淺談高速公路橋梁墩臺加固技術的應用

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淺談高速公路橋梁墩臺加固技術的應用

俞錫紅（安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230051）

由于上個世紀90年代建造的橋梁，設計不規范、建設標準低，隨著高速公路交通流量的不斷增加，負荷加重，特別是處于水中的橋墩，沖刷嚴重，已影響橋墩基礎的使用安全。為了消除安全隱患，提升橋梁應有的使用功能，必須進行加固處理。以G50滬渝高速安徽段太湖大橋橋墩加固工程為實例，介紹橋墩加固技術的施工工藝、施工方法及控制要點。

橋墩加固；技術；應用

0　引言

危橋形成的主要原因：設計荷載標準低、運營時間長、缺乏有效養護。隨著當前經濟建設步伐的加快，車輛量、載重量都急劇增加，導致部分橋梁不堪重負，成為危橋，特別是處于水中的橋梁下部結構部分包括橋墩、承臺、樁基等，由于水下檢測手段、方法的薄弱，往往很容易被忽視，造成橋梁的技術狀況急劇下降，嚴重影響橋梁的結構安全。鑒于當前現狀，將這些帶病工作的橋梁全部拆除重建，既不可能，也無必要，為此必須及時對這些危橋進行加固改造。

1　項目概況

①滬渝高速高界段太湖大橋位于太湖縣境內，橋梁中心樁號K639+207，于1999年建成并投入運營。該橋上部結構為31-30m預應力混凝土T梁，下部結構為雙柱式橋墩，下接承臺接雙排摩擦樁基礎，樁長為15m。

②該橋在2006年底就已發現橋墩底部出現較大沖刷，并在2007年～2011年5年間陸續對20～27號橋墩基礎進行了加固處理，并對附近河道也進行了局部整治。2015年3月，在日常巡查中發現，受水流沖刷的影響，21～22號墩墩間的原有加固和護砌設施被沖毀，基礎外露較為嚴重，已影響到了橋墩基礎的使用安全。

③加固方案是：每個橋墩新增樁基4根：直徑1.5m共32根，20～24#樁基長24m、25～27#墩樁基長27m；承臺加固：左右幅承臺加固連成整體，16個承臺加固變成8個承臺；原直徑1.2m老樁基加鋼護筒防護；河道進行上下游100m拋石防護，兩側河堤采用30cm厚C20混凝土防護。

圖1　加固前的橋梁圖片

圖2　加固后的橋梁圖片

2　主要施工工藝、施工方案、方法與技術措施

2.1總體施工工藝（圖3）

2.2施工期間監控

2.2.1承臺沉降監控

在每個承臺上布置4個標高測試點，觀測樁基施工過程中承臺的沉降情況。判斷承臺在施工過程中是否存在非正常的沉降。標高測量采用水準儀進行，在需加固施工的承臺邊緣處選取2個點作為測點并標記，測量初始標高并做好記錄。在施工期間每天對承臺進行一次標高測量，監控承臺沉降是否在許可范圍以內。

測量結果處理：通過每日測量參數與原始參數對比，判斷承臺的沉降變化。如變化值超出預警值，加強觀察。如標高變化值超出限值，及時通知監理，上報業主。

圖3　總體施工工藝流程框圖

2.2.2橋墩位移監控

主要測量在施工過程中原橋墩柱的偏位情況，避免原橋墩柱在加固施工過程中產生過大的軸線偏位。采用高精度全站儀和配套棱鏡進行施工監測，測點（植入小棱鏡）布置在需進行加固的每墩墩柱上，選取測量的站點及后視點進行第一次測量并記錄初始數據。在施工開始后，每天對所布置的測點進行一次測量，盡量保證每天測時候溫度一致，在第一根樁基打設和承臺混凝澆筑時加強觀測（除高程測點外）。

測量結果處理：通過每日測量參數與原始參數對比，判斷承臺的沉降變化。如變化值超出預警值，加強觀察。如標高變化值超出限值，及時通知監理，上報業主。

2.3新增鉆孔灌注樁施工

新增鉆孔灌注樁施工，對20～27號橋墩樁基進行加樁處理，增加的樁基采用鋼護筒保護，護筒表面在使用期間應做好防銹工作。其中20～27號橋墩加樁共32根，加固樁樁基直徑1.5m，加固樁樁長有2種，一種為24m，另一種為27m。

2.3.1泥漿制備及泥漿循環

鉆孔泥漿采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥漿。攪拌好的新漿必須放置24h后，檢查各項指標合格方可投入使用，各階段泥漿性能指標見表1。

