甘棠江特大橋異常沉降橋墩基礎(chǔ)加固施工技術(shù)

蘇從友

摘要：本文針對(duì)貴廣鐵路甘棠江特大橋在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間檢測(cè)到個(gè)別橋墩異常沉降，為確保貴廣線聯(lián)調(diào)聯(lián)試的順利進(jìn)行和開通后的運(yùn)營(yíng)安全，針對(duì)該橋異常沉降橋墩的加固技術(shù)進(jìn)行研究與實(shí)施，使結(jié)構(gòu)達(dá)到原設(shè)計(jì)的承載能力與穩(wěn)定性。

Abstract： This paper detects the abnormal settlement of individual piers during the combination test of Gantangjiang River Bridge of Guiguang Railway. In order to ensure the smooth operation of the combination inspection of Guiguang Line and the operational safety after the line operation， the reinforcement technology of the abnormally settlement bridge pier of the bridge is researched and implemented， to ensure the structure can reach the original design's bearing capacity and stability.

關(guān)鍵詞：異常沉降；橋墩加固；施工

Key words： abnormal settlement；pier reinforcement；construction

中圖分類號(hào)：U443.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）31-0137-03

0 引言

貴廣鐵路在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間檢測(cè)到甘棠江特大橋由于個(gè)別橋墩異常沉降引起橋面無砟軌道線路出現(xiàn)不同程度的變化。經(jīng)全國(guó)多位橋梁專家多次對(duì)沉降數(shù)據(jù)分析、討論，并結(jié)合重新補(bǔ)勘的地質(zhì)資料，進(jìn)而提出對(duì)異常沉降橋墩進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。補(bǔ)強(qiáng)加固采用的方案為：將橋墩基礎(chǔ)置于基巖巖性為可溶巖地層的摩擦樁均進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用在橋墩承臺(tái)橫向左右側(cè)各增設(shè)31.5m混凝土灌注樁。為確保當(dāng)時(shí)貴廣鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的順利進(jìn)行和2個(gè)月后全線開通的目標(biāo)，補(bǔ)強(qiáng)加固的混凝土灌注樁結(jié)構(gòu)，主要使用液壓全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工方式，進(jìn)行鋼護(hù)筒的處理，屬于先進(jìn)的樁施工技術(shù)方式[1]，可以將樁底嵌入到基層的巖層結(jié)構(gòu)中，護(hù)筒不能拔出來，可以促進(jìn)新樁體預(yù)測(cè)承臺(tái)之間的合理連接。液壓全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)無須泥漿，在不同類型地層中均能順利施工，并能夠進(jìn)行嵌巖作業(yè)，且施工進(jìn)度快、振動(dòng)小、成樁質(zhì)量穩(wěn)定，對(duì)既有橋梁等結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響能夠降到最低。

1 液壓全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁的施工技術(shù)

1.1 施工安排 根據(jù)專家意見本橋需要對(duì)20個(gè)橋墩基礎(chǔ)置于基巖巖性為可溶巖地層的摩擦樁基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，共有120根直徑1.5m的樁需要成孔?，F(xiàn)場(chǎng)共配置了七臺(tái)日本RT—200系列、兩臺(tái)盾安DTR—2005H、一臺(tái)盾安DTR—150的鉆機(jī)；在工作中需遵循配置的工作原則，也就是在長(zhǎng)樁基施工的時(shí)候，使用大功率類型的鉆機(jī)設(shè)備，在短樁基施工的時(shí)候，使用小功率的鉆機(jī)設(shè)備。每個(gè)墩臺(tái)都要安排兩臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行對(duì)稱的鉆進(jìn)處理，先進(jìn)性外側(cè)后進(jìn)行內(nèi)側(cè)樁體的施工，預(yù)防不均勻沉降問題。在此期間，需在施工范圍之內(nèi)針對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行夯實(shí)處理，使用鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行施工處理，在移位的時(shí)候提升操作方便、安全。

1.2 成孔工藝性試驗(yàn) 鑒于工程的特殊性，為了保證鉆機(jī)能夠在施工期間，可以發(fā)揮穩(wěn)定方面的作用，在橋附近針對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行合理的研究，開展代表性地質(zhì)的試樁工作，在試樁的時(shí)候保證深入巖層2m左右。在試樁的時(shí)候還需進(jìn)行鋼套管焊接質(zhì)量的驗(yàn)證，控制成孔時(shí)間，明確沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，提升數(shù)據(jù)與工藝參數(shù)的準(zhǔn)確性，確保符合時(shí)代發(fā)展要求。

