橫琴口岸蓮花大橋橋墩及承臺(tái)加固維護(hù)技術(shù)

魏小強(qiáng)，鄔東方，陳之，黃龍燦，劉怡

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司，深圳 518048）

1 引言

橫琴口岸蓮花大橋于2000年3月啟用，至今已通行20余年，蓋梁、橋墩及樁基均有不同程度的病害，需要對(duì)交接墩進(jìn)行養(yǎng)護(hù)加固處理。為加強(qiáng)出入境匝道橋墩承臺(tái)加固施工過(guò)程中防止基坑坍塌及橋墩失穩(wěn)的防范措施，提高加固施工過(guò)程橋墩的安全穩(wěn)定性，保證加固施工的順利進(jìn)行，確保施工人員及橋面交通安全，本方案通過(guò)在既有承臺(tái)四周補(bǔ)充樁基礎(chǔ)，并在既有承臺(tái)之下新增承臺(tái)下托形式的方式加固承臺(tái)。

2 工程概況

蓮花大橋是京珠高速公路級(jí)105國(guó)道向澳門(mén)延伸的橋梁工程，大橋分為出入境兩條匝道，兩個(gè)大橋呈環(huán)形上升趨勢(shì)。其中，新建出入境匝道橋仍需要利用珠海側(cè)引橋和匝道橋的交接墩，即既有橋墩R0及C24，同時(shí)根據(jù)重慶公路工程檢測(cè)中心出具的《既有交接墩檢測(cè)報(bào)告》，蓋梁、橋墩及樁基均有不同程度的病害，將交接墩評(píng)定為3類(lèi)結(jié)構(gòu)，因此，需要對(duì)交接墩進(jìn)行養(yǎng)護(hù)加固處理。本方案通過(guò)在既有承臺(tái)四周補(bǔ)充樁基礎(chǔ)，并在既有承臺(tái)之下新增承臺(tái)下托形式的方式加固承臺(tái)。

3 工程重難點(diǎn)

蓮花大橋既有橋墩承臺(tái)加固施工需要保證24 h通關(guān)，無(wú)法中斷交通，且由于場(chǎng)地條件受限，大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入施工。位于海邊，場(chǎng)地原始地貌單元屬濱海灘涂地貌，原地勢(shì)低洼，后經(jīng)人工填土、填砂抬高，地質(zhì)條件較差，且受附近場(chǎng)地其他施工影響。本文依據(jù)以上情況，提出一種安全可行的加固方法。

4 加固設(shè)計(jì)

4.1 加固補(bǔ)樁設(shè)計(jì)

加固補(bǔ)樁設(shè)計(jì)在既有承臺(tái)四周對(duì)稱(chēng)增補(bǔ)4根直徑1.2 m鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)中按新增樁基能承受全部的上部荷載考慮，單樁樁頂豎向承載力不小于6 500 kN。按嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)采取進(jìn)入持力層深度和標(biāo)高雙控的原則，選擇中風(fēng)化巖或微風(fēng)化巖作為樁端持力層，樁進(jìn)入持力層不小于2.5 m。鉆孔樁采用C35水下海工混凝土,為提高結(jié)構(gòu)耐久性，在混凝土中按10 kg/m3摻入阻銹劑。補(bǔ)樁設(shè)計(jì)平面布置方案如圖1所示。

圖1 補(bǔ)樁設(shè)計(jì)平面布置方案示意圖

4.2 承臺(tái)加固設(shè)計(jì)

考慮到既有承臺(tái)配筋相對(duì)較弱、抗力較差，新增樁基距離墩柱外邊緣較遠(yuǎn)，為保證加固后新舊承臺(tái)都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，采用在既有承臺(tái)之下新增承臺(tái)下托形式的方式加固承臺(tái)，承臺(tái)采用C45自密實(shí)微膨脹混凝土，新增加固承臺(tái)方案如圖2所示。

