高速公路高架橋基礎(chǔ)加固工程施工技術(shù)研究
2015-06-01
一、施工概況
某高速公路高架橋52#～56#墩位于某市鎮(zhèn)國(guó)道旁，由于基礎(chǔ)下沉出現(xiàn)橋面開(kāi)裂，防撞攔頂裂，經(jīng)分析主要原因?yàn)闃痘A(chǔ)下沉引起，通過(guò)資料查閱和外觀檢查發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)已出現(xiàn)不同程度的病害，須對(duì)其進(jìn)行了維修加固。需在橋底下原樁位附近增加樁基和承臺(tái)。該橋梁上部結(jié)構(gòu)形式為30m簡(jiǎn)支T梁橋面連續(xù)，下部結(jié)構(gòu)形式全部為單樁單柱式結(jié)構(gòu)，樁頂設(shè)樁帽，樁帽間設(shè)系梁。
二、加固形式和加固施工難點(diǎn)及措施
在原樁位附近新增φ1500mm鉆孔灌注樁，樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁底嵌入弱風(fēng)化巖層。新增設(shè)承臺(tái)為條形承臺(tái)，承臺(tái)基本位于地面以上。
本工程全部屬于舊結(jié)構(gòu)加樁施工，與一般施工相比有以下難點(diǎn)：
1）施工空間不足，橋底凈空有限普遍均在4～6m，一般鉆機(jī)的高度約9.5m，無(wú)法進(jìn)入橋底施工，需對(duì)鉆機(jī)改造。
2）受橋底空間限制，起重設(shè)備無(wú)法進(jìn)入橋底作業(yè)，鉆機(jī)、反循環(huán)泵、鋼筋籠等大型設(shè)備無(wú)法在橋底裝卸。鉆機(jī)移機(jī)、就位相當(dāng)困難。
3） 新建樁基與原結(jié)構(gòu)樁基距離較近，而需加固的墩的舊樁基、承臺(tái)都屬于工作狀況比較差。鉆樁施工時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較大，萬(wàn)一發(fā)生塌孔等事故，將對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生難以估計(jì)的影響。因此鉆孔施工時(shí)需采取相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)保證樁基施工的安全。
4）由于地處鬧市區(qū)，泥漿池的布置，泥漿的處理排放，發(fā)電機(jī)的噪音等污染均要制定專項(xiàng)的環(huán)境保護(hù)措施。
5）受凈空限制，起重設(shè)備無(wú)法作業(yè)，下鋼筋籠，打灌注樁施工困難。
針對(duì)以上這些施工難點(diǎn)，在施工中采用了以下相應(yīng)的措施，來(lái)保證施工的質(zhì)量與安全：
1）對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行了改造，以滿足橋底凈空要求。鉆機(jī)改造后高度約為6.5m，并伴隨對(duì)鉆樁位周圍進(jìn)行基坑開(kāi)挖和砼圍堰擋土墻施工，使得鉆機(jī)可以安全地進(jìn)行鉆樁施工。
2）根據(jù)實(shí)際情況，在橋位外側(cè)填筑場(chǎng)地，用來(lái)做為材料設(shè)備裝卸和堆放使用。鉆機(jī)移機(jī)時(shí)，利用枕木和型鋼鋪設(shè)軌道，再用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合移動(dòng)。卷?yè)P(yáng)機(jī)錨固在混凝土基礎(chǔ)或木樁上。
3）訂制加工1.5長(zhǎng)一節(jié)的鉆桿并配相應(yīng)的鉆桿螺栓和密封圈，用于改造后的鉆樁施工，針對(duì)工序增多并加大勞動(dòng)量和增加勞動(dòng)力。
4）鉆樁施工時(shí)采用全護(hù)筒跟進(jìn)施工，護(hù)筒一直落到強(qiáng)風(fēng)化巖面。并特別配置優(yōu)質(zhì)泥漿用于鉆孔施工。