各階段泥漿性能指標要求　表1

2.3.2鉆孔施工

2.3.2.1鉆進成孔

鉆孔樁鉆進成孔分成兩個階段進行：護筒內的鉆進階段、護筒外的鉆進階段。

①護筒內鉆進階段

鉆機就位后先進行護筒內的鉆進，由于有護筒的防護，當護筒內泥漿的各項技術指標符合要求后開始鉆進。鉆進至護筒底口以上1.0m時，置換孔內泥漿，當孔內泥漿指標符合要求后，慢速減壓鉆進。

②護筒外鉆進階段

護筒口附近鉆進是鉆孔過程中一個重要的地段，由于護筒在沉放中護筒底口的附近地層已受到震動，只有當護筒內泥漿的各項技術指標符合要求后，才能開始正式進尺。在護筒底口附近慢速鉆進，形成穩定孔壁，每小時進尺控制在0.5～0.8m左右，在鉆頭出護筒3～5m后恢復正常鉆進。根據不同土層的特點，在出護筒后地層內，鉆進主要采用優質泥漿護壁、泥漿循環、減壓正循環鉆進的施工工藝，在鉆孔過程中及時調整護壁泥漿指標和鉆進速度。

鉆孔作業分班連續進行，并填寫鉆孔施工記錄，交接班時必須交待鉆進情況及下一班注意事項。鉆進中應經常注意地層變化并在地層變化處撈取渣樣，判明后記入記錄表中并與地質剖面圖核對，以驗證樁基設計標準和判別終孔。

2.3.2.2清孔

終孔后及時進行清孔。清孔時將鉆具提離孔底約15cm左右，緩慢旋轉鉆頭，通過氣舉吸出孔底鉆渣同時流入稀釋泥漿進行泥漿調整，通過反復循環使清孔的泥漿性能指標達到清孔泥漿指標。經監理工程師驗收合格后，及時停機拆除鉆桿、移走鉆機，進行孔深、孔徑、傾斜度及孔底沉渣的檢測和驗收。

2.3.2.3鋼筋籠制作與安裝

鋼筋籠采取在后場分節同槽長線臺座法加工制作，通過汽車運至現場，在鉆孔完成驗收合格后，用吊車分節吊入樁孔并進行接長和下沉。單節鋼筋籠長度為不大于6m。主筋采用機械連接的方式連接，在連接中心至長度35d且不小于1m的區段內，同一根鋼筋不得有兩個接頭；在該區段內受力鋼筋接頭不應超過主筋50%。

在下放過程中，割除鋼筋籠內的各種支撐，在每節鋼筋籠最上端的支撐暫不割除，在下節鋼筋連接完成后，再行割除。用型鋼將鋼筋籠固定在護筒上，以承受鋼筋籠自重和防止混凝土灌注過程中鋼筋籠上浮，固定后應確保鋼筋骨架與孔中心線基本吻合，不會發生傾斜和移動。

2.3.2.4二次清孔

混凝土導管下放完畢后，若經檢測孔底有沉渣時，用導管作吸泥器進行二次清孔，直至孔底沉渣厚度滿足設計要求。

清孔時應及時向護筒內補充優質泥漿，確保護筒內水頭，并及時進行分層取樣，清孔結束經監理工程師現場檢驗合格后，立即拆除吸泥彎頭，開始澆注水下混凝土。

2.3.2.5水下混凝土灌注

單根鉆孔樁的混凝土最大方量為55m3左右，預計2.5h左右澆注完成?；炷辽唐窋嚢枵景柚疲炷吝\輸車運至施工現場，通過天泵或自卸將混凝土泵送至平臺集料料斗內，料斗門放料，經流導管進行灌注。

混凝土封底灌注采用隔水栓（15cm厚泡沫板制作）撥球法，即在集料斗底部導管的頂口安裝泡沫隔水栓，再用塞子（塞子下面用螺栓上一塊隔水膠皮）封住導管口。當集料斗內混凝土方量達到4m3（經計算，首批混凝土的灌注量為4m3）后，開啟集料斗料門通過導管下落，同時保持集料斗的儲料不間斷地通過導管灌注至水下，從而完成首批混凝土的灌注。封底成功后，隨即轉入正常灌注階段?；炷两洷盟?，不斷地通過集料斗及導管灌注至水下，直至完成整根樁的澆筑。正常灌注階段導管埋深控制在4～6m，且每7～15min測量一次混凝土面標高，測點為2個，當測點出現較大的高差時，應及時調整導管埋深，同時混凝土在護筒刃腳以下時須保持護筒內泥漿面高于水位1.5m。當樁基混凝土灌注至護筒底口時，注意勻速澆注。當混凝土灌注臨近結束時，核對混凝土的灌入數量，以確定所測混凝土的高度是否準確，及時拆除灌注導管。

2.3.2.6樁基質量檢測

①孔徑檢測

孔徑檢測采用籠式井徑器入孔檢測，籠式井徑器用?10和Ф 20鋼筋制作，外徑小于鉆孔設計孔徑2～3cm，長度等于孔徑的4～6倍。檢測時，將井徑器吊起，使籠的中心、孔的中心與起吊鋼絲繩保持一致，放入孔中，上下通暢無阻表明孔徑符合要求。

