高速公路橋臺(tái)加固施工技術(shù)

萬思宇

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

0 引言

高速公路建設(shè)周期長(zhǎng)、施工規(guī)模大，在實(shí)際施工中會(huì)受到多方面因素的影響，如地質(zhì)、地形以及人為因素等，都會(huì)影響到工程質(zhì)量。為了進(jìn)一步提升橋臺(tái)施工質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇施工工藝，營(yíng)造安全穩(wěn)定的行車環(huán)境。因此，本文結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行討論，并對(duì)加固施工技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

晴興高速公路于2012 年建成通車，原設(shè)計(jì)為整幅式路基橋，橋?qū)?×10.5m，左右幅均為11×40m 先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁橋，0號(hào)臺(tái)為肋板式輕型橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)，11 號(hào)橋臺(tái)為L(zhǎng) 形U 臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)，其余墩臺(tái)均為樁基礎(chǔ)。原橋設(shè)計(jì)荷載為公路-I 級(jí)，橋?qū)?0.5m，場(chǎng)區(qū)地震峰值加速度值為0.05g，地震反應(yīng)譜特征周期為0.45s，場(chǎng)區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度；抗震設(shè)防等級(jí)為7度。

2 病害現(xiàn)狀及原因

2.1 病害現(xiàn)狀

2019 年4 月11 日，管理中心檢查發(fā)現(xiàn)中壩大橋第11 號(hào)橋臺(tái)有多處縱向裂紋、豎向貫通式裂縫，下行橋臺(tái)這一問題更為嚴(yán)重。在利用相關(guān)技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行測(cè)量后得知，該橋梁的主要病害如下：11 號(hào)橋臺(tái)前墻、側(cè)墻均存在不同程度的開裂，外側(cè)側(cè)墻裂縫較為嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在裂縫多、深，且豎向、斜向有錯(cuò)位的情況。根據(jù)測(cè)量，最大裂縫長(zhǎng)度達(dá)到4.2m，寬度達(dá)到了45mm，靠近山體右側(cè)側(cè)墻也發(fā)現(xiàn)了2 道豎向裂縫，長(zhǎng)度1.2m，寬度15mm；外側(cè)基礎(chǔ)立面在基底脫空范圍外傾較明顯，有不均勻沉降和龜裂、開裂的情況。具體如圖1、圖2所示。

圖1 橋臺(tái)左側(cè)墻豎向裂縫明顯

圖2 裂縫病害

2.2 地質(zhì)狀況

為了更全面、更深入地了解橋臺(tái)質(zhì)量通病發(fā)生的原因，高速公路運(yùn)營(yíng)管理部門邀請(qǐng)了專業(yè)的勘察機(jī)構(gòu)對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行了鉆探。通過相應(yīng)的資料可以得知，橋臺(tái)處下伏基巖為泥質(zhì)灰?guī)r，橋臺(tái)基底部分位于換填層上，部分置于強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r上。長(zhǎng)期受到雨水、地下水侵蝕，局部出現(xiàn)了空洞情況，尤其是強(qiáng)風(fēng)化基巖面有50cm 左右的軟化層。勘察部門除在解了地質(zhì)情況之后，還對(duì)橋臺(tái)排水系統(tǒng)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)排水邊溝功能正常，但橋臺(tái)尾部中央分隔帶部分，橫向排水系統(tǒng)有雜物、淤泥堵塞，這是引起排水困難的主要原因。

2.3 病害原因分析

對(duì)橋臺(tái)本身、地質(zhì)情況、降水等多個(gè)方面進(jìn)行分析得知，該橋臺(tái)病害是基礎(chǔ)產(chǎn)生了不均勻沉降導(dǎo)致的，而造成不均勻沉降的主要原因有以下幾個(gè)方面：

（1）橋臺(tái)基礎(chǔ)未設(shè)置于完整基巖上，橋臺(tái)基礎(chǔ)底部混凝土澆筑存在空隙，受到降水、水流侵蝕以及車輛、橋梁本身荷載的影響，基底墊層出現(xiàn)了空洞，且越來越大；

（2）受到路線縱坡、臺(tái)前棄土造成的橋臺(tái)反坡影響，雨水會(huì)順著裂縫進(jìn)入到橋臺(tái)基礎(chǔ)中，從而引起基底強(qiáng)風(fēng)化層的軟化，承載能力大幅削弱，造成臺(tái)身的不均勻形變。