圖2 橋墩新增加固承臺(tái)設(shè)計(jì)方案圖

4.3 成孔成樁工藝選擇

本交接墩施工環(huán)境特殊，加固補(bǔ)樁在既有橋墩承臺(tái)邊緊鄰布置，西側(cè)為琴海東路及新建成的出境匝道，東側(cè)為下穿出入境匝道及邊防巡邏道，周邊環(huán)境復(fù)雜，流動(dòng)人員及車(chē)輛較多。施工時(shí)不能有太大的振動(dòng)發(fā)生，以免危及既有橋墩的安全穩(wěn)定。灌注樁基礎(chǔ)全部采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)全液壓成孔工藝，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)將鋼護(hù)筒埋設(shè)到穩(wěn)定地質(zhì)層，同步利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)蛤式抓斗及全回轉(zhuǎn)RCD磨巖機(jī)鉆進(jìn)[1-2]，振動(dòng)小，噪聲低，特別適用于對(duì)減少周邊建筑物及原有地層擾動(dòng)的樁基施工。

4.4 鋼護(hù)筒護(hù)壁方案

考慮樁位在舊橋承臺(tái)原位布置，撥出護(hù)筒危及舊橋橋墩的安全，普通護(hù)筒焊接永久埋設(shè)不拔除。為防止粉質(zhì)黏土層塌孔，確保成孔成樁質(zhì)量，護(hù)筒埋設(shè)深度按穿過(guò)淤泥層及粉質(zhì)黏土層進(jìn)入礫砂層100 cm，護(hù)筒頂高程按地面以上30 cm進(jìn)行控制。護(hù)筒內(nèi)徑1 400 mm，壁厚按全回轉(zhuǎn)工藝最低要求22 mm，接頭按現(xiàn)場(chǎng)焊接接頭，采用普通鋼材卷制的鋼護(hù)筒[3]。

5 加固施工工藝

5.1 加固施工過(guò)程中上部結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐施工

為防止加固施工過(guò)程橋梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成安全事故，對(duì)交接墩兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)支撐。采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，支撐柱采用609 mm×16 mm鋼支撐，柱間采用[20 mm槽鋼進(jìn)行聯(lián)系及斜撐，聯(lián)系梁及斜撐與支撐柱間通過(guò)10 mm厚節(jié)點(diǎn)板及螺栓連結(jié)固定，柱頂順橋向縱梁采用2I63c工字鋼，主承重梁采用單層3排加強(qiáng)型貝雷梁橫橋向布置，每處支撐布置3組，貝雷梁橫向限位采用[10 mm槽鋼斜撐，斜撐與貝雷梁采用螺栓卡具固定，縱向分配梁采用I25b型工字鋼集中布置于箱梁腹板范圍，在分配梁上搭設(shè)板涵頂承支架，頂部安裝頂托可調(diào)裝置，頂托與箱梁墊100 mm×100 mm方木[4-5]。臨時(shí)支撐方案立面如圖3所示，方案剖面圖如圖4所示。臨時(shí)支撐在加固施工前搭設(shè)，加固施工完成后拆除。

圖3 交接墩兩側(cè)上部結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐方案立面示意圖

圖4 加固承臺(tái)基坑支護(hù)方案剖面示意圖

臨時(shí)支撐的作用為預(yù)防加固橋墩失穩(wěn)時(shí)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的頂承，正常情況下不會(huì)產(chǎn)生作用，由于上部梁體為連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，在行車(chē)荷載作用下本身就會(huì)產(chǎn)生撓度變形，如果臨時(shí)支撐直接頂緊梁底，將會(huì)限制梁體本身的撓度變形導(dǎo)致梁體頂面開(kāi)裂，方案采用預(yù)留5 mm變形縫，正常情況下梁體有5 mm的自由撓度變形范圍，不會(huì)造成梁體受損。

5.2 對(duì)下部承臺(tái)的加固施工

5.2.1 承臺(tái)開(kāi)挖支護(hù)結(jié)構(gòu)施工

承臺(tái)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用9 m長(zhǎng)40 cm寬的SP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護(hù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一道支撐，坑頂以下0.8 m處設(shè)一道，支撐結(jié)構(gòu)采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mmH型鋼作為鋼圍檁，φ350 mm×14 mm鋼管支撐。