②孔深和孔底沉渣檢測

鉆孔樁孔深和孔底沉渣采用測繩對鉆孔樁成孔質量進行綜合指標檢測。

③樁孔豎直度檢測

采用鉆桿測斜法，施工中將鉆桿放入孔內到底，在孔口處的鉆桿上裝一個與孔徑或護筒內徑一致的導向環，使鉆桿保持在樁孔中心線位置上，將帶有扶正圈的鉆孔測斜儀下入鉆桿內，分點測斜，并描點繪圖。

④樁基檢測

采用超聲波檢測法，檢測混凝土灌注樁的完整性。委托有資質的檢測機構進行檢測，事先上報監理和業主，經同意后實施。

2.4原樁基加固施工主要方法

2.4.1原有樁基附近河床開挖

施工前對原有樁基附近進行開挖或回填至上下游河床面以下50cm，開挖寬度為距離原有樁基1.2m。開挖完成之后采用河沙進行回填30cm。

2.4.2搭設小圓鋼圍堰

小圓鋼圍堰直徑為3.2m，小圓鋼圍堰采用吊車放至承臺下方，然后用5t葫蘆將其吊起，安裝密封橡膠條和螺栓，然后再整體下放。

2.4.3封底混凝土澆筑

采用導管進行澆筑小鋼圓圍堰封底混凝土澆筑，封底混凝土采用C30水下混凝土，混凝土澆筑3d抽水后方可進行舊樁加固施工。

2.4.4原樁基表面鑿毛處理

為加強新、舊混凝土的結合，按設計施工圖要求，對原構件混凝土表面鑿毛處理。

2.4.5植筋施工

植筋待新老混凝土結合面鑿毛完成并已通過驗收后方可開始施工。

在鋼筋加工場將材料按照圖紙尺寸下料，鉆孔深度符合設計圖紙要求的錨固長度。

①植筋標識

根據設計圖紙確定每一根植筋位置并進行放樣標識，鉆孔前采用探測儀避開原結構鋼筋。

②植筋施工

a.清理原結構修正基材表面松動雜物，混凝土表面溫度及濕度達到膠體的要求。

b.在種植鋼筋的位置用沖擊鉆進行鉆孔，鉆孔時孔深與埋置深度相同，孔徑比螺桿或鋼筋大2～4mm；按達到設計的深度后，用毛刷和壓縮空氣清除孔內浮塵。為防止鉆孔碰到預應力鋼筋波紋管普通鋼筋，鉆孔時邊鉆邊查看，如碰到鋼筋，將該鉆孔及隨后鉆孔位置適當偏移避開，以利施工和避免結構損傷。偏移量以與設計鉆孔位置距離不大于5cm控制。

c.清孔完畢后，開始植筋。

2.4.6鋼筋制安

事先在鋼筋加工場地按照設計圖紙鋼筋尺寸進行鋼筋加工，然后運到現場進行綁扎焊接的方法進行鋼筋制安。

2.4.7原混凝土表面清潔

除去老混凝土表面松散物和浮塵，露出堅實層，然后用高壓水沖洗干凈。澆筑新混凝土前，老混凝土表面必須保持干飽和狀態。

2.4.8模板制安

原樁基加固模板采用半圓鋼模拼裝完成，根據加固施工結構尺寸制作定型鋼模板，并編號，以便模板安裝。通過螺栓將鋼模板固定。

2.4.9混凝土澆注及養生

根據設計要求，原樁基加固施工采用C30水下混凝土。

為保證混凝土澆筑施工順利進行，混凝土施工前預先進行混凝土配合比，強度及彈性模量試驗，并注意實驗養生條件與實際的差異。

原樁基加固混凝土采用商品混凝土，澆筑前和商混站溝通混凝土供應方案，保證澆筑時混凝土供應。

原樁基加固混凝土澆筑采用自卸或天泵送入倉，混凝土振搗采用Ф50mm的插入式振動棒人工振搗，振搗采用梅花形布點，振搗要求充分密實，直至表面不再泛漿下沉為止，混凝土澆筑設計標高。