3 加固方案

橋臺(tái)病害已嚴(yán)重影響高速路的運(yùn)營(yíng)安全。為防止原有橋臺(tái)病害繼續(xù)發(fā)展危及橋梁上部結(jié)構(gòu)的安全性。在得知了橋臺(tái)病害的主要原因后，結(jié)合橋臺(tái)病害情況，加固方案如下：

（1）對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。包括對(duì)橋臺(tái)基底的注漿加固，以及對(duì)臺(tái)身結(jié)構(gòu)承載力的恢復(fù)。

（2）由于橋臺(tái)臺(tái)身破損嚴(yán)重，其修復(fù)后承載能力恢復(fù)情況難以量化，考慮對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換處理，即新建支撐體系，承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，橋臺(tái)主要承受臺(tái)后土壓力。

3.1 橋臺(tái)臺(tái)身范圍內(nèi)防排水處理

（1）修復(fù)橋臺(tái)臺(tái)尾路基范圍內(nèi)的橫向排水系統(tǒng)，清除排水溝中的雜物、淤泥，設(shè)置中央排水溝及集水槽，處理自然降水。橫向排水溝，可將中央分隔帶中的積水排放到路基邊溝中，以免積水在橋臺(tái)處匯集對(duì)橋臺(tái)臺(tái)身、橋梁基礎(chǔ)造成不利影響；

（2）可在橋臺(tái)臺(tái)尾處增設(shè)集水井，除了橫向排水管之外，還可設(shè)置縱向排水管，穿透橋臺(tái)前墻，將積水引流到橋臺(tái)范圍之外。

3.2 新建支撐系統(tǒng)

通過實(shí)際案例得知，中壩橋臺(tái)臺(tái)身和基礎(chǔ)受到嚴(yán)重?fù)p壞，產(chǎn)生了橫向、縱向裂縫。當(dāng)基礎(chǔ)不穩(wěn)定時(shí)，高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力情況也會(huì)發(fā)生改變，如果在施工中沒有加以控制，產(chǎn)生了較大振動(dòng)，會(huì)對(duì)橋臺(tái)臺(tái)身帶來沖擊，將會(huì)加劇病害發(fā)展。因此，可在原有橋臺(tái)的基礎(chǔ)上新增支撐系統(tǒng)，用于營(yíng)造安全穩(wěn)定的施工環(huán)境。在橋臺(tái)加固施工完成后，可恢復(fù)原有橋臺(tái)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的支撐，且新增支撐系統(tǒng)不必拆除，可繼續(xù)作為安全保險(xiǎn)措施，對(duì)橋梁起到支撐和保護(hù)作用。新建支撐系統(tǒng)的主要施工步驟如下：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在原有橋臺(tái)前指定位置，利用冷開挖的方式進(jìn)行施工。為了保證橋梁主體的穩(wěn)定性，禁止使用爆破施工法；

（2）在上部T梁馬蹄位置打孔并打入螺栓，利用錨固粘貼支座鋼板；

（3）設(shè)置樁基鋼筋，澆筑混凝土，澆筑蓋梁、擋塊及支座墊石；

（4）頂升T 梁，放置支座，回落T 梁。應(yīng)嚴(yán)格按照《公路橋梁橡膠支座更換技術(shù)規(guī)程》（DB32/T 2173—2012）中的相關(guān)要求，進(jìn)行T梁頂升施工。頂升施工正式開始之前，檢查機(jī)械設(shè)備是否能夠正常運(yùn)行；對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)頂升，確保能夠按照規(guī)定開展施工；遵循同時(shí)施工的原則，合理控制T梁頂升高差。

3.3 橋臺(tái)基礎(chǔ)襟邊保護(hù)

從實(shí)地情況得知，目前中壩大橋橋臺(tái)外側(cè)橫坡十分陡峭，基礎(chǔ)襟邊的地基保護(hù)層十分薄弱，在長(zhǎng)期雨水沖刷、巖石風(fēng)化作用下，極易出現(xiàn)內(nèi)部空洞問題，影響橋梁主體的穩(wěn)定性。因此在橋臺(tái)加固過程中，可沿著左幅橋臺(tái)基礎(chǔ)外側(cè)設(shè)置抗滑樁，確保嵌入到強(qiáng)風(fēng)化層的深度在5m以上，采用冷開挖，即人工開挖的方式。

