高速公路高架桥基础加固工程施工技术研究
2015-06-01
一、施工概况
某高速公路高架桥52#～56#墩位于某市镇国道旁，由于基础下沉出现桥面开裂，防撞拦顶裂，经分析主要原因为桩基础下沉引起，通过资料查阅和外观检查发现基础已出现不同程度的病害，须对其进行了维修加固。需在桥底下原桩位附近增加桩基和承台。该桥梁上部结构形式为30m简支T梁桥面连续，下部结构形式全部为单桩单柱式结构，桩顶设桩帽，桩帽间设系梁。
二、加固形式和加固施工难点及措施
在原桩位附近新增φ1500mm钻孔灌注桩，桩基按摩擦桩设计，桩底嵌入弱风化岩层。新增设承台为条形承台，承台基本位于地面以上。
本工程全部属于旧结构加桩施工，与一般施工相比有以下难点：
1）施工空间不足，桥底净空有限普遍均在4～6m，一般钻机的高度约9.5m，无法进入桥底施工，需对钻机改造。
2）受桥底空间限制，起重设备无法进入桥底作业，钻机、反循环泵、钢筋笼等大型设备无法在桥底装卸。钻机移机、就位相当困难。
3） 新建桩基与原结构桩基距离较近，而需加固的墩的旧桩基、承台都属于工作状况比较差。钻桩施工时风险较大，万一发生塌孔等事故，将对原结构产生难以估计的影响。因此钻孔施工时需采取相应的技术措施来保证桩基施工的安全。
4）由于地处闹市区，泥浆池的布置，泥浆的处理排放，发电机的噪音等污染均要制定专项的环境保护措施。
5）受净空限制，起重设备无法作业，下钢筋笼，打灌注桩施工困难。
针对以上这些施工难点，在施工中采用了以下相应的措施，来保证施工的质量与安全：
1）对钻机进行了改造，以满足桥底净空要求。钻机改造后高度约为6.5m，并伴随对钻桩位周围进行基坑开挖和砼围堰挡土墙施工，使得钻机可以安全地进行钻桩施工。
2）根据实际情况，在桥位外侧填筑场地，用来做为材料设备装卸和堆放使用。钻机移机时，利用枕木和型钢铺设轨道，再用卷扬机配合移动。卷扬机锚固在混凝土基础或木桩上。
3）订制加工1.5长一节的钻杆并配相应的钻杆螺栓和密封圈，用于改造后的钻桩施工，针对工序增多并加大劳动量和增加劳动力。
4）钻桩施工时采用全护筒跟进施工，护筒一直落到强风化岩面。并特别配置优质泥浆用于钻孔施工。
5）根据各个墩周围环境制定了专项环境保护技术措施，减小环境污染，泥浆外运到指定地点排放。
6）利用型钢在盖梁顶设置锚固吊点，再用卷扬机和滑轮组构成整套起重设备，以满足下钢筋笼和灌注桩施工要求。浇筑混凝土基础，用来锚固卷扬机。
7）增加钢筋工劳动力和钢筋加工设备，确保钢筋笼加工的进度和质量。
8）灌注桩施工前对场地和道路进行平整压实，对桩位附近场地进行填筑，确保混凝土能顺利运输到位。
9）使用挖掘机，配合人工在承台两侧填筑坡道，做夯实处理后，混凝土搅拌车方可进行卸料。并配置一台泵机
三、施工顺序
第一步：临时附属工程施工，包括浇筑扩大基础；搭设顶梁贝雷支撑架；开挖围水墙，进行砼围堰施工；开挖基坑，浇筑封底层；
第二步：桩基础施工；
第三步：承台施工。
四、分项施工工艺
1、支撑顶梁施工
由于加固施工是在通车状况下实施，而加固施工过程中难免会对原结构造成影响，为确保结构安全，在加固施工前先用支架将原结构梁板支撑顶紧，再进行加固施工。
在进行开挖前，采用打木桩扩大基础贝雷片形式的支架对原结构梁板进行支撑。本着安全第一的指导思想，对于支撑的总体思路是先将桥墩场地进行平整，打入木桩，浇筑钢筋砼扩大基础，在上面搭设贝雷支撑架，将两孔T梁或空心板梁临时支撑住，再进行下一步重新修复工作。
施工步骤：
首先将场地表面进行初步平整和处理。
打入木桩。木桩直径20cm长约5m，采用挖掘机配合压入土体。
绑扎钢筋，立模板，并浇筑钢筋砼扩大基础。
在钢筋砼扩大基础上先浇筑混凝土调平块，用来调整标高。
然后利用小型机械设备配合人工拼装贝雷片，并用枕木和木楔在T梁底顶紧。
2、桩基础施工
