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中农力强讲述桥梁工程偏移纠正该如何施工

  在公路桥梁施工中,软土地基上的桩基础往往产生较多的质量问题。在施工前认真分析地质资料,有针对性地采取预防、加强措施,常常可避免一些不必要的损失。本文对某桥梁施工完毕后出现的偏移进行纠偏及加固方案进行探讨,以供交流。
 

  关键词:桥梁桩基;纠偏与加固技术
 

  随着社会发展,市场经济不断深化,我国高速公路及城市建设发展迅猛,桥梁工程中桥梁桩基极为关键,桥梁桩基由于深埋在地表下,而且多数施工区域地下水较高。因此,桩基的质量一直都较难以控制,极会造成完工后偏移的现象。
 

  一、工程概况
 

  某大桥上部左桥为4-25m预应力混凝土简支T形梁,共1联;右桥为16-25m预应力混凝土简支T形梁,共3联。下部结构采用半幅桥宽双柱桥墩 (120mm),桥墩基础为钻孔灌注桩基础,桩基均嵌入弱风化泥岩或砂岩层内,该桥墩右幅1~5跨墩墩台桩基设计均为嵌岩桩,桩长16~24m,墩柱高 5.27~9.25m。
 

  该桥T梁安装、横隔板及湿接缝施工完毕后,发现右幅桥面的2~4跨向外偏移,最大偏移量达447mm。为此,项目部就该桥的偏移原因进行了分析,并反复论证在不破坏原桥的基础上实施纠偏复位的可行性。
 

  (1)施工场地
 

  工程项目的坡度大约在45°~50°,弃土填至盖梁底部,桥梁外侧(右侧)为河流,距水面高差约30m,山坡陡峭,堆放陡坡岸的弃土松软,桥两端呈陡坡状,车辆无法进入施工现场,仅允许挖掘机通行,因此,在桥下进行开挖基坑作业时,大量的弃土无法外运,堆放场地十分有限,向沿河一侧弃土,又担心堵塞河道,为顺利开挖基坑至设计位置,只能分层分段降低地面标高,利用挖掘机结合推土机把弃土向桥的另一端逐段逐层堆放。施工场地地质剖面如图1所示。
 

  二、偏移原因分析
 

  该桥桩柱置于坡地,表层覆盖层为较厚黏土(4~6m),地下水丰富,土含水率高,呈饱和状态,加之桥下坡面上又堆放2~6m厚的弃土。经测量,桥右幅的偏移量为:0~1跨向右侧发生0~75mm;1~2跨75~473mm;2~3跨473~447mm;3~4跨447~64mm;4~5跨 64~39mm;5~6跨39~6mm。桥的偏移与右幅弃土堆放位置和弃土的滑移方向一致,在采取了清方卸载、停止桥面车辆通行后,桥梁偏移基本停止,这进一步证明了桥下土荷载的挤压是桥梁偏移的主要原因。在挖开原桩基时,3号墩桩基在深度5~6m处发现多条裂缝,间隔30~40mm,局部有混凝土块崩落,钢筋外露,显然,3号墩桩基已在弱风化层界面处发生断裂(竖向钢筋未断,但已发生局部变形)。强风化层和土体的共同滑移和挤压,对桩、柱产生侧压力和剪切力,将桩体剪裂,使断桩桩基上部向外偏移,致使墩柱与桥面同步发生偏移,另外,由于桥面质量及其横向约束产生的反力、各墩不均匀偏移,导致右幅 1-3,2-3,3-4的6根墩柱外侧产生环向裂缝。
 

  三、处理方案
 

  (1)原则在充分考虑桥梁结构安全的前提下,以最少的投入和最短的时间纠正T梁、桩、柱错位,修复、加固桩基,保证桥梁结构稳定,线形顺滑,满足设计要求。
 

  (2)施工方案在不破坏原桥的前提下,采用锚索牵引结合千斤顶多点顶推的纠偏方案,首先清方卸载,深挖基坑至桩基裂缝处以下1m左右,然后分别利用地锚和反力墙做承力点,由手动葫芦和千斤顶共同施力,多点联动作用,实现纠偏目的,最后按设计要求施工新增桩基和承台,并使之与原桩基、系梁、反力墙联结为一体,从而达到加固目的。
 

  (3)施工顺序基坑开挖、护壁→地锚施工→浇筑挡土墙→浇筑反力墙→安装施力系统(千斤顶、手动葫芦)→梁板顶升→安装四氟板→桩基裂缝清洗→桩基墩柱纠偏、植筋→更换支座→梁板复位→新增桩、承台施工→基坑回填→地面硬化。
 

