預應力錨固技術在橋臺加固中的應用

王建權

(水利部河北水利水電勘測設計研究院,天津 300250)

預應力錨固技術在橋臺加固中的應用

王建權

(水利部河北水利水電勘測設計研究院,天津 300250)

預應力錨固技術由于其高效、經(jīng)濟的特點,近年來在各類巖土加固工程中得到了廣泛的應用,高家莊2號橋臺加固采用了對穿預應力鋼筋加固技術,在加固工程施工過程中,為了保持橋臺的穩(wěn)定采取了臨時加固措施,通過對這一工程實踐特點的分析和論述,在施工程序和方法方面進行了探討和總結(jié)。

橋臺加固;預應力錨固;鉆孔;臨時加固;施工程序

預應力巖土錨固技術產(chǎn)生于20世紀初的英國,其巧妙利用了預應力鋼材的高抗拉強度和調(diào)用并提高了巖土體自身的強度及自穩(wěn)能力,充分挖掘了巖土體的潛能[1]。預應力錨固技術的最大特點,是盡可能少地擾動被錨固的巖體或土體,并通過錨固措施合理地提高可利用巖體或土體的強度。所以預應力錨固技術是最為高效和經(jīng)濟的加固技術,因此得到了各行各業(yè)的高度重視和迅速的發(fā)展[2]。

1 工程概況

高家莊2號橋位于石太高速公路 K173+665里程處,竣工于1994年8月,橋梁上部結(jié)構為1～30 m等截面懸鏈線空腹式拱橋,橋臺為U型重力式,塊石鑲面,漿砌石圬工,基礎為端承式,橋面寬為2115 m。1997年7月,橋臺前墻出現(xiàn)垂直的裂縫,并向兩側(cè)鼓張,經(jīng)論證需要對橋臺進行加固。

1.1 橋臺加固方案

(1)橋臺前墻增設網(wǎng)格狀鋼筋混凝土梁,并與側(cè)墻形成整體;(2)橋臺側(cè)墻增設40 cm鋼筋混凝土墻,并用預應力高強精軋螺紋粗鋼筋加固,墻下增設混凝土支撐柱;(3)橋臺路基加固采用鉆孔灌漿處理。加固示意圖見圖1。

圖1 橋臺加固示意圖(陰影為加固部分)

1.2 設計施工程序

(1)開挖側(cè)墻支撐柱基坑,澆注混凝土支撐柱;

(2)綁扎前墻及側(cè)墻普通鋼筋、安放槽鋼,將前墻和側(cè)墻形成整體結(jié)構,澆注前墻及側(cè)墻混凝土(預留錨固鋼筋孔和注漿孔);

(3)在混凝土強度達到100%后在橋臺側(cè)墻鉆孔,在鉆孔中放入鋼管及高強精軋螺紋鋼筋;

(4)張拉預應力高強精軋螺紋鋼筋,錨固、灌漿、封錨;

(5)橋臺路基灌漿加固。

1.3 橋臺地層情況

(1)瀝青路面及墊層,厚度約20 cm;

(2)灰土回填層,厚度約40 cm;

(3)素填土層,厚度約50 cm;

(4)下伏雜填土層,厚度約11 m,雜填土層多為碎石,粒徑>50 cm的塊石含量>50%,偶夾粘土薄層,該層塊石間架空結(jié)構多、空隙大、結(jié)構松散,是造成橋臺出現(xiàn)裂縫和不穩(wěn)定的關鍵地層,預應力鋼筋鉆孔正好穿過此層。

本加固工程的特點是:預應力錨固是橋臺加固的主要措施,錨固孔為穿透式(對穿式),預應力加固方式,錨固鋼筋為高強精軋螺紋粗鋼筋,螺紋鋼筋直徑32 mm,長2270 mm,保護鋼管外徑70 mm,內(nèi)徑54 mm,槽鋼為18號。見圖2。

圖2 錨固方法示意圖

2 施工程序分析與調(diào)整

2.1 影響施工的關鍵因素分析

由于鉆孔位置恰好位于碎石土層中,極不利于鉆孔的成孔和導正,更不利于預應力鋼筋外護鋼管的下入,因此,鉆孔能否成孔和鋼管能否成功下入是加固工程能否順利實施的關鍵工序。