本工程采用回旋钻机，正循环泥浆护壁、悬浮钻渣，回旋钻钻进成孔。钻头在土质层中采用刮刀钻，为保证钻头刚性，采用三翼钻头或四翼钻头，在岩层中采用牙轮钻头。工艺流程如下：
1）开钻准备
测量放样出桩基的中心点，控制护筒中心与桩基中心偏位不能超过50mm，为防止塌孔且保证钻进速度,全程跟进套埋护筒至强风化岩面,。钻机就位后，测出钻机转盘标高，通过所测的标高控制钻机钻进深度，使桩底标高达到设计要求。
2）泥浆循环系统的设置
每台钻机配备一台3PNL型泥浆泵及反循环砂石泵，在淤泥层和砂层采用正循环钻进,入岩层后改用反循环钻进。开钻前在桩基周围适当位置采用人工开挖泥浆池形成泥浆正循环系统。泥浆池距施工孔5~8m，采用迂回蜿蜒路径的方法，增加泥浆的流程及减缓流速，有利于钻渣的沉淀过滤，灌注水下混凝土时大量的泥浆则通过人工开挖的沟渠排到一个集中池里，在后继的场地平整施工中再统一清挖掉。
3）钻孔工艺
① 钻孔前需检查和加固钻头，确保钻头本身的强度、刚度和垂直度；钻机精确就位后，升起钻机架，使转盘中心、吊架中心、桩位中心三者同一垂线上，转盘面调至水平后利用钻机自身卷扬机系统将钻头吊入护筒内接钻杆，接钻杆前，检查钻杆有无弯曲变形，法兰盘位置有无裂痕现象，度量每节钻杆长度，作好钻头、方杆、钻杆相关尺寸的记录。
②根据地质钻探情况桩基所在位置沙层较厚，采用优质泥浆护壁，泥浆采用优质膨润土配制，达到泥浆悬浮钻碴和钻孔护壁的目的，确保高质量成孔。其性质：相对密度1.20；粘度18～20Pa.s；胶体率＞98%；失水率＜15~20ml/30min；含砂率6%；酸碱度9PH。
③ 钻进过程先采用低速开钻，不启动泥浆循环系统，等孔内形成一定浓度的泥浆，增强护筒处护壁效果后，开启泥浆泵循环泥浆捞取钻渣。在钻进过程中，要进行泥浆的维护管理，每半小时测一次泥浆比重，根据钻进速度及捞取钻渣量的多少来调整泥浆比重，及检查泥浆的粘稠度。在钻进过程中及时捞取钻渣，正确判明地质情况并与地质孔资料相比较，做好钻孔记录
4）清孔：采用抽浆清水换浆法清孔。钻头提离孔底约50cm，开动泥浆泵循环泥浆，捞取钻渣，降低泥浆浓度。泥浆中钻渣含量较小时，清孔接近尾声，往孔内加入适量小比重泥浆，降低泥浆浓度，同时往大泥浆池抽浆，继续捞渣。清孔工作因钻孔过程采用较大的泥浆比重而需时较长，一般6~12小时。
5）钢筋笼制作下放
①概述
桩基钢筋笼连接采用剥肋直螺纹连接。采用直螺纹连接可提高连接速度、以及钢筋接头的强度；缩短了从成孔后到灌注砼前的间隔时间，进一步保障桩基的安全和质量。
②钢筋笼制作
桩基钢筋笼考虑到桥底净空有限，把钢筋笼根据每根桩基的设计标高来进行加工，标准节加工成3m一段，钢筋笼从顶节开始加工，底节以实际桩底标高情况来定长加工。钢筋骨架保护层采用定位筋，最后安装和固定声测管。声测管埋置到桩底与桩长相同。
6）二次清孔
钢筋笼下放完毕后搭设砼浇注平台，下放灌注混凝土导管并记录每一节导管的长度和顺序。导管下放结束后利用导管进行二次清孔，待泥浆相对密度：1.12；粘度：17Pa.s；含砂率：<1%；胶体率：>98%，即可准备水下混凝土浇注。
7）砼浇筑
桩基础砼采用导管法水下灌注。砼集料漏斗要满足首批砼需要量要求，保证首批砼灌注后导管埋深1m以上，用剪球塞法浇筑首批砼，首批砼灌入孔底后，立即探测孔内砼面高度，计算导管埋置深度，验算正常与否。
在砼灌注过程中设专人测量孔深并记录，做好每下一盘料进行测量与记录，准确掌握砼面上升高度，严格控制导管埋深在2m~6m之间，防止埋管过深提不起来或埋管过浅脱空产生的断桩事件发生。砼面灌注至高出设计桩顶面标高0.5m以上为止。
7）砼浇注过程中经验技术总结
1） 灌注开始后连续进行，观察管内砼下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内砼面高度，正确指挥导管的提升和拆除。导管在砼内埋深控制在2m~6m。