  (4)最大加载力的确定根据《混凝土结构设计规范》GB50010―2002,按圆形截面偏心受压构件考虑,计算截面最大抵抗弯矩为1 828kN•m。因此,可考虑每个千斤顶最大加载为250kN,合计千斤顶最大加载为1200kN。
 

  四、施工方法
 

  (1)清方卸载
 

  为减少土对桥梁桩基、墩柱的侧压力,桥位处要求全部清理堆土至原地面标高,保持地面基本水平并密实隔水,排水通畅,桥位外侧靠河一侧弃土分层压实。在 2-3,3-3,4-3桩基周围挖孔至6m左右,减少土体对桩基的侧压力,以提高纠偏效果。另外,对存在裂缝的桩基,采用高压水枪清洗裂缝,除掉裂隙中的岩屑,便于原桩基最大限度纠偏复位。
 

  (2)基坑护壁
 

  ①在2,3号墩外侧灌注反力墙,规格6m×3m×1.5m,C25混凝土,为防止施力时反力墙外移,浇筑混凝土前,在反力墙基底打入5根I45,插入深度4m,外露2m,从而进一步加固反力墙,防止反力墙向外移动,确保纠偏时施力效果。
 

  图2基坑支护示意
 

  ②在桩基靠坡一侧浇筑阶梯式挡土墙,防止边坡岩土向基坑内坍塌,如图2所示。桩基基坑内侧靠坡,由于坡度较大,深挖基坑时,边坡容易失稳,造成岩土坍塌,遇雨水渗透、冲蚀时,坍塌更为严重,无法开挖6m以下深度。为此,曾试图采用圆木桩支撑护壁,但木桩无法打入风化层,且支撑力不足,容易截断,事倍功半,后来,因地制宜,决定采用阶梯式挡土墙对靠坡坑壁进行围挡,施工程序如下:①在基坑靠坡一侧的最外边浇筑第1道挡土墙(C25),规格 8m×2m×0.75m;②第1道挡土墙达到设计强度的70%时,继续向下开挖,并浇筑第2道挡土墙(C25),规格10m×2m×0.75m使第1、第 2道挡土墙连为一体;③在挡土墙的两端,浇筑混凝土八字墙,最终组成U形挡土墙,八字墙端面埋入土层中,确保整个挡土墙的支撑稳定性,为继续往下深挖基坑创造条件。最后在受地形地貌条件严重限制的情况下顺利把基坑挖至6m,实现了纠偏程序的第1步。
 

  ③完成挡土墙和反力墙浇筑后,继续采用挖掘机深挖基坑至原桩基7m深度(弱风化层,裂缝位置),开始凿除桩基裂缝周边的混凝土碎块,清洗桩基裂缝石渣、泥屑,以消除纠偏时的阻力。

  (3)纠偏施工方案
 

  目的如下:①纠正桩基位置,根据桩基位移方向,在桩基顶部与系梁结合处施加反力;②纠正墩柱的倾斜,保证墩柱的垂直受力;③纠正盖梁的不均匀受力;④纠正桥面系,保证盖梁均匀受力和桥形顺滑。为此,采用锚索牵引结合多点顶推的纠偏方案(见图3),具体纠偏方案如下。
 

  图3纠偏施工示意
 

  ①在桥位偏移较大的2,3,4号墩柱的桩系梁上安装半圆钢抱箍,每墩柱两侧各设2组锚索,锚索孔径130mm,每组锚索由3根φs15.2mm高强度、低松弛、强度级别为1 860MPa的钢绞线组成,锚索向下倾角25°。
 

  ②锚索全段需进行除锈、防腐处理。锚固段钢绞线只需清污除锈,自由段钢绞线还需涂抹防腐剂(如黄油)。
 

  ③锚固段架线环与紧箍环间隔89mm设置,紧箍环系16号铅丝绕制,≥2圈,自由段每隔200cm设置一道架线环以保证钢绞线顺直。
 

  ④采用无水钻进,高压风清孔,注浆材料为纯水泥浆,水灰比0.45~0.5,加入早强剂和减水剂,注浆压力≥0.6MPa,锚固端为弱风化砂岩,入弱风化层≥8m,保证每组锚索抗拔力≥400kN。
 

  ⑤向孔内注浆应符合:①注浆管的出浆口应插入距孔底300~500mm处,浆液自下而上连续灌注,且确保从孔内顺利排水、排气;②注浆设备应有足够的浆液生产能力和所需的额定压力,采用的注浆管应能在1h内完成单根锚索的连续灌注。
 

  ⑥锚索施工完毕后,通过锚具盘与手动葫芦(拉力200kN)连接,手动葫芦与

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