2 液壓全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁的施工工藝

2.1 針對(duì)鉆孔樁的建設(shè)流程進(jìn)行研究 首先需要進(jìn)行測(cè)量放樣處理，制作井圈結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行套管鉆機(jī)設(shè)備的就位對(duì)中處理，針對(duì)第一節(jié)套管進(jìn)行吊放處理，同時(shí)要開展測(cè)量工作，保證垂直度符合要求。在壓入第一節(jié)套管的時(shí)候，應(yīng)做好垂直度的校對(duì)工作，然后進(jìn)行抓斗的取土處理，保證垂直度符合要求的基礎(chǔ)上，焊接套管并逐步進(jìn)行鉆進(jìn)處理。最后應(yīng)針對(duì)測(cè)量孔進(jìn)行深度清理，吊放鋼筋籠材料，在混凝土導(dǎo)管合理處理的情況下，更好的進(jìn)行混凝土灌注，測(cè)定混凝土是否滿足規(guī)范要求。

2.2 鉆孔樁具體的施工方式 全套管鉆機(jī)自重約30t，履帶吊以及配重共80t，為了提升套筒鉆機(jī)施工的便利性，在明確事故范圍之后，應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地的平整處理、碾壓和加固處理，防止工作平臺(tái)下沉使套管傾斜而無法作業(yè)，且需要準(zhǔn)備不小于200m2的套管堆場(chǎng)。

按照測(cè)量放樣樁位制作井圈作為鉆機(jī)定位的控制點(diǎn)。利用十字交叉線的方式對(duì)中點(diǎn)進(jìn)行定位處理，在工作的時(shí)候應(yīng)保證間距小于鉆機(jī)路基板之間的內(nèi)徑數(shù)據(jù)信息。然后針對(duì)路基板進(jìn)行吊放就位處理，使其在樁體位置中，保證內(nèi)容屬于十字線的模式。測(cè)量工作者應(yīng)進(jìn)行復(fù)位方面的測(cè)量處理，保證不存在偏差之后才能進(jìn)行鉆機(jī)吊放的準(zhǔn)確處理。在吊車一側(cè)應(yīng)開展反力架結(jié)構(gòu)的吊裝工作，使用履帶式吊裝機(jī)械設(shè)備進(jìn)行抵住處理，然后結(jié)合壓力狀況，在鉆機(jī)兩側(cè)扭矩不同的情況下，合理進(jìn)行噸位配重。

鉆機(jī)就位工作中需保證處于水平狀態(tài)，做好垂直度管理工作。首先，在調(diào)整水平狀態(tài)的時(shí)候，應(yīng)進(jìn)行油缸的檢查，保證受力均勻性，且在鉆進(jìn)作業(yè)的時(shí)候，需在鉆機(jī)的10m左右位置科學(xué)設(shè)置吊繩，夾角為九十度左右，一邊施工一邊進(jìn)行檢查，保證吊繩不會(huì)出現(xiàn)偏差的問題。在主夾角與副夾角管理工作中，還需設(shè)置刀頭套管，規(guī)格為7.4m左右，保證不可以與主機(jī)設(shè)備碰撞。

在鉆機(jī)設(shè)備就位之后，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的取土處理，在鉆進(jìn)3m左右就要使用抓斗進(jìn)行取土。在取土之前，應(yīng)于套管上面進(jìn)行鑿毛保護(hù)，使得接頭符合要求，在鉆進(jìn)過程中需科學(xué)控制扭矩與壓力，記錄垂直度數(shù)據(jù)信息。且在回轉(zhuǎn)取土的時(shí)候，應(yīng)同步進(jìn)行取土深度的監(jiān)督控制，預(yù)防超挖問題，保證底部留有一定厚度的土壤，將厚度控制在套管直徑兩倍左右，通常情況下，套管直徑為1.5m的時(shí)候，需留土3m左右，保證符合具體的施工工作要求。

在對(duì)套管之內(nèi)土壤深度進(jìn)行測(cè)量之后，如果可以符合標(biāo)準(zhǔn)，就要在鉆機(jī)設(shè)備的平臺(tái)上，針對(duì)1m左右套管進(jìn)行接頭處理。吊裝6m的套管時(shí)需要進(jìn)行低溫保護(hù)焊。鋼套管的焊接技術(shù)較為復(fù)雜，操作的難度很大，尚未找到合理的質(zhì)量管理方式，因此，在施工的時(shí)候需仔細(xì)的進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)存在隱患，就要進(jìn)行科學(xué)的控制，并改善工藝技術(shù)的應(yīng)用方式，預(yù)防事故損失問題。在焊接檢測(cè)合格之后，應(yīng)開展鉆進(jìn)施工工作，保證達(dá)到設(shè)計(jì)深度之后，進(jìn)行底部的清理，滿足當(dāng)前的作業(yè)施工要求，保證質(zhì)量得到良好的提升。

