公路橋梁樁基的主動(dòng)托換加固技術(shù)

徐鵬飛

摘要：以某地公路橋梁樁基的運(yùn)維施工案例為研究對(duì)象，應(yīng)用主動(dòng)托換加固技術(shù)進(jìn)行施工作業(yè)。在確定托換樁參數(shù)的基礎(chǔ)上，從多個(gè)角度著手，對(duì)本次公路橋梁樁基的主動(dòng)托換加固技術(shù)施工流程進(jìn)行了詳細(xì)探討，并對(duì)該技術(shù)所達(dá)成的效果進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)果顯示，本次公路橋梁樁基主動(dòng)托換加固技術(shù)取得了相對(duì)較優(yōu)的成績(jī)，證明該技術(shù)模式取得了初步成功，能夠?yàn)榻窈蟮念愃乒ぷ魈峁┮欢ǖ膮⒖冀梃b。

關(guān)鍵詞：公路橋梁工程；橋梁樁基；主動(dòng)托換；加固技術(shù)

0? ?引言

在當(dāng)前的公路橋梁工程建設(shè)中，樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量直接關(guān)系到整體工程質(zhì)量。在一些特殊條件下，需要應(yīng)用主動(dòng)托換加固技術(shù)進(jìn)行樁基施工作業(yè)。本文以某地公路橋梁樁基的運(yùn)維施工案例為研究對(duì)象，應(yīng)用主動(dòng)托換加固技術(shù)進(jìn)行施工作業(yè)。在確定托換樁參數(shù)的基礎(chǔ)上，從多個(gè)角度著手，對(duì)本次公路橋梁樁基的主動(dòng)托換加固技術(shù)施工流程進(jìn)行了詳細(xì)探討，并對(duì)該技術(shù)所達(dá)成的效果進(jìn)行評(píng)估。

1? ?項(xiàng)目概況

某地新建公路工程項(xiàng)目總長(zhǎng)為55.865km，其中分離式路基右幅長(zhǎng)20.654km，左幅長(zhǎng)20.69km。擬建設(shè)34座橋梁，其中特大橋2座、大橋21座、中橋11座，橋梁總長(zhǎng)度11549.5m，占路線長(zhǎng)度的20.67%。該公路工程還涉及到涵洞、通道等的建設(shè)，共計(jì)建設(shè)涵洞60座、通道32個(gè)和天橋8座，另包括5條隧道，隧道全長(zhǎng)為7678.5m。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，該公路工程項(xiàng)目中，橋梁和隧道的長(zhǎng)度總和占比已經(jīng)達(dá)到34.42%，加之當(dāng)?shù)氐匦螐?fù)雜，施工時(shí)與既有線路存在空間上的沖突，因此橋梁樁基礎(chǔ)加固施工受到的影響較大，常規(guī)施工模式難以取得預(yù)期效果。考慮實(shí)際情況，決定采用托換加固技術(shù)進(jìn)行處理。本次涉及到托換和加固處理的區(qū)間共計(jì)3個(gè)，為線路A區(qū)間的25#墩、C區(qū)間的6#墩和D區(qū)間的31#墩[1]。

2? ?工程分析

為確保本次施工的效率和精準(zhǔn)度，技術(shù)部門首先確定托換樁的技術(shù)參數(shù)。考慮到控制沉降量等方面的需要，本次托換樁長(zhǎng)度與原樁基長(zhǎng)度相同，本文僅分析托換樁間距對(duì)施工效果可能存在的影響。

