寧西線淠河橋橋墩基礎(chǔ)加固工程病害整治方案探討

馮　杰　中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥工務(wù)段

寧西線上行K850+230淠河特大橋，修建于2003年，橋梁全長(zhǎng)747.09m,為13m-16m先張預(yù)應(yīng)力混凝土梁，16m-32m預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁，橋梁支座為搖軸支座。橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，2006年對(duì)15-27#橋墩采用鋼軌樁進(jìn)行加固防護(hù)。下行淠河特大橋修建于2013年，為10m-16m/2m-24m/17m-32m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橋墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，外圍為旋噴樁防護(hù)。由于上游采砂導(dǎo)致河床逐年下切，橋墩基礎(chǔ)暴露嚴(yán)重，危及橋梁安全。

1 病害成因分析

1.1 上下游采砂情況

2005年前后，橋址上下游黃砂開采逐漸形成規(guī)模，采砂量逐年增長(zhǎng)。淠河特大橋上游700m以外，下游1000m以外存在當(dāng)?shù)卮迕袷褂脵C(jī)械挖沙，抽砂現(xiàn)象。上游700m處采砂在整個(gè)河床斷面范圍內(nèi)進(jìn)行，下游1000m處抽砂集中在過水河道處。大規(guī)模的黃砂開采導(dǎo)致河床下切嚴(yán)重，沖刷加劇，主河槽擺動(dòng)。

1.2 基礎(chǔ)病害情況

2016年連續(xù)暴雨導(dǎo)致上游水庫(kù)泄洪，寧西線淠河特大橋上行17#-26#橋墩受到不同程度沖刷，部分橋墩防護(hù)鋼軌樁嚴(yán)重暴露，最多約2.5m左右（見圖1），進(jìn)一步發(fā)展將導(dǎo)致橋墩承載力下降，影響橋墩基礎(chǔ)穩(wěn)定。

圖1 上行線17#-26#橋墩沖刷現(xiàn)狀

下行線16#-25#橋墩高壓旋噴樁周圍受到?jīng)_刷，部分橋墩承臺(tái)周圍高壓旋噴樁嚴(yán)重暴露，最多約2.7m左右（見圖2），進(jìn)一步發(fā)展將影響行車安全。

圖2 下行線16#-25#橋墩沖刷現(xiàn)狀

2 整治方案

整治方法經(jīng)過優(yōu)選對(duì)比，采用鋼筋混凝土帷幕對(duì)暴露的鋼軌樁和高壓旋噴樁進(jìn)行防護(hù)，鋼筋混凝土帷幕四周設(shè)置兩層石籠保護(hù)（見圖3）。

圖3 整治方案

3 主要施工工序

寧西線淠河特大橋橋墩基礎(chǔ)加固主要施工工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→堤壩修筑并抽水→路上鋼筋混凝土帷幕施工→水中鋼筋混凝土帷幕施工→間隙填充C30混凝土。

3.1 施工準(zhǔn)備

進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行臨時(shí)便道棧橋施工，水、電接入施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 堤壩修筑并抽水

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在寧西線淠河特大橋水中墩處待水位下降到一定位置后，在橋墩位置上下游各修筑一道堤壩攔截河水，再將堤壩內(nèi)的河水采用水泵抽出。修筑堤壩時(shí)，高出常水位1m以上，嚴(yán)格按照“分層，對(duì)稱”的原則，防止偏壓。

3.3 陸上鋼筋混凝土帷幕采用明挖法施工

施工工藝如下：

施工準(zhǔn)備→基坑開挖→腳手架搭設(shè)→鋼筋加工綁扎→模板施工→砼澆筑→模板及腳手架拆除→間隙C30砼填充→石籠防護(hù)。

①施工準(zhǔn)備

進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行臨時(shí)便道棧橋施工，水、電接入施工現(xiàn)場(chǎng)。

②基坑開挖

基坑開挖采用放坡開挖，開挖邊坡為1：0.5。基坑開挖采用人工配合機(jī)械開挖，在距離邊坡0.3m范圍內(nèi)用人工開挖，防止機(jī)械損壞邊坡穩(wěn)定。

③鋼筋砼圍幕施工

A、鋼筋施工

鋼筋采用集中加工成型，施工現(xiàn)場(chǎng)綁扎焊接的方法進(jìn)行作業(yè)。鋼筋在制作前進(jìn)行調(diào)直和除銹，鋼筋調(diào)直及除銹均保證鋼筋無損傷。鋼筋接頭采用雙面焊時(shí)，焊接長(zhǎng)度不小于5 d。受壓區(qū)同截面內(nèi)的接頭數(shù)量與鋼筋總截面面積的百分比不超過50%，受拉區(qū)同截面內(nèi)的接頭數(shù)量與鋼筋總截面面積的百分比不超過25%。

B、模板及支撐

擋墻模板采用普通標(biāo)準(zhǔn)模板，模板支撐體系采用對(duì)拉方式，對(duì)拉螺桿直徑φ20，間距橫向?yàn)?00mm，縱向根據(jù)背楞確定，最大為1100mm。為了便于模板安裝，采用單面支架支撐，支架間距為1200mm，在施工底板時(shí)預(yù)埋φ20地腳螺栓（固定支架），間距為600mm。