在終孔時(shí)檢測(cè)孔深、垂直度、孔底沉渣厚度等各項(xiàng)指標(biāo)，均合格后，在樁孔內(nèi)垂直吊放并連接鋼筋籠。在該工程施工過程中，在套管進(jìn)入底部之后無需進(jìn)行取出處理，可直接開展混凝土的澆筑工作，在合理開展鋼筋籠吊放活動(dòng)之后，安裝直徑在240mm左右的灌注導(dǎo)管，并在鋼筋籠之內(nèi)合理的進(jìn)行處理，將底部與孔底的距離控制在50cm左右，并增強(qiáng)導(dǎo)管氣密性。同時(shí)，在對(duì)導(dǎo)管密封度進(jìn)行檢查的時(shí)候，應(yīng)保證在每節(jié)導(dǎo)管中都安裝密封圈，保證拆卸便利性與牢固性，預(yù)防漏水或是透水問題，在增強(qiáng)導(dǎo)管支撐效果的情況下，促進(jìn)混凝土的合理澆筑處理。施工企業(yè)還需在混凝土的漏斗之內(nèi)，合理的設(shè)置橡皮球膽，在設(shè)置導(dǎo)管期間需將其與孔底之間的距離控制在50cm左右，將混凝土初次的灌注數(shù)量控制在2.8m3左右。

在對(duì)混凝土進(jìn)行灌注期間，應(yīng)保證導(dǎo)管深度在5m左右，最小的深度不可以低于3m。且在澆筑過程中及時(shí)測(cè)量混凝土面的上升高度，導(dǎo)管必須隨澆隨提，一次性的提拔不能超過6m，且嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土面，或者埋入過深。在發(fā)現(xiàn)灌注面與鋼筋籠底部相互接近的時(shí)候，需放慢灌注工作速度，預(yù)防上浮的施工事故問題，在混凝土原材料流入到鋼筋籠底部1m左右的時(shí)候，需要適當(dāng)?shù)奶Ц邔?dǎo)管位置，避免受到?jīng)_擊出現(xiàn)質(zhì)量問題。如果混凝土澆筑面與頂樁接近，就要測(cè)量頂面具體位置，保證高出頂樁1m左右。

2.3 關(guān)鍵技術(shù) 液壓全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工作業(yè)過程中，最為關(guān)鍵的技術(shù)就是針對(duì)樁體垂直度進(jìn)行有效管理控制。

2.3.1 套管的順直度檢查和校正 鋼套管對(duì)接時(shí)需要針對(duì)直線度情況、同心度情況仔細(xì)檢查，一旦焊接的連接偏差在11mm以上的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)土體擠壓的現(xiàn)象，樁位偏差較為嚴(yán)重，導(dǎo)致鉆進(jìn)施工的阻力有所增加，甚至引發(fā)焊接套管焊接裂縫問題，引發(fā)斷裂事故現(xiàn)象，如果工藝技術(shù)的使用失敗，將很難進(jìn)行補(bǔ)救處理，因此，在實(shí)際施工的時(shí)候，需重點(diǎn)關(guān)注直線度與同心度的情況，合理開展測(cè)量活動(dòng)。

在對(duì)樁基進(jìn)行鉆孔施工之前，應(yīng)保證地面的平整性，然后進(jìn)行套管順制度檢查處理。對(duì)于套管而言，在檢查的時(shí)候需先設(shè)置在地面上進(jìn)行測(cè)量放樣，保證放樣的直線相互平行，然后放在這兩條平行線之中，使用線錘方式或是直尺方面明確是否出現(xiàn)了距離偏差現(xiàn)象。在檢測(cè)的時(shí)候還需進(jìn)行順制度的檢查處理，將套管連接在一起，并保證偏差控制在11mm左右。