加固承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸均為10 m×7.55 m×3.5 m（長(zhǎng)×寬×高），為保證承臺(tái)施工滿(mǎn)足1 m的作業(yè)空間，承臺(tái)鋼板樁支撐平面尺寸為10 m×12.3 m。鋼板樁采用履帶式液壓振動(dòng)插板機(jī)打撥施工，鋼支撐及鋼圍檁安裝采用25 t汽車(chē)吊配合人工進(jìn)行安拆。

5.2.2 鋼板樁與舊橋管樁安全界限距離計(jì)算

根據(jù)舊橋竣工圖，舊橋管樁為斜率8∶1的斜樁，按鋼板樁頂高于承臺(tái)底1 m，則鋼板樁打入承臺(tái)底以下為8 m深。

1號(hào)、3號(hào)交叉點(diǎn)舊橋管樁距承臺(tái)底為：3.7 m×8=29.6 m＞鋼板樁深度8 m；

2號(hào)交叉點(diǎn)舊橋管樁距承臺(tái)底：2.83 m×8=22.64 m＞鋼板樁深度8 m；

4號(hào)、7號(hào)交叉點(diǎn)舊橋管樁距承臺(tái)底：4.76 m×8=38.1 m＞鋼板樁深度8 m；

5號(hào)交叉點(diǎn)舊橋管樁距承臺(tái)底：3.57 m×8=28.6 m＞鋼板樁深度8 m；

6號(hào)交叉點(diǎn)舊橋管樁距承臺(tái)底：3.06 m×8=24.5 m＞鋼板樁深度8 m；

經(jīng)計(jì)算，離鋼板樁最近的2號(hào)點(diǎn)平面安全距離為1.83 m，支護(hù)鋼板樁打撥施工不會(huì)觸及舊橋PHC管樁。

5.2.3 基坑支護(hù)施工過(guò)程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→地面結(jié)構(gòu)層破除→打鋼板樁→地面上層開(kāi)挖→鋼板樁內(nèi)支撐→挖土→排水→堵漏→墊層混凝土澆筑→承臺(tái)施工。

5.2.4 基坑開(kāi)挖與支護(hù)施工

由于加固承臺(tái)位于現(xiàn)狀保留承臺(tái)的下方，在基坑土方開(kāi)挖時(shí)四周有鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，中間被現(xiàn)狀承臺(tái)覆蓋，因四周布置有舊橋斜管樁，從安全角度考慮，不能采用機(jī)械開(kāi)挖，同時(shí)中間被現(xiàn)狀承臺(tái)覆蓋部分只能采用人工開(kāi)挖，故整個(gè)承臺(tái)基坑土方均需采用人工挖孔樁土方的工藝開(kāi)挖，四周露天部分采用人工配小型挖機(jī)開(kāi)挖至基坑外。中間被現(xiàn)狀承臺(tái)覆蓋部分采用人工暗挖并水平運(yùn)輸至露天處，再用卷?yè)P(yáng)機(jī)垂直提升出渣至坑外，整個(gè)基坑開(kāi)挖采用南北對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖。

5.2.5 交接墩加固承臺(tái)鋼筋施工

由于受現(xiàn)狀保留承臺(tái)及管樁阻擋，承臺(tái)鋼筋不能采用機(jī)械吊裝至作業(yè)點(diǎn)，采用人工搬運(yùn)，也不能整根進(jìn)行安裝，每根主筋均需截成兩部分，從兩側(cè)插入安裝，在中間通過(guò)套筒機(jī)械連接，接頭需錯(cuò)開(kāi)布置，錯(cuò)開(kāi)間距按36倍鋼筋直徑，同一截面接頭數(shù)量不得大于鋼筋數(shù)量的50%。

5.2 .6交接墩加固承臺(tái)模板、混凝土施工

承臺(tái)鋼筋安裝完成后開(kāi)始安裝承臺(tái)模板，承臺(tái)模板采用木模板，模板采用人工安裝。安裝好后，對(duì)模板的平面位置、傾斜度、頂部標(biāo)高、螺栓聯(lián)結(jié)及縱橫向固定進(jìn)行檢查，橫縫都在同一水平面上，豎縫對(duì)齊，上下左右多塊模板搭接不應(yīng)錯(cuò)臺(tái)。