C、混凝土澆筑

a.混凝土采用商品混凝土，混凝土坍落度控制在140 mm～160mm之間，骨料采用中(粗)砂、碎石，保證級(jí)配良好，最大粒徑不大于2cm。

b.施工時(shí)采用溜槽法或小串筒法施工，確保混凝土澆筑自由落差在2m范圍以內(nèi)。每層澆筑厚度控制在300cm以內(nèi)，間隔時(shí)間控制在1h。

c.混凝土搗固采用50型振動(dòng)棒，振點(diǎn)間距控制在30cm～40cm，插入下層混凝土5cm～10cm，振點(diǎn)距模板控制在5 cm～10cm，振點(diǎn)振搗時(shí)間控制在15s～20s，以混凝土表面不再沉落，不冒氣泡，出現(xiàn)浮漿為止。

D、混凝土養(yǎng)護(hù)及拆模

a.混凝土養(yǎng)護(hù)

為了確保混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)必須做好混凝土的養(yǎng)生，當(dāng)日平均氣溫高于5℃時(shí)，混凝土澆筑12h后，及時(shí)采用噴霧器噴霧灑水養(yǎng)護(hù)，特別是最先澆筑的底板和側(cè)墻混凝土。

混凝土養(yǎng)護(hù)用水采用生活飲用水，在工地設(shè)專用水池，采取太陽(yáng)預(yù)曬加熱措施，盡量做到整個(gè)養(yǎng)生期的水溫接近混凝土內(nèi)部溫度，以減少混凝土內(nèi)外溫差。

底板混凝土澆筑后，及時(shí)覆蓋塑料布、草簾，防止混凝土受到雨雪冷擊或是太陽(yáng)暴曬，避免風(fēng)洞效應(yīng)，在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

b.拆模

④石籠防護(hù)施工

石籠外形尺寸 2.0×1.0×1.0（m）。骨架鋼筋 φ8mm，鋼絲網(wǎng)眼@10cm。石籠堆放要求平整，并用鋼筋或鋼絲進(jìn)行連接，石籠內(nèi)裝入塊石。

3.4 水中鋼筋砼帷幕施工

鋼筋砼帷幕具體施工工藝與上述明挖施工相同，具體介紹鋼板樁圍堰施工方法。鋼板樁圍堰施工方法及工藝如下：

①鋼板樁圍堰施工工藝流程

鋼板樁圍堰工藝流程詳見圖4。

圖4 鋼板樁圍堰施工工藝框圖

②施工布置

主要配備50t鋼板樁打樁機(jī)10臺(tái)，打樁錘10套，另配備相應(yīng)的吸泥機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、泥漿泵及備用電源等。

③鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

圍堰內(nèi)廓尺寸按與承臺(tái)外輪廓尺寸每邊大1.0m考慮，圍堰內(nèi)利用萬能桿件作支撐。

④鋼板樁圍堰施工

選用拉森鋼板樁，鋼板樁在插打前應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)整修，使其無鎖口開裂、扭曲、局部變形及焊瘤等，為防止插打時(shí)砂礫進(jìn)入鎖口，鎖口下端用硬木楔封閉。鋼板樁上所有洞眼均須用鋼板電焊補(bǔ)牢，并做到鎖口內(nèi)外光潔，并成一直線。轉(zhuǎn)角樁可根據(jù)圍堰形狀將一片鋼板樁沿長(zhǎng)度方向中線剖開焊在另一鋼板樁上，現(xiàn)場(chǎng)焊制成任意角度的異形樁。

插打鋼板樁要做到良好的效果，必須做到“插樁正直，分散偏差，有偏即糾，調(diào)整合龍”。鋼板樁就位下插時(shí)，第一片鋼板樁是整個(gè)圍堰鋼板樁的基準(zhǔn)，從縱橫兩個(gè)方向嚴(yán)格控制其垂直度。其余各樁則以已插樁組為準(zhǔn)，對(duì)好鎖口后利用自重下插，當(dāng)自重不能使其下插時(shí)，利用滑車組進(jìn)行加壓，插至河床。

圍堰鋼板樁利用帶有液壓夾持器的DZ90打樁錘單片插打。在兩片鋼板樁側(cè)焊接上下兩層型鋼作為插樁的導(dǎo)向，同時(shí)在上下兩層導(dǎo)向上分別臨時(shí)點(diǎn)焊卡板夾住鋼板樁鎖口，阻止鋼板樁位移，以精確控制鋼板樁的位置和二個(gè)方向的垂直度。

安插鋼板樁是利用棧橋上吊機(jī)的吊鉤將鋼板樁起吊下放，使鋼板樁成垂直狀態(tài)，插入已就位鋼板樁鎖口中，每片鋼板樁插打到位后，立即利用短鋼筋頭將其點(diǎn)焊在導(dǎo)向上。由于鋼板樁圍堰在合龍時(shí)，兩側(cè)鎖口不一定平行，合龍口大小也不一定為鋼板。

