Seismic Retrofit of Bridge Foundations: Piles, Ground Improvement and Buttress Berms

ABSTRACT: Many aging bridges across western North America are seismically vulnerable, particularly those built before modern seismic codes. Full replacement is often cost-prohibitive, making seismic retrofitting a more practical solution to enhance structural resilience. This paper synthesizes foundation retrofit methods used in British Columbia, Canada, based on the authors’ experience with major bridge projects. Three main retrofit approaches are discussed: (1) foundation strengthening with new piles, (2) ground improvement, and (3) buttress berms. Structural (direct) retrofits involve installing piles adjacent to existing foundations and connecting them at the pile cap to transfer seismic loads to more competent soils or bedrock. Geotechnical (indirect) retrofits aim to strengthen or densify foundation soils to mitigate the effects of liquefaction and strain softening. Techniques include timber compaction piles, vibro-replacement, compaction grouting, deep soil mixing, and rammed aggregate piers. Hybrid strategies combining structural and geotechnical methods are frequently employed due to varying site conditions and construction constraints. Case studies from four Fraser River crossings—the Agassiz-Rosedale, Mission, a Railway, and Knight Street bridges—demonstrate how tailored retrofit strategies addressed challenges such as liquefiable soils, constrained work zones, environmental sensitivity, and active traffic.

RÉSUMÉ: De nombreux ponts vieillissants dans l’Ouest de l’Amérique du Nord présentent une vulnérabilité sismique, en particulier ceux construits avant l’adoption des normes parasismiques modernes. Le remplacement complet de ces structures étant souvent trop coûteux, la réhabilitation parasismique constitue une solution plus réaliste pour améliorer leur résilience structurelle. Cet article présente une synthèse des méthodes de renforcement des fondations utilisées en Colombie-Britannique (Canada), fondée sur l’expérience des auteurs dans le cadre de grands projets de ponts. Trois approches principales de réhabilitation sont examinées : (1) le renforcement des fondations par de nouveaux pieux, (2) l’amélioration des sols, et (3) la construction de bermes de contrefort. Les interventions structurelles (directes) consistent à installer des pieux à proximité des fondations existantes et à les relier à la semelle de fondation afin de transférer les charges sismiques vers des sols ou un substratum rocheux plus compétents. Les interventions géotechniques (indirectes) visent à renforcer ou densifier les sols de fondation pour atténuer les effets de la liquéfaction et de l’adoucissement des contraintes. Les techniques utilisées incluent le compactage par pieux en bois, le vibro-remplacement, le coulis de compactage, le mélange en profondeur et les colonnes de granulats compactés. Des stratégies hybrides combinant approches structurelles et géotechniques sont fréquemment mises en œuvre, en raison des conditions de site et des contraintes de construction variées. Des études de cas portant sur quatre traversées du fleuve Fraser — les ponts Agassiz-Rosedale, Mission, un pont ferroviaire et le pont de Knight Street — illustrent comment des stratégies de réhabilitation adaptées ont permis de relever des défis tels que la liquéfaction des sols, les zones de travail restreintes, la sensibilité environnementale et la circulation active.