石风化强烈，原岩结构清晰可辨，半岩半土状，岩芯遇水易软化。
2.3、弱风化花岗岩
灰色，青灰色夹褐黄色，粗粒结构，块状构造，岩石风化裂隙发育，裂面为褐铁染，岩芯较破碎，呈碎块～短柱状，岩质较坚硬。
2.4、微风化花岗岩
青灰色夹肉红色，粗粒结构，块状构造，成分主要由长石，云母，石英组成，岩石裂隙发育，岩芯较破碎，呈块柱状，岩质新鲜，较坚硬。
3、桩基补强加固处理
3.1、桥梁沉降原因分析
由桩基承载力验算结果可以看出，摩擦桩桩基长度偏短应是该桥桩基沉降的主要原因。另外，近年来河床冲刷较为严重，河床面下降2～3米，减小了桩基的有效摩擦长度，桩基承载力的降低是必然的。另外，由于近几年地方经济迅速发展，从桥上通过的载重货车非常多，加上超载超限，实际的荷载已经超出原有的设计荷载，上部结构传递下来支座反力也超出原有的设计荷载，且桩基承载力也不能满足要求，因此全桥发生了沉降。
综上所述可以得出，桥梁桩基发生了明显的沉降，需对桩基进行补强加固处理。
3.2、桩基补强加固方案
通过对高压旋喷注浆法方案与横向加桩方案比较，认为高压旋喷注浆法具有施工设备简单、施工难度小、工期短、加固效果好、工程费用较低等优点；因此，最终选取高压旋喷注浆法对本桥桩基进行补强加固。
3.3、桩周旋喷法加固设计
旋喷时，钻孔在距离桩基边缘15厘米处，旋喷水泥浆的作用半径大约25厘米，这样以每个钻孔为中心形成一个直径约50厘米的旋喷桩。除去系梁范围不能钻孔旋喷施工外，Φ1.2桩基周围布置10个钻孔可将桩周土层全部加固，桥台处Φ1.2桩基周围布置3个钻孔，如图1、2所示：
图1桩周旋喷示意图图2 桥台处桩周旋喷示意图
高压旋喷桩桩底至原桩基桩底以下2米，经过桩周旋喷后，桩周土均已固化并达到一定的强度，其对桩基侧面的摩擦力会大大增加。由于该摩擦力大大高于原状土的作用，亦可看作是旋喷作用的桩周土和桩身合为整体，桩基直径增加。旋喷作用的范围按平均直径为0.5米计，考虑重叠效应，将加固后的摩擦桩承载力按直径2米进行计算。加固后的桩基承载力计算结果，从计算结果中可以看出，经旋喷加固后的桩基承载力大大提高，加固后的桩基的沉降量明显减小。
4、桩基高压旋喷注浆施工
2008年起，开始组织实施该桥维修加固工程，并对桥墩基础进行了高压旋喷注浆补强加固施工。
旋喷采用双管复喷工艺，即先喷一遍清水，再喷一遍水泥浆。水泥浆采用32.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为0.9：1，每米水泥掺量不小于200kg。喷水压力不小于20MPa，喷浆压力24～26 MPa，提升速度18～20cm/min，旋转速度20～25r/min。
5、基础检定
为正确评估桥梁基础的实际承载能力，客观评价桥墩基础高压旋喷注浆法加固效果以及判断是否达到设计预期的效果；从而验证设计理论的先进性和评价施工质量的好坏，并为加固工程竣工验收提供依据。关于旋喷桩的桩基检测，应有检测资质的单位进行检测，旋喷桩的检测手段有抽芯检测和静载荷载试验。
5.1抽芯检测
对高压旋喷水泥桩的钻孔抽芯桩基检测，检验桩身注浆质量，桩身强度是否符合设计要求，施工长度是否属实，综观所取芯样情况，大部分桩的旋喷效果明显，基本达到设计要求。
5.2 静载荷载试验
由于该大桥已运营多年，属于成桥状态，其基础承载能力无法采用常规的桩基承载能力试验方法来评价；根据工程实际情况和其它工程类似经验，拟对桥墩基础进行静荷载试验，即选取沉降量较大的桥墩，再其墩顶桥面布置静荷载，同时在桥墩或系梁布置百分表，测量荷载作用下的基础沉降值，通过取得桥墩基础的沉降—荷载关系曲线来判断基础的实际承载能力，从而评价本次桥梁基础加固效果，为加固工程竣工验收提供依据。
本次桥墩基础检定试验步骤：
5.2.1 试验墩位的选择
综合考虑基础沉降情况、加固施工后的固结土龄期、施工过程中的异常情况以及业主、监理意见，本次试验选取三处作为试验对象。
5.2.2 试验荷载确定
由于该大桥属于成桥状态，试验过程不能对桥梁结构产生损伤或破坏，因此试验荷载既不能超过上部T梁的设计承载能力，也不能达到桩基础的极限承载能力。同时考虑大桥地处交通要道，实际通行能力要求较高，而本桥原设计标准为汽—20级，因此本次基础试验按提高一个荷载等级考虑，即试验荷载按现行公路标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004中公路Ⅰ级荷载标准确定。桥梁单幅宽度为12.8米，除单侧人行道外，另考虑三个行车道，根据公路Ⅰ级荷载标准，计算墩顶加载最大值为1037KN。