3.4 灌漿密實(shí)加固橋臺(tái)地基

在前幾道工序完成后，即可安排施工人員開展橋臺(tái)地基的灌漿加固工作，具體如下：

（1）在經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)之后，即可確定漿液配合比以及注漿壓力，確保符合施工要求；

（2）沿著橋臺(tái)基礎(chǔ)的內(nèi)側(cè)打孔，深度應(yīng)達(dá)到強(qiáng)風(fēng)化巖層基石以下1m 處，設(shè)置鋼管并利用混凝土注漿加固；

（3）沿著橋臺(tái)基礎(chǔ)外側(cè)豎向打孔，利用鋼花管注漿，在混凝土固結(jié)之后側(cè)向45°、側(cè)向15°進(jìn)行打孔注漿；控制好鋼花管端頭進(jìn)入到強(qiáng)風(fēng)化層的深度，通常在1m左右為宜；

（4）可在鋼花管內(nèi)部設(shè)置單向的止?jié){塞，避免漿液倒流，橋臺(tái)外側(cè)注漿在距孔底2m，采用后退式逐段壓漿的方法，每段注漿長(zhǎng)度不宜超過2m，橋臺(tái)臺(tái)背注漿止?jié){塞設(shè)置于基礎(chǔ)底部，底部注漿壓力控制在1.5～2.0MPa，臺(tái)背后的注漿壓力為0.6MPa；

（5）如果施工人員無法掌握注漿終止的時(shí)間，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)壓力和壓漿量得到控制之后，孔洞沒有漿液外流和吸漿的情況，即可停止注漿；

（6）在壓漿過程中，應(yīng)安排專業(yè)人員對(duì)施工進(jìn)行全過程監(jiān)管，當(dāng)出現(xiàn)冒漿、地面隆起等情況時(shí)，要立即暫停注漿，采取相應(yīng)的方法進(jìn)行處理；

（7）注漿漿液凝固之后，應(yīng)檢查其效果是否達(dá)到預(yù)期，可采用的方式如下：一是物探檢測(cè)；二是在每段工作面中設(shè)置2～3 個(gè)檢查孔，查看注漿是否充足，重點(diǎn)關(guān)注孔內(nèi)的涌水量；

（8）在橋臺(tái)加固施工過程中，施工人員要時(shí)刻關(guān)注臺(tái)身裂縫是否有進(jìn)一步擴(kuò)大的情況，如果有加深、加寬的趨勢(shì)，及時(shí)撤離施工人員到安全距離之外并及時(shí)通知上級(jí)部門。

3.5 臺(tái)身結(jié)構(gòu)整體性恢復(fù)加固

橋臺(tái)臺(tái)前的裂縫深度、寬度較大，其結(jié)構(gòu)的整體性嚴(yán)重受損，無法保證正常行車的安全性和穩(wěn)定性。因此，在橋臺(tái)加固施工過程中，要重點(diǎn)關(guān)注橋臺(tái)臺(tái)身結(jié)構(gòu)，采用合理的方法提升其穩(wěn)定性，并修補(bǔ)裂縫，確保其側(cè)墻的受力性能符合相應(yīng)要求。①利用混凝土灌漿修補(bǔ)左右幅橋臺(tái)臺(tái)身、帽梁等裂縫處；②根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)要求，在左幅橋臺(tái)臺(tái)身處打孔，將鋼筋植入孔洞中；③利用50cm 的鋼筋混凝土外墻，將左幅橋臺(tái)臺(tái)身側(cè)墻進(jìn)行外包，確保其穩(wěn)定性。

3.6 恢復(fù)原有橋臺(tái)支撐

通過地基注漿加固、襟邊保護(hù)、外包鋼筋混凝土等方式加固原有橋臺(tái)，提升其整體性；隨后將橋臺(tái)上部的支反力由新建橋臺(tái)支座轉(zhuǎn)移到原有橋臺(tái)支座上，使受力結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常。①利用同步液壓頂升系統(tǒng)同步頂升T 梁；②打造全新的橋臺(tái)支座，用于替換原有橋臺(tái)；③在新建橋臺(tái)支座建設(shè)完成后，拆除臨時(shí)的鋼墊板；④同步回落T 梁，將新建橋臺(tái)支座和T 梁底部的間隙控制在3mm 為宜。在T 梁支撐轉(zhuǎn)換之后，其受力模式可恢復(fù)至原有水平，且支座不予拆除，可繼續(xù)起到保護(hù)作用。