2.2 槽鋼安放與鉆孔施工順序分析

設計方提出的施工程序要求先安放槽鋼后再進行錨固鉆孔的施工。鉆孔需要穿透2115 m寬的橋臺,鉆孔在到達橋臺對面時出現(xiàn)偏移是無法避免的,所以先安放槽鋼必然會導致槽鋼位置和鉆孔位置出現(xiàn)偏差,偏差出現(xiàn)后,只能移動并重新安放槽鋼才能使螺紋鋼筋準確穿過槽鋼進行張拉、錨固。錨固鉆孔不可避免的偏移,勢必會造成重復施工,不僅會造成浪費,也會使側(cè)墻加固的質(zhì)量受到影響。

2.3 路基灌漿與錨固鉆孔施工順序分析

若首先進行錨固鉆孔的施工,由于橋臺內(nèi)部地層松散、架空結(jié)構多,水平鉆孔施工過程中會嚴重擾動原有的地層結(jié)構,破壞原有的應力平衡,很可能會造成路面塌陷,致使橋臺失穩(wěn)。因此首先處理結(jié)構松散的碎石土層不但會給以后的鉆孔的施工帶來極大的益處,而且也有利于橋臺保持穩(wěn)定。但是,根據(jù)勘探鉆孔揭露的地層情況看,橋臺的吃漿量會非常大,巨大的灌漿量和施加的灌漿壓力無疑會增加橋臺內(nèi)部的側(cè)向張力,給橋臺的穩(wěn)定帶來更為不利的影響。

2.4 臨時加固措施

綜合以上分析可以得出結(jié)論:錨固鉆孔應在槽鋼安放前實施,在鉆孔實施前最好先進行路基灌漿加固,先進行灌漿加固處理必須首先采取措施保證橋臺側(cè)墻的穩(wěn)定。經(jīng)現(xiàn)場仔細研究決定先進行路基灌漿加固工序,在灌漿前對橋臺采取臨時加固措施。

臨時加固措施本著安全、經(jīng)濟、與永久加固施工相結(jié)合的原則,在取得了設計、監(jiān)理單位的同意后,采用先造部分錨固鉆孔,按加固方案穿入鋼管和預應力鋼筋并張拉,臨時對橋臺進行錨固,然后進行灌漿,當灌入的水泥漿液凝固后再進行其余錨固鉆孔的施工。即:先進行 A1、A4、B2、C1、C4 號鉆孔的施工,下入鋼管和預應力鋼筋,在槽鋼上與孔位相對應的位置打孔,并穿入預應力鋼筋,再用槽鋼把穿入預應力鋼筋的槽鋼連接成一個整體(采用焊接方式),然后在槽鋼與橋臺之間穿入20 cm×20 cm的方木(方木之間的距離10～15 cm),張拉預應力鋼筋(張拉力為20 MPa),鎖緊錨具,進行橋臺路基灌漿,灌漿結(jié)束3天后拆除臨時加固結(jié)構,進行其余錨固鉆孔的施工。如圖3所示。

圖3 橋臺臨時加固示意圖

調(diào)整后的施工程序為:(1)鉆側(cè)墻臨時加固錨固鉆孔(A1、A4、B2、C1、C4),穿入鋼管和錨固鋼筋;(2)安放槽鋼及方木進行臨時加固;(3)橋臺路基灌漿加固,同時開挖側(cè)墻支撐柱基坑,澆注混凝土支撐柱;(4)拆除臨時加固系統(tǒng);(5)鉆剩余錨固鉆孔;(6)綁扎前墻及側(cè)墻普通鋼筋、安放槽鋼,將前墻和側(cè)墻形成整體結(jié)構,澆注前墻及側(cè)墻混凝土(預留錨固鋼筋孔和注漿孔);(7)張拉預應力高強精軋螺紋鋼筋,錨固、灌漿、封錨。

3 對穿式預應力錨固鉆孔的施工

3.1 造孔設備

造孔采用風動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進工藝,鉆頭為“115 mm全斷面硬質(zhì)合金鉆頭,造孔設備為:DKM-1B型水平錨桿鉆機,DHD-340A型風動潛孔錘,V HP-700型移動式螺桿空氣壓縮機。

3.2 錨固鉆孔施工

首先采用經(jīng)緯儀按設計要求把孔位放到橋臺兩側(cè)的側(cè)墻上,并做好標記;按孔位標記從一側(cè)向另一側(cè)鉆進,鉆孔打通后測量鉆孔偏移的方向和距離,當實際鉆孔的偏移距離<20 cm時即可下入鋼管。