⑤圍堰內(nèi)支架安裝及清基

利用起吊設(shè)備整體或分部吊裝圍堰內(nèi)萬能桿件支撐架，并將支架導(dǎo)環(huán)與每片鋼板樁之間的空隙逐個(gè)以硬木抄緊。同時(shí)迅速將鋼板樁臨時(shí)開口封堵，并在鋼板樁圍堰外覆蓋防水布，防水布下端用砂袋壓牢。當(dāng)圍堰內(nèi)支撐及防水布安裝完成后，可進(jìn)行圍堰內(nèi)排水。清基采用帶有高壓射水的抽砂泵共同清基，功效大大提高。基坑清除到位后，澆筑封底混凝土，進(jìn)行鋼筋砼圍幕施工。

3.5 鋼筋砼帷幕施工

鋼板樁鋼圍堰施工完成后，進(jìn)行鋼筋砼帷幕施工。鋼筋砼圍幕采用開挖現(xiàn)澆方式施工，開挖方式為使用吸泥機(jī)抽漿方式進(jìn)行開挖，開挖完成后進(jìn)行現(xiàn)澆鋼筋砼圍幕施工。

3.6 間隙填充C30砼

①混凝土采用商品混凝土，混凝土坍落度控制在140 mm～160mm之間，骨料采用中(粗)砂、碎石，保證級(jí)配良好，最大粒徑不大于2cm。

②施工時(shí)采用溜槽法或小串筒法施工，確保混凝土澆筑自由落差在2m范圍以內(nèi)。每層澆筑厚度控制在300cm以內(nèi)，間隔時(shí)間控制在1h。

③ 混凝土搗固采用50型振動(dòng)棒，振點(diǎn)間距控制在30 cm～40cm，插入下層混凝土5cm～10cm，振點(diǎn)距模板控制在5 cm～10cm，振點(diǎn)振搗時(shí)間控制在15s～20s，以混凝土表面不再沉落，不冒氣泡，出現(xiàn)浮漿為止。

4 管理措施

4.1 組織協(xié)調(diào)

施工前由施工單位組織車站、監(jiān)管車間等有關(guān)部門進(jìn)行施工安全技術(shù)交底及施工協(xié)調(diào)會(huì)，并對(duì)組織分工、協(xié)調(diào)、配合等工作進(jìn)行安排。

4.2 過程監(jiān)控

（1）施工前，監(jiān)管線路車間負(fù)責(zé)人對(duì)慢行范圍內(nèi)的線路進(jìn)行檢查，要求每隔一根軌枕檢查一個(gè)點(diǎn)，將檢查結(jié)果寫在軌枕上，以便核對(duì)變化，并在檢查記錄本上做好記錄。

（2）恢復(fù)常速前，線路、橋梁車間執(zhí)行共同檢查簽認(rèn)制度，確認(rèn)線路達(dá)到常速條件后，辦理相關(guān)手續(xù)。

（3）做好線路動(dòng)態(tài)監(jiān)控，安全生產(chǎn)指揮中心負(fù)責(zé)對(duì)施工地段線路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知線路、橋梁車間配合整修。

4.3 施工安全質(zhì)量保證措施

（1）各項(xiàng)施工必須嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)、規(guī)范、技術(shù)交底進(jìn)行。施工前對(duì)所加固的既有橋墩基礎(chǔ)位置和標(biāo)高等數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，并做好檢查記錄。

（2）鋼筋混凝土帷幕基礎(chǔ)在滿足施工設(shè)計(jì)規(guī)范要求的情況下，必須保證行車安全。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工安全規(guī)范，包括《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》、《鐵路施工高空作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》、《鐵路施工扣件式鋼管腳手架技術(shù)規(guī)范》等。

4.4 做好各工種和各工序安全規(guī)范的制定

（1）制定安全實(shí)施規(guī)范和實(shí)施細(xì)則，并做好安全技術(shù)交底，使施工人員都懂得安全技術(shù)規(guī)范，確保安全生產(chǎn)。

（2）做好高空作業(yè)人員的崗前安全技術(shù)交底和培訓(xùn)工作；

（3）混凝土澆筑時(shí)必須均勻澆筑，并制定專人檢查支架狀態(tài)；泵車輸送混凝土?xí)r，嚴(yán)禁將輸送管道與排架接觸。

（4）現(xiàn)場(chǎng)安全用電嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定和安全技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，各種用電設(shè)備接地保護(hù)。電工每天必須對(duì)線路和用電設(shè)備進(jìn)行定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題馬上處理。

5 結(jié)束語

既有線鐵路橋梁所處周邊外部環(huán)境復(fù)雜，尤其是處在河道中的橋梁，雨季及防洪期間，河道水位上漲、上游水庫(kù)放水都會(huì)對(duì)處在河道中橋墩造成沖刷，產(chǎn)生不同程度的病害。通過對(duì)病害成因分析，優(yōu)化整治方案，加強(qiáng)施工管理中的安全質(zhì)量控制，才能確保施工過程可控，施工質(zhì)量安全優(yōu)質(zhì)。