3.7 上部結(jié)構(gòu)裂縫處理

混凝土長(zhǎng)期暴露在室外環(huán)境中，上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度裂縫問題。當(dāng)下部結(jié)構(gòu)加固完成后，應(yīng)修復(fù)上部結(jié)構(gòu)的細(xì)小裂縫。如果裂縫寬度在0.15mm 以下，可利用環(huán)氧砂漿進(jìn)行處理；如果裂縫寬度在0.15mm以上，可采用混凝土注漿法處理。

4 施工主要材料

4.1 混凝土

在本次橋臺(tái)加固施工項(xiàng)目中，混凝土材料的應(yīng)用十分普遍，但不同部位、結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土強(qiáng)度要求存在差異，具體型號(hào)如下：①C25片石混凝土，主要用于橋臺(tái)基礎(chǔ)護(hù)腳墻；②C30混凝土，主要用于新建橋臺(tái)樁基以及原有橋臺(tái)外包墻體；③C35混凝土，主要用于新建橋臺(tái)的蓋梁；④C50混凝土，主要用于新建橋臺(tái)支座墊石；⑤環(huán)氧砂漿，主要用于橋梁上部結(jié)構(gòu)細(xì)微裂縫處理。

4.2 鋼筋

鋼筋材料的選擇應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，使用HPB300、HRB400型號(hào)鋼筋。

5 施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

橋梁施工工藝、施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都要符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2019）中的相關(guān)要求，此外，還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

（1）本項(xiàng)目是針對(duì)橋臺(tái)加固開展的，不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)尺寸；如果在設(shè)計(jì)和施工中發(fā)現(xiàn)和原有尺寸不符的情況，以原橋尺寸為準(zhǔn)；

（2）所有數(shù)據(jù)都是根據(jù)設(shè)計(jì)資料獲得的，在檢查無誤后即可開展施工；

（3）要明確施工工序和步驟：排水系統(tǒng)恢復(fù)→原有橋臺(tái)注漿加固→新建支撐體系→第一次體系轉(zhuǎn)換→橋臺(tái)臺(tái)身修復(fù)→第二次體系轉(zhuǎn)換→上部結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)→驗(yàn)收并恢復(fù)正常交通；

（4）為盡可能減少對(duì)原有橋臺(tái)的影響，本項(xiàng)目施工中，并沒有使用到任何大型設(shè)備，并明令禁止爆破施工；

（5）即便在橋臺(tái)加固施工完成之后，也要持續(xù)觀察其沉降量并記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，及時(shí)記錄并上報(bào)；

（6）安全管理工作。一是作業(yè)區(qū)道路交通標(biāo)志。為了保證施工的安全性，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置醒目的警示牌，粘貼安全施工標(biāo)語(yǔ)。二是設(shè)置作業(yè)區(qū)道路交通標(biāo)線，主要目的是引導(dǎo)和管制施工中的交通流。三是在夜間施工期間，應(yīng)設(shè)置照明或主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志，燈光照射半徑應(yīng)在30m以上。交通錐的形狀、顏色、大小都要參考《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》（GB 5768.2—2022）中的相關(guān)要求進(jìn)行，控制好交通錐的間距。本項(xiàng)目施工周期較長(zhǎng)，應(yīng)采用穩(wěn)固的安全設(shè)施，定期進(jìn)行維護(hù)和檢查，施工期間不得出現(xiàn)任何違規(guī)操作。

采取了上述手段對(duì)中壩大橋第11 號(hào)橋臺(tái)進(jìn)行加固之后，效果顯著。新建支撐體系解決了橋臺(tái)承載力不足的問題。設(shè)置了新的排水系統(tǒng)之后，積水、雨水可順利排出且離橋臺(tái)距離較遠(yuǎn)，不會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性帶來影響。橋臺(tái)基礎(chǔ)襟邊、橋臺(tái)地基的強(qiáng)度得到了顯著提升，能夠?yàn)檎Ｐ熊囂峁┍Ｕ稀?/p>

6 結(jié)語(yǔ)

高速公路的發(fā)展?jié)M足了人們的出行需求，能夠帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，成為地區(qū)間連接的紐帶。如果項(xiàng)目施工不規(guī)范，或后期養(yǎng)護(hù)不到位，易出現(xiàn)橋頭跳車、橋臺(tái)裂縫、沉降等問題，影響行車的安全性。本文通過實(shí)際案例對(duì)高速公路橋臺(tái)加固施工技術(shù)進(jìn)行了全面分析，為提升橋臺(tái)加固施工效果提供有效借鑒。