在進行前期(臨時加固前)鉆孔施工時,多次出現(xiàn)卡鉆和埋鉆事故,鉆孔出現(xiàn)的偏移量較大,鉆桿拔出后鉆孔即被碎石堵死,根本不能形成鉆孔,經(jīng)分析是由于地層松散,大粒徑塊石較多造成的。實際操作中采取了如下的方法:(1)鉆孔偏移較大時,重新校正鉆機的水平和方向,并在原孔位上重新造孔,造孔時盡可能采用較小的給進壓力,直至鉆孔穿透橋臺時的偏移量達到要求時(小于20 cm)終止。(2)下入鋼管采取利用鉆桿拉回的方式,即:鉆孔達到要求后,在橋臺對面卸掉沖擊鉆頭,用連接器把鋼管連接到鉆桿上從對面拉回來的方法。這種方法很好地解決了由于地層破碎不能從正面下入鋼管的難題,使鉆孔和下鋼管一次完成,節(jié)約了時間。

采用臨時加固并完成路基灌漿后進行施工的錨固鉆孔沒有出現(xiàn)卡鉆和埋鉆事故,鉆孔偏移也大大減小,剩余的6個鉆孔全部都是一次完成,下入鋼管仍采用利用鉆桿從對面拉回的方法。臨時加固前后錨固鉆孔的造孔情況見表1。

由臨時加固前后錨固鉆孔施工過程情況的對比可以看出,采用臨時加固,先進行橋臺路基灌漿再進行錨固鉆孔施工的方法,徹底解決了錨固鉆孔施工難的問題,大大縮短了錨固鉆孔的施工時間,杜絕了因錨固鉆孔施工影響橋臺安全的事故的發(fā)生。

表1 臨時加固前后錨固鉆孔施工情況表

4 張拉和錨固

錨固鉆孔和槽鋼安放施工順序的調(diào)整,保證了側(cè)墻預留錨固鋼筋孔和槽鋼安放位置的準確性。在側(cè)墻混凝土強度達到100%后,進行錨固鋼筋的張拉,高強精軋螺紋鋼筋間采用專用連接器連接,張拉采用YG-70型穿心單作用千斤頂,錨具采用 YGM型錨具,張拉順序為:開始張拉→初始應力(011σ=7315 MPa)持荷2 min→錨固→千斤頂回油→孔道壓漿→封錨。封錨采用預制模具中加入與側(cè)墻加固標號相同的混凝土振搗而成。

5 結(jié)語

采用對穿式預應力鋼筋加固橋臺技術,在橋臺加固中尚未得到普遍應用,高家莊2號橋臺加固是該技術在河北省的首次應用,該工程已經(jīng)歷了10年的考驗,取得了滿意的效果。高家莊2號橋臺加固的成功案例,不僅在設計上進行了有益的嘗試,而且也在施工工藝和施工程序上進行了成功的探索,取得了較為成熟的經(jīng)驗。

[1] 苗國航.我國預應力巖土錨固技術的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].地質(zhì)與勘探,2003,(3):91-94.

[2] 趙長海.預應力錨固技術[M].北京:中國水利水電出版社,2001.

[3] 王泰恒,許文年,陳池,等.預應力錨固技術基本理論與實踐[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

[4] 李啟東,鄭委,等.某工程預應力抗浮錨桿施工工藝改進[J].施工技術,2010,(9):82-84.

[5] 張同波,李翠翠.復雜地質(zhì)條件下地下工程施工技術的研究與應用[J].施工技術,2009,(1):63-67.

[6] 王蓬.對穿預應力錨索在煤礦井下地質(zhì)病害治理中的應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2010,37(9):74-77.

Application of Pre-stress Anchorage in Bridge Abutment Reinforcement

WA N G J ian-quan(Hebei Research Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower,Tianjin 300250,China)

With the characteristics of high efficiency and economy,pre-stress anchorage technology is widely applied in all sorts of rock and soil reinforcement engineering.The opposed pre-stress steel bar reinforcement was used in 2#abutment of Gaojiazhuang.In the construction process,temporary reinforcing measures were used to ensure the abutment steady.Based on the analysis and discussion on the engineering practice,the construction procedure and methods were studied and summed up.

abutment reinforcement;pre-stress anchorage;borehole;temporary reinforcement;construction proce-dure

U455.7+2

A

1672-7428(2011)08-0053-03

2011-04-08

王建權(1965-),男(漢族),黑龍江齊齊哈爾人,水利部河北水利水電勘測設計研究院高級工程師,巖土工程勘察及施工專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)勘察和施工工作,天津市河北區(qū)金鐘河大街238號,wjq0506@126.com。