工程人員應(yīng)用ABAQUS軟件進(jìn)行仿真分析，并應(yīng)用SolidWorks軟件對(duì)托換樁和涉及到的橋梁區(qū)間進(jìn)行建模分析，得到樁頂沉降和托換樁間距之間的關(guān)系，具體如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，當(dāng)增大托換樁間距時(shí)，樁頂沉降量呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì)。初步推斷，造成這種變化的主要原因如下：當(dāng)樁間距較小時(shí)，托換樁施工對(duì)周圍土層的擾動(dòng)區(qū)域較多，對(duì)托換樁承載力造成一定影響；而當(dāng)托換樁間距較大時(shí)，托換梁的長(zhǎng)度增加將導(dǎo)致較為明顯的繞曲變形，導(dǎo)致樁頂沉降增大[2]。經(jīng)研究分析，最終確定托換樁間距為13m。

3? ?主要施工流程

3.1? ?樁帽設(shè)計(jì)

在托換樁與加固樁頂部設(shè)置樁帽，并預(yù)留鋼筋，確保樁帽和托梁之間存在有效連接。同時(shí)，為確保結(jié)構(gòu)加載環(huán)節(jié)中施工空間充足，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定施工作業(yè)，在樁帽施工中增設(shè)墊板。該墊板長(zhǎng)為600mm，寬為600mm，高為50mm。樁帽施工示意圖如圖2所示。

3.2? ?支座安裝

選用球鋼支座作為主要支座。在支座安裝前，預(yù)先對(duì)梁底進(jìn)行施工作業(yè)，包括安裝調(diào)平鋼板和澆筑墊石。澆筑墊石前，預(yù)先對(duì)墊石進(jìn)行打孔處理，留出支座安裝孔位。使用厚度為2cm的調(diào)平鋼板，并將墊石澆筑于鋼板上方2cm的位置。

澆筑完成后，對(duì)調(diào)平鋼板進(jìn)行固定，再使用高強(qiáng)度灌漿料，將調(diào)平鋼板與梁底的楔形縫隙進(jìn)行致密填充。為確保支座安裝的精準(zhǔn)度，在支座安裝前，由工程人員預(yù)先對(duì)箱梁主筋位置進(jìn)行探測(cè)，確保螺栓與箱梁主筋不存在空間上的沖突[3]。

確定不存在空間沖突問(wèn)題后再進(jìn)行安裝。先在調(diào)平鋼板地面進(jìn)行制作焊接，焊接完成后采用頂升設(shè)備進(jìn)行頂升作業(yè)。之后使用水泥砂漿，對(duì)前期施工環(huán)節(jié)中調(diào)平鋼板和墊石之間的2cm孔隙進(jìn)行充分填充。填充完成后，在墊石預(yù)留孔內(nèi)安裝錨固螺栓，至此支座安裝即告完成。

3.3? 托換樁基施工

在支座安裝完成后進(jìn)行托換樁基整體結(jié)構(gòu)的施工，其中對(duì)托換樁基進(jìn)行澆筑是施工的關(guān)鍵步驟。具體而言，托換樁基的澆筑施工要點(diǎn)如下：對(duì)托換樁基的主要參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，確定托換樁基各個(gè)部位的長(zhǎng)度、寬度、高度，以及樁基軸線位置等關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而確定混凝土澆筑的具體范圍和混凝土的用量[4]。結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，確定混凝土的強(qiáng)度為C40，并采用現(xiàn)場(chǎng)拌和方式進(jìn)行制備。根據(jù)工程情況選取泵送設(shè)備，將導(dǎo)管與混凝土泵相連接。導(dǎo)管的主要參數(shù)可參考表1。

在對(duì)導(dǎo)管的參數(shù)檢查校核無(wú)誤后即開(kāi)始進(jìn)行澆筑作業(yè)。在澆筑過(guò)程中，為提升混凝土澆筑質(zhì)量，將振搗作業(yè)與混凝土澆筑環(huán)節(jié)同步進(jìn)行。結(jié)合施工場(chǎng)地的環(huán)境因素，采用多臺(tái)插入式振搗器進(jìn)行振搗，每?jī)膳_(tái)振搗器之間的距離均控制在2.0m左右。