2）在砼灌注过程中，后续砼要沿导管壁徐徐灌入，以免在导管内形成高压气囊，同时避免桩基在土层中产生缩颈、断桩等现象。
3）为确保桩顶质量，砼浇筑标高比设计桩顶标高高出50cm。
3、承台施工
1）施工工序：
2）墩身植筋
施工步骤：
准备：检查被植筋混凝土表面是否完好，钢筋探测核对标记植筋部位。
钻孔：在根据钢筋直径按照设计和厂家技术参数表中资料要求，根据直径对应深度打孔，然后检查孔径及孔深是否符合要求。
清孔：利用压缩空气清孔，用专用毛刷刷三遍，吹三遍，确保孔壁无尘。
注胶：首先将植筋胶直接放入胶枪中，将搅拌头旋到胶的头部，扣动胶枪直到胶流出为止，前两次打的胶不用。注胶时，将搅拌头插入孔的底部开始注胶，逐渐向外移动，直至注满孔体积的2/3即可。
植筋：将备好的钢筋旋转着缓缓插入孔底至胶体流出，按照固化时间表规定时间进行安装，使得锚固剂均匀地附着在钢筋的表面及缝隙中，待其固化后再进行焊接，绑筋及其他各项工作。在Tgel（凝胶时间）前可植入或调整钢筋。在Tgel至Tcure,ini（固化开始时间）内不可扰动钢筋，在Tcure,ini至Tcure,full（固化完成时间）可进行后续施工，但不可施加扭矩。Tcure,full后可完全发挥设计力值。当基材表面温度在30度时，Tgel=20分钟，Tcure,ini＝4小时至Tcure,full＝8小时。
技术要求：
植筋胶枪,钻孔设备及检测设备采用配套机具。
植筋胶材料除满足轴向拉拔测试以外，还应具备相关认证：抗震性能报告，室温下的长期性能，高温下的长期性能，冻融测试报告，国家规范A级胶认证,孔中湿度的影响认证报告。
植筋采用的钢筋，采用II级钢筋，并要求采取机械切断，端面不允许采用氧割。
钢筋植入深度以C30混凝土为控制值，高于此标号混凝土，仍按此标号控制，植入深度应扣除混凝土表面剥落层及出现裂缝层。
3）钢筋安装
承台钢筋安装、搭接固定要稳妥，保证在浇注混凝土过程中钢筋位置不会变动。
4）预应力筋安装
承台预应力筋为JL32精轧螺纹钢筋，安装预应力管道时，须保证其平滑顺直，严格按设计坐标安装，偏差不大于1cm，每1米设置定位卡。
5）模板安装
承台模板采用大块组合钢模，钢筋安装完毕后，按照放样的承台四个角点点位安装承台侧模，模板上下布设对拉螺丝，外侧利用钢管及下托支撑于基坑侧面。模板拼装成型、承台钢筋定位后，测量组检查模板安装情况。
检查模板底口缝位，并用水泥砂浆将其封死，浇筑砼前检查连结螺栓紧固度及模板垂直度。
6）混凝土浇注
承台混凝土浇注分层进行，分层厚度不超过30cm，分层振捣，直到浇注完成。在浇注过程中， 振捣频率加大，保证其密实，防止出现蜂窝、麻面。
7）拆模、养生
混凝土初凝后开始浇水养护，天气炎热时需加盖麻袋以防产生裂缝，强度达到2.5Mpa后适时拆除承台模板。
8）预应力张拉和压浆施工
承台采用JL32精轧螺纹钢筋，抗拉强度标准值为930MPa，每根张拉力为673KN，其接长或锚固均采用厂家提供的配套连接器及锚具，张拉延伸量按设计图纸控制。
压浆在张拉完毕并静停12h后开始，压浆宜在24h内进行，以免预应力钢绞线锈蚀或松弛；进行压浆施工时，水灰比控制在0.4为宜，配好后不得再加水，可适当掺入减水剂，但不得掺入其他盐类，输浆管压力不得小于0.6Mpa～0.8Mpa。
五、结束语
通过对某高速公路高架桥基础加固项目的工程特点分析，根据其施工环境特点，经研究分析、现场考察论证，总结形成了在桥底净空受限制下、地质情况复杂、开放交通情况下，如何安全、保质地完成旧桥基础加固工程的各项施工技术方案。并圆满的完成工程的施工，完成了快速、安全的对旧桥进行基础维修加固的任务，保证了高速公路的畅通，创造了巨大的社会经济效益。