5）根據(jù)各個(gè)墩周圍環(huán)境制定了專項(xiàng)環(huán)境保護(hù)技術(shù)措施，減小環(huán)境污染，泥漿外運(yùn)到指定地點(diǎn)排放。
6）利用型鋼在蓋梁頂設(shè)置錨固吊點(diǎn)，再用卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪組構(gòu)成整套起重設(shè)備，以滿足下鋼筋籠和灌注樁施工要求。澆筑混凝土基礎(chǔ)，用來(lái)錨固卷?yè)P(yáng)機(jī)。
7）增加鋼筋工勞動(dòng)力和鋼筋加工設(shè)備，確保鋼筋籠加工的進(jìn)度和質(zhì)量。
8）灌注樁施工前對(duì)場(chǎng)地和道路進(jìn)行平整壓實(shí)，對(duì)樁位附近場(chǎng)地進(jìn)行填筑，確?；炷聊茼樌\(yùn)輸?shù)轿弧?br />
9）使用挖掘機(jī)，配合人工在承臺(tái)兩側(cè)填筑坡道，做夯實(shí)處理后，混凝土攪拌車方可進(jìn)行卸料。并配置一臺(tái)泵機(jī)
三、施工順序
第一步：臨時(shí)附屬工程施工，包括澆筑擴(kuò)大基礎(chǔ)；搭設(shè)頂梁貝雷支撐架；開(kāi)挖圍水墻，進(jìn)行砼圍堰施工；開(kāi)挖基坑，澆筑封底層；
第二步：樁基礎(chǔ)施工；
第三步：承臺(tái)施工。
四、分項(xiàng)施工工藝
1、支撐頂梁施工
由于加固施工是在通車狀況下實(shí)施，而加固施工過(guò)程中難免會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)造成影響，為確保結(jié)構(gòu)安全，在加固施工前先用支架將原結(jié)構(gòu)梁板支撐頂緊，再進(jìn)行加固施工。
在進(jìn)行開(kāi)挖前，采用打木樁擴(kuò)大基礎(chǔ)貝雷片形式的支架對(duì)原結(jié)構(gòu)梁板進(jìn)行支撐。本著安全第一的指導(dǎo)思想，對(duì)于支撐的總體思路是先將橋墩?qǐng)龅剡M(jìn)行平整，打入木樁，澆筑鋼筋砼擴(kuò)大基礎(chǔ)，在上面搭設(shè)貝雷支撐架，將兩孔T梁或空心板梁臨時(shí)支撐住，再進(jìn)行下一步重新修復(fù)工作。
施工步驟：
首先將場(chǎng)地表面進(jìn)行初步平整和處理。
打入木樁。木樁直徑20cm長(zhǎng)約5m，采用挖掘機(jī)配合壓入土體。
綁扎鋼筋，立模板，并澆筑鋼筋砼擴(kuò)大基礎(chǔ)。
在鋼筋砼擴(kuò)大基礎(chǔ)上先澆筑混凝土調(diào)平塊，用來(lái)調(diào)整標(biāo)高。
然后利用小型機(jī)械設(shè)備配合人工拼裝貝雷片，并用枕木和木楔在T梁底頂緊。
2、樁基礎(chǔ)施工
本工程采用回旋鉆機(jī)，正循環(huán)泥漿護(hù)壁、懸浮鉆渣，回旋鉆鉆進(jìn)成孔。鉆頭在土質(zhì)層中采用刮刀鉆，為保證鉆頭剛性，采用三翼鉆頭或四翼鉆頭，在巖層中采用牙輪鉆頭。工藝流程如下：
1）開(kāi)鉆準(zhǔn)備
測(cè)量放樣出樁基的中心點(diǎn)，控制護(hù)筒中心與樁基中心偏位不能超過(guò)50mm，為防止塌孔且保證鉆進(jìn)速度,全程跟進(jìn)套埋護(hù)筒至強(qiáng)風(fēng)化巖面,。鉆機(jī)就位后，測(cè)出鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)標(biāo)高，通過(guò)所測(cè)的標(biāo)高控制鉆機(jī)鉆進(jìn)深度，使樁底標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2）泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置