混凝土澆筑時現場隨機取樣做試件，每次澆筑做4組試件，2組現場養護，測7d抗壓強度，2組試驗室標準養護，測28d抗壓強度。

混凝土養生采用覆蓋麻袋灑水養護，養護期不少于7d。

2.5承臺施工方法及步驟

2.5.1樁基檢測、樁頭鑿除

樁頭鑿除前進行樁基聲測管檢測。施工人員用空壓機配合風鎬鑿除樁頭混凝土。待鑿至承臺標高，用水將樁頭清洗干凈。鑿除的混凝土塊集中運至后場處理。

2.5.2舊有承臺底部開挖或回填

采用挖機在舊有承臺底部進行開挖或回填，開挖或回填至地面距離舊有承臺底部略2m即可。

2.5.3舊有承臺底部鑿毛、植筋

對原承臺表面進行鑿毛，鑿毛最小凹凸差不小于6mm。采用植筋加強承臺與新增承臺連接，植筋選用Ф 20鋼筋，植筋孔徑分別為25mm，植筋深度滿足設計施工圖要求。待植筋膠強度達到標準后，再綁扎承臺鋼筋。

2.5.4舊有承臺底部鋼筋制作安裝

按照圖紙進行鋼筋綁扎，并嚴格做好原材料抽檢和焊接試驗。鋼筋接頭按規范要求錯開。一個斷面接頭數不能超過50%。鋼筋應伸出舊有承臺底部，有與其余施工區域鋼筋由足夠的搭接長度。

2.5.5舊有承臺下方回填

舊有承臺底部鋼筋綁扎完成后即將原來挖出來的土石回填，回填至距離新承臺50cm即可，回填過程應當分層填筑，分層壓實。

再用碎石土渣往上回填30cm，并進行壓實，保證表面基本平整。

2.5.6承臺墊層鋪設

其余加固區域如地面較低也需按照同樣的施工方法進行回填，待全部施工區域均回填整平之后在其上方澆筑一層C30墊層混凝土做為底模，澆筑的墊層應足夠平整。墊層混凝土可站人即可進行其它區域鑿毛、鉆孔植筋工作。

2.5.7舊有承臺下方混凝土澆筑

在墊層混凝土強度達到能站人且無腳印即可進行承臺下方混凝土澆筑。模板采用木模板，立在距離原有承臺20cm位置，澆筑過程中應將振搗棒觸及每個角落。澆筑應保證混凝土飽滿并及時進行養護。

2.5.8承臺支撐體系安裝

在澆筑混凝土時，為保證橋梁安全，按圖紙要求安裝承臺支撐體系。

2.5.9其余區域鑿毛及植筋

其余鑿除及植筋工藝與舊有承臺底加厚相同。

2.5.10鋼筋制作安裝

按照圖紙進行鋼筋綁扎，并嚴格做好原材料抽檢和焊接試驗。鋼筋接頭按規范要求錯開。一個斷面接頭數不能超過50%。鋼筋保護層采用梅花型混凝土墊塊，布置按長度方向1m一道，高度方向50cm一道。該部位制安應與承臺下部分加厚的鋼筋進行搭接。

2.5.11模板安裝

① 模板使用之前應清理浮銹等雜物，再涂刷脫模劑，脫模劑選用優質無污染脫模劑。

② 用吊車配合人工安裝承臺模板。

③ 在橫向背楞上安裝Ф16的對拉桿。

④ 調整模板平面尺寸，測量驗收，模板拼縫處粘貼厚3mm橡膠帶，為避免混凝土澆筑時發生模板偏位，在橫向背楞下端用方木對模板限位。

⑤ 在外邊長側模段端部底部開設10×10cm活板孔，用于排除承臺模板內積水及沖洗模板雜物出口。

⑥ 拉桿在原樁基處和較長位置用Ф16光圓鋼筋與承臺主筋焊接固定。側模整體固定采用A48×3.5mm鋼管沿側模四周扣件搭接，高度方向1m一道。并在鋼板四周采用木方進行支撐。

2.5.12混凝土澆筑

承臺混凝土的澆筑采用自卸或泵車泵送入模，采用插入式Ф 50振搗器，振搗順序從側模5～10cm處先外后內，振搗點呈“梅花”狀，移棒間距不超過振搗棒作用半徑的1.5倍，并遵循“快插慢拔，先外后內”的原則，另外，澆筑時設專人檢查模板及鋼筋，如發現松動及時加固。

澆筑順序采取兩側對稱澆筑?；炷翝沧⑼戤吅蟪跄安捎枚乌s壓抹光，控制表面收縮裂紋，減少水分蒸發，改善養護。

2.5.13混凝土養護

在混凝土初凝之后，應及時安排專人對混凝土進行養護，未拆模時應對模板外側進行澆水，并在頂層覆蓋土工布，拆模后用薄膜保濕或者澆水養護，養護時間不得少于7d。

3　結束語

通過滬渝高速安徽段太湖大橋橋墩加固施工的工程實踐，期望高速公路經營主體高度重視高速公路跨河橋梁的現狀調查，在充分收集原始資料的基礎上，有針對性地提出加固方案，以恢復橋梁各部件使用功能，提升橋梁整體的技術狀況，確保高速公路營運橋梁的結構使用安全。

U445.55+9

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1007-7359(2016)03-0194-05

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.071