试验所需加载车辆的数量和轮位布置，应根据设计标准活荷载产生的相应工况下的最不利效应值满足0.8≤η≤1.0的要求进行等效换算确定；则试验荷载取值范围为830 KN～1037 KN，共需3辆载重汽车。试验前对每辆加载进行配重，并对每辆车的轴重称重编号，方便试验加载的顺利进行。实际试验过程中采用3辆载重汽车加载，3车满布后墩顶竖向力为886.3 KN，加载效率系数为85.5%；
5.2.3 试验荷载布置
本次试验荷载分两级加载，先对称上1、2号车，约12小时左右待基础沉降基本稳定后上3号车。
5.2.4 试验测点布置
本次基础沉降采用百分表测量，在试验墩的两个墩柱及系梁上布置4个百分表。
5.2.5 试验读数规定
在加载前百分表读一次数；上1、2号车后，第一个2小时内每10分钟读一次数；第二个2小时内每30分钟读一次数；以后每60分钟读一次数。根据试验情况，在12小时左右基础沉降基本稳定后加3号车，第一个2小时内每30分钟读一次数；以后每60分钟读一次数。
5.2.6 试验安全规定
严格按计算荷载控制实加荷载，并按计划步骤加载，加载过程由专人指挥，保证有序缓慢进行。
试验过程中指派专人观察上部结构有无变化，是否產生裂缝。
在加载过程中，密切观察基础沉降变化，在总沉降超过10mm，或一级荷载沉降量超过前一级荷载沉降量5倍，即停止试验，分析原因。
为保证结构安全，试验过程中一旦发现任何异常情况，立即停止试验。
6、测试成果分析
6.1、桥墩基础沉降试验测试数据（荷载～时间～沉降）如表1。
表1 荷载作用下基础沉降试验测试数据表 (mm)
桩号
测读 6－3 6－4 3－1 3－2 4－1 4－2
测读时间 荷载状况
0分钟 0 KN 0 0 0 0 0 0
1小时 604KN 0.011 0.009 0.029 0.025 0.028 0.014
5小时 604KN 0.013 0.010 0.034 0.028 0.030 0.016
10小时 604KN 0.016 0.012 0.04 0.030 0.032 0.018
15小时 886KN 0.051 0.043 0.058 0.051 0.052 0.029
20小时 886KN 0.069 0.060 0.060 0.063 0.057 0.036
24小時 886KN 0.071 0.063 0.062 0.065 0.059 0.037
由表1可以看出：在试验荷载作用下，桥墩基础沉降量较小，最大值为0.071mm；在每一级荷载变化时，基础沉降量均有突变，随后逐渐稳定；在完全卸载后，基础沉降逐步恢复，最终残余沉降均很小，说明桩基础在卸载后能够恢复原状，基本处于弹性工作状态。
6.2、为便于测试成果分析，把表1中数据绘制成基础沉降S与相关曲线图，各相关曲线图如下：
图6沉降量曲线 图7 P-S曲线
从3处墩位共6根桩基础的测试数据及相关曲线图来看，按规范规定可以判断所有试验桩未出现明显极限承载力特征。可以认为：加固后的桥墩基础承载能力能够满足设计要求。
7、基础沉降理论计算
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024－85中附录六“基础按m法的计算”附表6.10：
承台竖向位移c = P/γcc
γcc = n ρPP （n＝1）
ρPP ＝ 1/［(l0+ξh)/EA + 1/C0A0］
在试验荷载作用下，计算得到各试验桩基础沉降值见表2
表2各试验桩基础沉降计算值 （mm）
对比表1与表2，可以看出各试验桩基础在试验荷载作用下实测沉降值均小于理论计算沉降值，说明基础加固后沉降明显减小，高压旋喷注浆加固效果较好，达到设计预期的效果。
8、结论
在试验荷载作用下所有试验桩未出现明显极限承载力特征。加固后的桥墩基础承载能力有较大提高，基础加固后沉降明显减小，注浆加固起到较好效果。
参考文献：
[1] 冯丽君．旋喷桩在公路桥梁基础处理中的应用．铁道标准设计．2009
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。