每臺(tái)鉆機(jī)配備一臺(tái)3PNL型泥漿泵及反循環(huán)砂石泵，在淤泥層和砂層采用正循環(huán)鉆進(jìn),入巖層后改用反循環(huán)鉆進(jìn)。開(kāi)鉆前在樁基周圍適當(dāng)位置采用人工開(kāi)挖泥漿池形成泥漿正循環(huán)系統(tǒng)。泥漿池距施工孔5~8m，采用迂回蜿蜒路徑的方法，增加泥漿的流程及減緩流速，有利于鉆渣的沉淀過(guò)濾，灌注水下混凝土?xí)r大量的泥漿則通過(guò)人工開(kāi)挖的溝渠排到一個(gè)集中池里，在后繼的場(chǎng)地平整施工中再統(tǒng)一清挖掉。
3）鉆孔工藝
① 鉆孔前需檢查和加固鉆頭，確保鉆頭本身的強(qiáng)度、剛度和垂直度；鉆機(jī)精確就位后，升起鉆機(jī)架，使轉(zhuǎn)盤(pán)中心、吊架中心、樁位中心三者同一垂線上，轉(zhuǎn)盤(pán)面調(diào)至水平后利用鉆機(jī)自身卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)將鉆頭吊入護(hù)筒內(nèi)接鉆桿，接鉆桿前，檢查鉆桿有無(wú)彎曲變形，法蘭盤(pán)位置有無(wú)裂痕現(xiàn)象，度量每節(jié)鉆桿長(zhǎng)度，作好鉆頭、方桿、鉆桿相關(guān)尺寸的記錄。
?、诟鶕?jù)地質(zhì)鉆探情況樁基所在位置沙層較厚，采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，泥漿采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配制，達(dá)到泥漿懸浮鉆碴和鉆孔護(hù)壁的目的，確保高質(zhì)量成孔。其性質(zhì)：相對(duì)密度1.20；粘度18～20Pa.s；膠體率＞98%；失水率＜15~20ml/30min；含砂率6%；酸堿度9PH。
?、?nbsp;鉆進(jìn)過(guò)程先采用低速開(kāi)鉆，不啟動(dòng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)，等孔內(nèi)形成一定濃度的泥漿，增強(qiáng)護(hù)筒處護(hù)壁效果后，開(kāi)啟泥漿泵循環(huán)泥漿撈取鉆渣。在鉆進(jìn)過(guò)程中，要進(jìn)行泥漿的維護(hù)管理，每半小時(shí)測(cè)一次泥漿比重，根據(jù)鉆進(jìn)速度及撈取鉆渣量的多少來(lái)調(diào)整泥漿比重，及檢查泥漿的粘稠度。在鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)撈取鉆渣，正確判明地質(zhì)情況并與地質(zhì)孔資料相比較，做好鉆孔記錄
4）清孔：采用抽漿清水換漿法清孔。鉆頭提離孔底約50cm，開(kāi)動(dòng)泥漿泵循環(huán)泥漿，撈取鉆渣，降低泥漿濃度。泥漿中鉆渣含量較小時(shí)，清孔接近尾聲，往孔內(nèi)加入適量小比重泥漿，降低泥漿濃度，同時(shí)往大泥漿池抽漿，繼續(xù)撈渣。清孔工作因鉆孔過(guò)程采用較大的泥漿比重而需時(shí)較長(zhǎng)，一般6~12小時(shí)。
5）鋼筋籠制作下放
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樁基鋼筋籠連接采用剝肋直螺紋連接。采用直螺紋連接可提高連接速度、以及鋼筋接頭的強(qiáng)度；縮短了從成孔后到灌注砼前的間隔時(shí)間，進(jìn)一步保障樁基的安全和質(zhì)量。
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樁基鋼筋籠考慮到橋底凈空有限，把鋼筋籠根據(jù)每根樁基的設(shè)計(jì)標(biāo)高來(lái)進(jìn)行加工，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)加工成3m一段，鋼筋籠從頂節(jié)開(kāi)始加工，底節(jié)以實(shí)際樁底標(biāo)高情況來(lái)定長(zhǎng)加工。鋼筋骨架保護(hù)層采用定位筋，最后安裝和固定聲測(cè)管。聲測(cè)管埋置到樁底與樁長(zhǎng)相同。