3.4? ?橋梁加固施工

為避免施工過(guò)程對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成過(guò)多沖擊而影響橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在托換樁基的施工過(guò)程中，同時(shí)進(jìn)行橋梁加固施工。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并參考已有研究文獻(xiàn)中總結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各種加固施工方案進(jìn)行綜合比選[5-6]。技術(shù)部門對(duì)各種方案的效率、性能和成本等因素進(jìn)行綜合分析后，最終確定應(yīng)用綜合性能較高的“貝雷梁+鋼抱箍”作為施工平臺(tái)。

基于該施工平臺(tái)，確定本次橋梁加固施工按照如下步驟進(jìn)行：使用壓縮空氣對(duì)梁底進(jìn)行除塵作業(yè)，對(duì)梁底的露筋、裂縫和混凝土破碎等缺陷進(jìn)行檢查，并對(duì)檢查到的問(wèn)題進(jìn)行加固和修補(bǔ)。然后進(jìn)行橋梁加固注膠施工作業(yè)。在注膠管安裝完成后，設(shè)置注膠壓力為0.3MPa進(jìn)行注膠。注膠完成后，在施工節(jié)點(diǎn)部位涂抹防腐漆處理，橋梁加固施工即告完成。根據(jù)裂縫檢測(cè)結(jié)果，分別使用以上兩種材料對(duì)橋梁上方的裂縫進(jìn)行針對(duì)性的處理。裂縫寬度與處理材料的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

3.5? ?墩柱托換施工作業(yè)

結(jié)合實(shí)際需要，本次墩柱托換施工作業(yè)按照如下步驟實(shí)施：

先在目標(biāo)位置進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖完成后打設(shè)支護(hù)樁進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，并將鋼筋埋入目標(biāo)樁位。在此基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)要求，使用C40商品混凝土對(duì)限位結(jié)構(gòu)和頂升支墩進(jìn)行澆筑，并保證在澆筑完成后，梁底與蓋梁底面之間、梁底與頂升支墩之間分別預(yù)留70cm和40cm的空間，以方便千斤頂?shù)牟贾米鳂I(yè)[7]。

選用規(guī)格為200t的千斤頂設(shè)備（該設(shè)備的直徑和高度分別為24cm和36cm，下同），將其放入梁底與頂升支墩之間的空間內(nèi)，并在其上方墊一塊40cm見(jiàn)方的鋼板，以避免千斤頂作業(yè)時(shí)頂升支墩部位應(yīng)力過(guò)于集中。

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，確定對(duì)液壓千斤頂進(jìn)行同步分級(jí)加載，從0%開(kāi)始，每次提升10%，并持荷25min，直至加載至設(shè)計(jì)頂壓力的70%。在分級(jí)加載完成后，橋墩荷載的70%即轉(zhuǎn)移到新蓋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

3.6? ?千斤頂主動(dòng)頂升切割墩柱

為確保本環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，千斤頂運(yùn)行過(guò)程中，采用S7-1200型PLC操作液壓支架，確保各個(gè)液壓支架的運(yùn)行參數(shù)保持一致，避免橋墩兩側(cè)位移不均等。在施工過(guò)程中，技術(shù)人員始終對(duì)施工情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在搭建檢測(cè)系統(tǒng)過(guò)程中，以地面作為測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)在梁底固定規(guī)格為50mm的正方形角鋼。該角鋼配件通過(guò)托換蓋梁預(yù)留孔伸至地面，與地面之間的距離則控制在10cm。在此基礎(chǔ)上，將位移傳感器安裝在角鋼和地面之間。為進(jìn)一步固定該角鋼配件，在地面附近安裝卡箍，每個(gè)橋墩對(duì)稱安裝兩臺(tái)位移傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工情況的全面檢測(cè)。

以上環(huán)節(jié)準(zhǔn)備就緒后，啟動(dòng)液壓千斤頂，基于液壓千斤頂?shù)闹危褂美K鋸在托換蓋梁頂面下方20cm水平線上進(jìn)行切割橋墩操作。切割完成后，使用多臺(tái)千斤頂同時(shí)頂升目標(biāo)區(qū)間橋梁，頂升高度控制在3mm。在此過(guò)程中，始終結(jié)合監(jiān)控位移數(shù)據(jù)，及時(shí)對(duì)頂升力進(jìn)行校對(duì)和控制。