承臺(tái)混凝土采用自密實(shí)微膨脹混凝土分次澆筑，第一次澆筑至現(xiàn)狀承臺(tái)底部以上10 cm，在澆筑前對(duì)舊承臺(tái)底面進(jìn)行鑿毛清理，以利于新舊承臺(tái)面的結(jié)合，在新舊承臺(tái)結(jié)合面埋設(shè)排氣管。第二次澆筑至設(shè)計(jì)頂標(biāo)高，采用吊車(chē)吊裝料斗通過(guò)串筒入模，以防混凝土離析，澆筑過(guò)程中應(yīng)注意防雨。 澆筑完成后14 d內(nèi)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)作業(yè)，通過(guò)排氣管對(duì)新舊承臺(tái)結(jié)合面進(jìn)行后注漿。

5.2 .7基坑排水施工

基坑開(kāi)挖底面在地下水位以上，基坑排水主要以防止雨水為主。基坑防水排水采用明溝排水，防排水方案主要為：

1）用編織袋裝滿(mǎn)素土沿基坑頂面緊密的堆碼一層，防止地表雨水流入承臺(tái)基坑。

2）在基坑的角落設(shè)置集水坑，當(dāng)雨水較大集水坑集滿(mǎn)水時(shí)及時(shí)用潛水泵向外抽水，防止基坑集水。

6 交接墩加固施工監(jiān)測(cè)

6.1 施工過(guò)程基坑監(jiān)測(cè)

為保證施工過(guò)程中基坑的安全和施工的順利進(jìn)行，對(duì)鋼板樁樁頂水平位移和基坑底部垂直位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)方法采用在鋼板樁頂面和基坑底部各布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，用尺量的方法對(duì)位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

6.2 監(jiān)控觀測(cè)的主要內(nèi)容

1）加固施工過(guò)程中，對(duì)平面和高程控制網(wǎng)點(diǎn)的定期沉降、位移觀測(cè)。

2）對(duì)加固橋墩及承臺(tái)基礎(chǔ)的沉降、位移觀測(cè)。

3）基坑開(kāi)挖及承臺(tái)施工過(guò)程中對(duì)舊橋管樁的變形觀測(cè)。

6.3 觀測(cè)點(diǎn)布置

橋梁橫向、傾斜觀測(cè)點(diǎn)布置于帽梁下1 m，沉降觀測(cè)點(diǎn)布置于承臺(tái)4個(gè)角，共4個(gè)點(diǎn)。

6.4 觀測(cè)頻率

按照國(guó)家變形測(cè)量規(guī)范要求，設(shè)立平面水準(zhǔn)控制網(wǎng)，在加固施工過(guò)程中對(duì)橋墩及承臺(tái)基礎(chǔ)每天進(jìn)行2次觀測(cè)。基坑開(kāi)挖及承臺(tái)施工過(guò)程中對(duì)舊橋管樁變形進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)[6]。

6.5 預(yù)警值

當(dāng)觀測(cè)豎向位移大于5 mm、水平位移大于10 mm、舊橋管樁產(chǎn)生可視環(huán)向裂縫時(shí)，暫停所有施工，及時(shí)向監(jiān)理單位及建設(shè)單位上報(bào)情況，會(huì)同各參建方確定好處理方案后方可進(jìn)行施工。

7 結(jié)語(yǔ)

蓮花大橋既有橋墩承臺(tái)加固通過(guò)搭設(shè)臨時(shí)剛支撐，在既有承臺(tái)四周補(bǔ)充樁基礎(chǔ)，并在既有承臺(tái)之下新增承臺(tái)下托形式的方式加固承臺(tái)。克服了場(chǎng)地受限，地質(zhì)較差等施工不利因素。在加固施工的同時(shí)，保證上方車(chē)輛正常通行不受影響，可為今后類(lèi)似條件的橋梁施工提供借鑒。