6）二次清孔
鋼筋籠下放完畢后搭設(shè)砼澆注平臺(tái)，下放灌注混凝土導(dǎo)管并記錄每一節(jié)導(dǎo)管的長(zhǎng)度和順序。導(dǎo)管下放結(jié)束后利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔，待泥漿相對(duì)密度：1.12；粘度：17Pa.s；含砂率：<1%；膠體率：>98%，即可準(zhǔn)備水下混凝土澆注。
7）砼澆筑
樁基礎(chǔ)砼采用導(dǎo)管法水下灌注。砼集料漏斗要滿足首批砼需要量要求，保證首批砼灌注后導(dǎo)管埋深1m以上，用剪球塞法澆筑首批砼，首批砼灌入孔底后，立即探測(cè)孔內(nèi)砼面高度，計(jì)算導(dǎo)管埋置深度，驗(yàn)算正常與否。
在砼灌注過(guò)程中設(shè)專人測(cè)量孔深并記錄，做好每下一盤(pán)料進(jìn)行測(cè)量與記錄，準(zhǔn)確掌握砼面上升高度，嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深在2m~6m之間，防止埋管過(guò)深提不起來(lái)或埋管過(guò)淺脫空產(chǎn)生的斷樁事件發(fā)生。砼面灌注至高出設(shè)計(jì)樁頂面標(biāo)高0.5m以上為止。
7）砼澆注過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)技術(shù)總結(jié)
1） 灌注開(kāi)始后連續(xù)進(jìn)行，觀察管內(nèi)砼下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時(shí)測(cè)量孔內(nèi)砼面高度，正確指揮導(dǎo)管的提升和拆除。導(dǎo)管在砼內(nèi)埋深控制在2m~6m。
2）在砼灌注過(guò)程中，后續(xù)砼要沿導(dǎo)管壁徐徐灌入，以免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊，同時(shí)避免樁基在土層中產(chǎn)生縮頸、斷樁等現(xiàn)象。
3）為確保樁頂質(zhì)量，砼澆筑標(biāo)高比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出50cm。
3、承臺(tái)施工
1）施工工序：
2）墩身植筋
施工步驟：
準(zhǔn)備：檢查被植筋混凝土表面是否完好，鋼筋探測(cè)核對(duì)標(biāo)記植筋部位。
鉆孔：在根據(jù)鋼筋直徑按照設(shè)計(jì)和廠家技術(shù)參數(shù)表中資料要求，根據(jù)直徑對(duì)應(yīng)深度打孔，然后檢查孔徑及孔深是否符合要求。
清孔：利用壓縮空氣清孔，用專用毛刷刷三遍，吹三遍，確保孔壁無(wú)塵。
注膠：首先將植筋膠直接放入膠槍中，將攪拌頭旋到膠的頭部，扣動(dòng)膠槍直到膠流出為止，前兩次打的膠不用。注膠時(shí)，將攪拌頭插入孔的底部開(kāi)始注膠，逐漸向外移動(dòng)，直至注滿孔體積的2/3即可。
植筋：將備好的鋼筋旋轉(zhuǎn)著緩緩插入孔底至膠體流出，按照固化時(shí)間表規(guī)定時(shí)間進(jìn)行安裝，使得錨固劑均勻地附著在鋼筋的表面及縫隙中，待其固化后再進(jìn)行焊接，綁筋及其他各項(xiàng)工作。在Tgel（凝膠時(shí)間）前可植入或調(diào)整鋼筋。在Tgel至Tcure,ini（固化開(kāi)始時(shí)間）內(nèi)不可擾動(dòng)鋼筋，在Tcure,ini至Tcure,full（固化完成時(shí)間）可進(jìn)行后續(xù)施工，但不可施加扭矩。Tcure,full后可完全發(fā)揮設(shè)計(jì)力值。當(dāng)基材表面溫度在30度時(shí)，Tgel=20分鐘，Tcure,ini＝4小時(shí)至Tcure,full＝8小時(shí)。
