在建高架橋墩柱病害的處治施工技術

李永龍

(中國鐵建港航局集團有限公司第一工程分公司 廣東廣州 511442)

1 工程概況

某在建高速公路2＃高架橋位于分離式路基段，上部構造橋跨為(3×30＋4×30＋4×30＋3×30)m的預應力混凝土30 m T梁，下部構造采用柱式墩、鉆孔灌注樁基礎。

其中3＃墩位于山體坡腳上，由于該地區(qū)多次普降暴雨，使該橋2～4＃墩右側山體邊坡多次出現滑塌，滑塌土體直接堆積在左幅3＃墩附近，堆積土最厚時達13.5 m，在長時間的堆積土偏壓下造成3＃墩左幅墩柱產生了偏位，使系梁、墩柱出現裂縫，已架設的T梁與支座墊石產生錯位。為保證橋梁結構安全，必須對該橋墩進行糾偏處治。

2 墩柱主要病害及原因分析

2.1 主要病害

經現場檢測發(fā)現，3＃墩主要病害情況如下:

(1)3＃墩左幅順橋向向大樁號側偏移，橫橋向向左側偏移，1＃、2＃墩柱頂部合成偏移量分別達到30.5 cm、33.3 cm。

(2)1＃、2＃墩柱頂底部附近、2＃墩柱中部附近出現環(huán)向裂縫，裂縫主要為橫橋向側，最大裂縫寬度為0.42 mm。

(3)3＃墩左幅支座未發(fā)現變形異常，未發(fā)現支座有明顯滑移現象，但發(fā)現3＃墩第3跨側支座上鋼板與T梁底預埋的鋼板錯開，以此判斷該橋墩偏移應發(fā)生在架梁之前，架梁之后并沒有繼續(xù)偏移。

(4)3＃墩左幅第3跨側T梁實際支承線向梁端偏移了12.6～19.1 cm，而第4跨側T梁實際支承線基本在設計支承線位置。

(5)受現場條件限制，3＃墩左幅樁基未開挖檢測，但墩柱垂直度檢測發(fā)現3＃墩的1＃、2＃樁樁頂在橫橋向分別發(fā)生了11.3 cm、10.4 cm的偏位，在縱橋向也發(fā)生了5.3 cm、9.4 cm的偏位。據此估測，橋墩樁基頂部一定范圍內很有可能也已出現環(huán)向裂縫，樁基的承載力會有所降低。

2.2 病害原因分析

由以上檢測可知，該橋主要的病害是3＃墩左幅的墩柱偏位，墩柱和系梁等部位混凝土開裂。經分析，造成病害主要有以下原因[1－3]:

(1)查閱現場相關施工記錄，在3＃墩左幅樁基、墩柱和蓋梁施工完畢后的半年時間，由于該地區(qū)多次普降暴雨，使該橋右側山體邊坡多次出現滑塌，滑塌土體直接堆積在3＃墩左幅附近，堆積土層最厚時達13.5 m，直到發(fā)現該橋墩有偏位時，堆積層還有約8 m厚。如此長時間的堆積土偏壓是造成3＃墩左幅偏位的最主要原因。

(2)現場檢測發(fā)現堆積土對3＃墩左幅的偏壓與順橋向約有45°的夾角，由于蓋梁、墩柱和系梁的框架效應，橫橋向土側壓力會使橋墩橫向框架內產生較大次彎矩，最大彎矩理論上分布在橫橋向1＃柱頂部左側、底部右側和2＃柱頂部左側、底部右側。從現場的檢測發(fā)現，在這四個部位均有環(huán)向裂縫分布，說明此四個部位彎矩較大。橫橋向框架水平受力彎矩分布示意如圖1所示。

圖1 橫橋向框架水平受力彎矩分布示意

3 墩柱病害處治方案確定

因該橋T梁已架設，且項目工期較緊，如果采取將T梁吊開，對病害墩柱推倒重新施工，則工期不允許，且工程量較大。通過綜合考慮，最后采取對病害墩柱進行糾偏處治的方案。

通過對3＃墩左幅檢測發(fā)現的主要病害，為確保該橋能滿足規(guī)范的要求，并能順利進行驗收，應采取對偏位的3＃墩進行糾偏，并對偏位開裂的3＃墩墩柱和樁基進行加強或改造[4－6]。具體需糾偏處治的內容主要有如下:

(1)對偏位的3＃墩柱進行回頂糾偏。因第3跨T梁支座中心線與梁體理論支撐中心線最大偏位達到19.1 mm，支座中心線偏位方向為往大樁號側，部分支座上鋼板偏出了梁底預埋鋼板；而第4跨T梁支座中心線與梁體理論支撐中心線基本一致。在回頂糾偏中，為保證兩側梁體的理論支撐線與支座中心線不會產生較大偏移，因此回頂量取最大偏位量的一半左右，約為10 cm。

(2)由于原有系梁已全截面開裂，導致橋墩的整體性作用大大降低；同時，樁基承載能力可能會由于其環(huán)向開裂而降低。因此，在原有樁基周圍新增4根直徑120 cm的樁基，樁長16 m，嵌入中風化巖層中，以彌補原樁基損失的承載力；同時，鑿除原系梁，并在原系梁位置增設180 cm厚承臺，將新增樁基與原樁基連接成整體。

(3)由于原墩柱截面已開裂，截面被削弱，因此，應對墩柱進行加固或改造，恢復橋墩的承載能力。

為了實現上述糾偏處治內容，采取以下兩種糾偏處治方案進行比選。3＃墩糾偏處治方案比選如表1所示。

表1 3＃墩糾偏處治方案比選

優(yōu)缺點:

方案一:新增樁基僅承受活載，恒載由原樁基承擔；活載由新、老樁基共同承擔；施工難度較低；新增樁基與回頂糾偏可同步進行，工期較短，約60 d；施工費用較低。

方案二:新增樁基可以承受部分恒載，并與原樁基一起承受活載；鋼管支撐體系及分配梁的搭設步驟繁雜；蓋梁自重大，在墩柱截斷后，分配梁必有一定程度的下撓，蓋梁難以維持原高程不變，易使橋面縱坡不順直。綜合來說，施工難度較大；施工中各工序不能同時進行，工期較長，約80 d；施工費用較高。

通過以上方案的比選，從工期、施工難度和施工費用等方面綜合考慮，最終選擇施工難度低、施工費用低和工期短的方案一組織施工[7－10]。

4 墩柱糾偏處治主要施工工序及施工要點

4.1 施工工序

滑坡土體挖除→墩柱及蓋梁糾偏復位→新增樁基施工→鑿除原系梁、新增承臺施工→墩柱裂縫封閉、鑿毛及植筋→墩柱外包混凝土施工→拆除臨時支座、落梁。

4.2 施工要點

(1)滑坡土體挖除

施工時由上至下逐步挖除滑坡土體，挖至系梁頂面以下約1.8 m新增樁基頂面處。開挖前需對山坡進行支護，以防止土體的大面積開挖而導致二次滑坡。

(2)墩柱及蓋梁糾偏復位

①作業(yè)平臺搭設:用碗扣腳手架搭設作業(yè)平臺，用于操作人員上下作業(yè)。

②在蓋梁上設置千斤頂，頂升梁體，頂升高度不宜太高，控制在10 mm以內。

③取出橡膠支座，換成臨時支座，落梁于臨時支座上。臨時支座下部設四氟滑板，并涂抹黃油，以減小同蓋梁的摩擦系數；而臨時支座上部應采取措施增大與T梁的摩擦系數，使臨時支座相對梁體固定，相對蓋梁可以自由滑動。

④自平衡反力架的結構及組裝。反力架由兩節(jié)焊了牛腿的端部固定節(jié)和中間調節(jié)鋼管拼裝而成。反力架鋼管采用壁厚為6 mm、直徑為100 mm的鋼管制作而成，其法蘭盤采用厚8 mm的鋼板，管節(jié)之間用4個φ14的普通螺栓連接。

墩頂恒載約為680 t，而四氟滑板與墊石上鋼板的摩擦系數約為0.03[11]，共設置5臺自平衡反力架千斤頂，每臺千斤頂的頂力約為4 t。

⑤在蓋梁上安裝自平衡反力架，回頂糾偏墩柱，糾偏量按10 cm取用。糾偏完成后，千斤頂及反力架不拆除。

自平衡反力架組裝及設置示意如圖2～圖4所示。

圖2 自平衡反力架鋼管組裝示意

圖3 自平衡反力架頂推橫斷面示意

圖4 自平衡反力架頂推墩頂立面示意

在墩柱復位糾偏過程中，應對橋墩底部，千斤頂安裝的橫隔板等部位進行全程跟蹤監(jiān)測；同時，在復位過程中應不間斷監(jiān)測梁體縱向復位量、橫向偏位量及墩柱偏位量，如發(fā)現意外情況，應立即停止復位，查明原因后方可繼續(xù)復位作業(yè)。

(3)新增樁基施工

在墩柱糾偏復位的同時，采用沖擊鉆施工增設的4根直徑120 cm的鉆孔灌注樁。

(4)鑿除原系梁，施工新增承臺

①鑿除原系梁，但系梁鋼筋須予以保留，以最大限度保持施工期間橋墩受力的狀態(tài)不改變。

②綁扎承臺鋼筋網，澆筑新設承臺，使新增樁基與原樁基形成整體。承臺厚180 cm，其頂面為原系梁頂面。澆筑承臺時應注意預埋墩柱外包混凝土的豎向鋼筋。

(5)墩柱裂縫封閉、鑿毛及植筋

墩柱根據裂縫的寬度分別采用表面封閉法或壓力注漿法進行處理。為確保新老混凝土結合良好和共同受力，需對墩柱混凝土表面進行鑿毛并植筋。植筋鉆孔時需用探測儀測出孔位是否有鋼筋，如果有則可以對植筋位置做適當調整。

(6)墩柱外包混凝土施工

墩柱外包混凝土為平均厚15 cm的C35混凝土。外包混凝土中的豎向主筋替代原墩柱的豎向主筋受力，其上部通過植筋與蓋梁連接。

因外包混凝土澆筑振搗受空間限制，施工時采用自密實混凝土。

(7)重新安裝支座，拆除臨時支座和反力架

再次頂升梁體，取出臨時支座，安裝永久支座，并落梁于支座上。最后拆除頂推千斤頂與反力架。

5 總結及建議

(1)通過對墩柱的病害分析，采用糾偏和外包墩柱等措施，解決了墩柱的偏位、開裂和垂直度等問題。施工后通過對各個部位的驗收，完全滿足設計和規(guī)范的要求[12]。

(2)糾偏自平衡反力架及千斤頂布置在帽梁上，通過T梁橫隔板和帽梁作為著力點進行水平頂推，即可達到糾偏的目的，施工簡便，效率高。

(3)當橋梁穿越山嶺重丘地帶，因山體邊坡容易產生滑塌而導致橋梁墩柱出現偏位等病害，如何合理考慮對山體邊坡進行有效的防護，以確保橋梁的結構安全尤為重要。