2.3.2 樁孔垂直度的管理 在樁基成孔施工的過程中，應(yīng)重視成孔垂直度的管理， 實(shí)現(xiàn)地面、孔內(nèi)與終孔的檢測(cè)目的，在地面上進(jìn)行監(jiān)測(cè)處理，使用經(jīng)緯儀設(shè)備進(jìn)行相互垂直的檢測(cè)，明確垂直方向并了解垂直度特點(diǎn)，在發(fā)現(xiàn)偏差問題的時(shí)候應(yīng)進(jìn)行糾正處理。且在每節(jié)套管壓入與取土之后，應(yīng)在開展其他套管安全之前采用測(cè)斜儀或者測(cè)環(huán)檢查進(jìn)行樁孔內(nèi)部垂直度的檢測(cè)，垂直度不合格時(shí)及時(shí)糾偏，糾偏完成后才能進(jìn)行下一道工序；在每根樁成孔完畢后同樣使用相互垂直方面科學(xué)測(cè)量處理，明確最終孔的垂直度特點(diǎn)，了解不合格問題，明確偏差現(xiàn)象。

在工程施工建設(shè)期間應(yīng)進(jìn)行樁基成孔垂直度的檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差問題，并利用鉆機(jī)的兩個(gè)頂升油缸和兩個(gè)推拉油缸來調(diào)節(jié)套管的垂直度，達(dá)到及時(shí)糾偏調(diào)整的目的。

3 應(yīng)急預(yù)案及措施

3.1 橋墩異常沉降的嚴(yán)格管理 本橋加固主要使用的就是液壓全套管鉆機(jī)設(shè)備，雖然可以將所有鋼套管設(shè)置在樁底，在鉆進(jìn)處理的時(shí)候，土體結(jié)構(gòu)會(huì)降到最低，但是，在觀察的時(shí)候還需要保證監(jiān)測(cè)橋墩的準(zhǔn)確性，在自動(dòng)技術(shù)與人工方式的支持下進(jìn)行預(yù)警處理，在鉆進(jìn)的時(shí)候一旦發(fā)現(xiàn)偏離問題，就要進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)控制，保證符合具體要求。

3.2 管涌 本橋在施工的時(shí)候，地表會(huì)覆蓋人工填筑土，預(yù)防黏土與粗砂對(duì)其造成的影響，在基巖科學(xué)處理的情況下，一旦出現(xiàn)管涌問題，就要使用科學(xué)方式進(jìn)行處理，明確管涌問題的可能性，并采取科學(xué)的措施進(jìn)行處理：①在施工期間如果出現(xiàn)了流砂現(xiàn)象，就要使用大體積的石頭進(jìn)行擠塞處理，保證孔內(nèi)的土壤壓力在合理范圍之內(nèi)，進(jìn)行全套筒施工處理。②如果涌水的問題較為嚴(yán)重，就要使用混凝土材料放置在麻袋中，然后填充在樁基之內(nèi)，使得樁底形成固結(jié)的作用，提升土體的固結(jié)效果，在此之后應(yīng)進(jìn)行鉆進(jìn)處理。

3.3 卵石層和溶洞 在工程施工之前，設(shè)計(jì)人員需針對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行分析，因?yàn)樵谑┕み^程中會(huì)遇有卵石層和溶洞，從而確定施工方法。

在卵石直徑為29cm以下的時(shí)候，就要進(jìn)行取出處理，如果大于30cm且小于81cm，就要使用錘子進(jìn)行雜碎，然后取出。在施工工作中，如果出現(xiàn)了溶洞，就要明確大小，然后進(jìn)行合理的巖溶處理，如果溶洞很小，就要在鉆進(jìn)施工的時(shí)候，使用錘子擊穿處理，然后進(jìn)行回填，保證溶洞的施工效果[2]。在大型溶洞處理的時(shí)候，應(yīng)制定完善的護(hù)筒處理方案，在反復(fù)錘砸的情況下，進(jìn)行樁基結(jié)構(gòu)成孔作業(yè)，創(chuàng)建科學(xué)化與合理化的工作機(jī)制，以免影響施工效果。

4 補(bǔ)強(qiáng)承臺(tái)的施工

樁基檢測(cè)合格后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)承臺(tái)的施工，使用植筋工作方式將其與墩身連接在一起，設(shè)置預(yù)應(yīng)力體系，實(shí)現(xiàn)承臺(tái)張拉封錨的工作目的[3]。在施工中主要使用釬釘材料，直徑控制在20mm左右。在此期間，需要在墩身與承臺(tái)結(jié)構(gòu)上面植入混凝土材料，厚度為56cm左右，外露出高度61cm，并保證使用長(zhǎng)灣溝的方法進(jìn)行處理，保證間距在30cm左右，呈現(xiàn)梅花形狀。在澆筑的時(shí)候，應(yīng)開展之前混凝土結(jié)構(gòu)的鑿毛濕潤(rùn)處理工作，涂抹截面劑材料，保證新混凝土與舊混凝土之間可以可靠的連接處理。