技術(shù)要求：
植筋膠槍,鉆孔設(shè)備及檢測(cè)設(shè)備采用配套機(jī)具。
植筋膠材料除滿足軸向拉拔測(cè)試以外，還應(yīng)具備相關(guān)認(rèn)證：抗震性能報(bào)告，室溫下的長(zhǎng)期性能，高溫下的長(zhǎng)期性能，凍融測(cè)試報(bào)告，國(guó)家規(guī)范A級(jí)膠認(rèn)證,孔中濕度的影響認(rèn)證報(bào)告。
植筋采用的鋼筋，采用II級(jí)鋼筋，并要求采取機(jī)械切斷，端面不允許采用氧割。
鋼筋植入深度以C30混凝土為控制值，高于此標(biāo)號(hào)混凝土，仍按此標(biāo)號(hào)控制，植入深度應(yīng)扣除混凝土表面剝落層及出現(xiàn)裂縫層。
3）鋼筋安裝
承臺(tái)鋼筋安裝、搭接固定要穩(wěn)妥，保證在澆注混凝土過(guò)程中鋼筋位置不會(huì)變動(dòng)。
4）預(yù)應(yīng)力筋安裝
承臺(tái)預(yù)應(yīng)力筋為JL32精軋螺紋鋼筋，安裝預(yù)應(yīng)力管道時(shí)，須保證其平滑順直，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)坐標(biāo)安裝，偏差不大于1cm，每1米設(shè)置定位卡。
5）模板安裝
承臺(tái)模板采用大塊組合鋼模，鋼筋安裝完畢后，按照放樣的承臺(tái)四個(gè)角點(diǎn)點(diǎn)位安裝承臺(tái)側(cè)模，模板上下布設(shè)對(duì)拉螺絲，外側(cè)利用鋼管及下托支撐于基坑側(cè)面。模板拼裝成型、承臺(tái)鋼筋定位后，測(cè)量組檢查模板安裝情況。
檢查模板底口縫位，并用水泥砂漿將其封死，澆筑砼前檢查連結(jié)螺栓緊固度及模板垂直度。
6）混凝土澆注
承臺(tái)混凝土澆注分層進(jìn)行，分層厚度不超過(guò)30cm，分層振搗，直到澆注完成。在澆注過(guò)程中， 振搗頻率加大，保證其密實(shí)，防止出現(xiàn)蜂窩、麻面。
7）拆模、養(yǎng)生
混凝土初凝后開(kāi)始澆水養(yǎng)護(hù)，天氣炎熱時(shí)需加蓋麻袋以防產(chǎn)生裂縫，強(qiáng)度達(dá)到2.5Mpa后適時(shí)拆除承臺(tái)模板。
8）預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿施工
承臺(tái)采用JL32精軋螺紋鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為930MPa，每根張拉力為673KN，其接長(zhǎng)或錨固均采用廠家提供的配套連接器及錨具，張拉延伸量按設(shè)計(jì)圖紙控制。
壓漿在張拉完畢并靜停12h后開(kāi)始，壓漿宜在24h內(nèi)進(jìn)行，以免預(yù)應(yīng)力鋼絞線銹蝕或松弛；進(jìn)行壓漿施工時(shí)，水灰比控制在0.4為宜，配好后不得再加水，可適當(dāng)摻入減水劑，但不得摻入其他鹽類，輸漿管壓力不得小于0.6Mpa～0.8Mpa。
五、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)某高速公路高架橋基礎(chǔ)加固項(xiàng)目的工程特點(diǎn)分析，根據(jù)其施工環(huán)境特點(diǎn)，經(jīng)研究分析、現(xiàn)場(chǎng)考察論證，總結(jié)形成了在橋底凈空受限制下、地質(zhì)情況復(fù)雜、開(kāi)放交通情況下，如何安全、保質(zhì)地完成舊橋基礎(chǔ)加固工程的各項(xiàng)施工技術(shù)方案。并圓滿的完成工程的施工，完成了快速、安全的對(duì)舊橋進(jìn)行基礎(chǔ)維修加固的任務(wù)，保證了高速公路的暢通，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