在以上施工環(huán)節(jié)結(jié)束后，對(duì)千斤頂進(jìn)行卸載拆除作業(yè)。千斤頂卸載拆除環(huán)節(jié)中，首將水泥砂漿灌入墊石與鋼板之間的孔隙當(dāng)中，而后對(duì)水泥砂漿進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)作業(yè)。當(dāng)其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求值的100%時(shí)，操作千斤頂以1.5m/min的速度下落，將千斤頂所承擔(dān)的荷載逐步轉(zhuǎn)移至新托換橋墩的位置上。

3.7? ?舊橋墩的拆除

以上步驟全部完成后，針對(duì)已無(wú)實(shí)際作用的舊橋墩，應(yīng)用自上而下的分段破拆模式對(duì)其進(jìn)行拆除。主要使用繩鋸對(duì)舊橋墩進(jìn)行分段切割，每次切割舊橋墩高度20%。在舊橋墩材料與橋墩主體分離后，使用起重設(shè)備將其轉(zhuǎn)移至自卸車輛中，運(yùn)輸至特定場(chǎng)地進(jìn)行后續(xù)破碎處理。橋墩切割完成后，使用地面破碎機(jī)械設(shè)備清理橋墩的地上殘余部分，最后將以上部分使用自卸車輛外運(yùn)至指定地點(diǎn)進(jìn)行消納。

4? ?施工質(zhì)量評(píng)估

在以上施工環(huán)節(jié)全部結(jié)束后，對(duì)本次施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，首先應(yīng)用橋梁模型計(jì)算軟件，對(duì)施工完成后的橋墩極限狀態(tài)計(jì)算承載力彎矩值進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3可知，本次主動(dòng)托換加固技術(shù)的應(yīng)用，使得橋墩的承載能力極限狀態(tài)滿足了規(guī)范要求。查閱歷史數(shù)據(jù)可知，舊橋墩的承載力彎矩值在各項(xiàng)指標(biāo)上均顯著低于上表中的數(shù)值。相較于舊橋墩的承載力彎矩值，新橋墩的相關(guān)指標(biāo)均提升20%以上，部分指標(biāo)的提升幅度達(dá)到40%左右。

而后將該施工區(qū)間恢復(fù)通行，并在180d后，對(duì)橋墩的裂縫寬度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)可知，在橋墩施工完成180d后，其裂縫寬度變化基本趨于穩(wěn)定，所測(cè)試得到的裂縫寬度數(shù)值也具有一定的代表性。將測(cè)試得到的裂縫寬度值與舊橋墩的裂縫寬度值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，新橋墩在3個(gè)典型節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度值，均低于舊橋墩指標(biāo)的50%以上，證明本次施工取得良好的效果。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

在確定托換樁參數(shù)的基礎(chǔ)上，本文從多個(gè)角度著手，對(duì)本次公路橋梁樁基的主動(dòng)托換加固技術(shù)施工流程進(jìn)行了詳細(xì)探討，并對(duì)該技術(shù)所達(dá)成的效果進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)果顯示，本次公路橋梁樁基主動(dòng)托換加固技術(shù)取得了相對(duì)較優(yōu)的成績(jī)，證明該技術(shù)模式取得了初步成功。

這種施工模式具有流程繁瑣和風(fēng)險(xiǎn)較高的特點(diǎn)，因此在施工前應(yīng)當(dāng)對(duì)重要參數(shù)加強(qiáng)分析，并在實(shí)際施工過(guò)程中注重各個(gè)施工流程環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，做到不遺漏細(xì)節(jié)，如此才能保證橋梁樁基礎(chǔ)施工的質(zhì)量。

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