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影響鉆孔灌注樁施工的老橋基礎處理

發布時間：2014-08-09

簡介：隨著社會經濟發展和車流量的迅速增加，對道路工程的質量和等級要求也越來越高，許多道路橋梁需要擴建，以滿足高標準的要求。然而，再建橋梁為了設計和布局合理，往往造成新老橋基礎的重合，施工中須排除原有橋梁基礎障礙，才能保證新橋施工的順利進行。本文以泉河新大橋工程為例，闡明此類問題處理方法。

關鍵字：阜陽泉河新大橋,老橋基礎,影響與處理
1. 工程概況

　　大橋位于市區內，是在拆除老橋的基礎上進行擴建，設計全長739?95 m，由主橋、引橋及兩頭引道組成，其中主橋為8孔30 m預應力T梁，直徑1?6 m鉆孔灌注樁基礎。兩岸引橋共18孔，為14?4 m～16?0 m不等跨預應力空心板梁，直徑1?2 m鉆孔灌注樁基礎。南北兩岸分別有引道100?10 m和114?57 m。該橋址處地質狀況較好，主要為亞粘土層，主跨14號、15號、16號橋墩座落在主河道上，墩址處常水位水深5?0 m～9?0 m。受橋梁布局的影響，新橋14號、16號橋墩座落在老橋1號、3號墩址處。原有橋梁為凈跨20 m的鋼筋混凝土桁架拱橋，新橋施工前老橋上部結構已被拆除。通過施工實測和多方調查，確定老橋墩墩身以下為鋼筋混凝土承臺，承臺長8?2 m，寬6?0 m，厚2?0 m，承臺以下為打入樁基礎，樁長15?0 m～17?0 m，截面45 cm×45 cm的方樁，每墩打入樁數量18根，墩身方向分3排，樁間距1?0 m～1?20 m不等。新橋施工前，已通過水下爆破拆除墩身，爆破后，部分混凝土殘渣散落在河床表面，也給新橋基礎施工造成一定難度。具體施工時發現新橋14—2號、14—3號、16—2號樁分別有老橋打入樁基礎占據樁位，致使鉆孔工作不能進行。

2. 施工方案擬定

　　根據墩址處地質水文文件，考慮后序工序施工要求，老橋樁基礎清除必須做到以下幾點：①一次性成功，樁體須全部消除，以利鉆孔灌注樁施工，不能出現斷樁，使部分樁體留地下。②拔除方樁過程中，盡可能保持樁四周土體的穩定性，以確保灌注樁施工質量。③新橋主跨橋墩為三樁式墩身，樁間距7?5 m，待清除老橋打入樁距新橋灌注樁最近距離5?8 m，因此，在樁體清除過程中，盡可能減少對附近土體產生沖擊力，避免對新橋已成樁體造成損害。所以，施工方案擬定采取從土體中剝離樁體，施加外力拔除的方法。該方案實施安全可靠，一次性拔除，對已成樁及周圍土體影響較小。打入樁拔除后，及時封填土，短期內可進行鉆孔灌注樁施工。

3. 施工方法

　　3.1 待拔樁位

　　設鋼護筒，待拔樁在鋼護銅內，以偏移鋼護筒中心40 cm為佳(圖1)。鋼護筒打入河床表面以下，打入深度根據河床土質密實情況而定，使鋼護筒在鉆孔過程中能隨承受一定高度的靜水壓力。

　　3.2 待拔樁與鋼護筒壁

　　在待拔樁與鋼護筒壁距離最大處鉆大直徑孔，孔深超過待拔樁尖以下不少于2?0 m，孔徑不小于80 cm，并使待拔樁側面緊貼孔壁上，以便潛水員從大直徑孔孔口處入水，檢查待拔樁周圍土質剝離情況，固定捆綁千斤繩。在待拔樁周圍，與大直徑孔壁接合處起，連續鉆小直徑孔，小直徑孔深不少于待拔樁長，孔徑20 cm～40 cm，先后孔位應連續，以保證待拔樁與四周土完全分離。

　　3.3 待拔樁側四周孔位連通

　　連通后，進行清孔作業。清孔主要目的是促進待拔樁側土完全剝離，減小拔樁摩阻力。清孔由鉆桿或其它管具送進高壓水，水流出口向著樁側，順序由上向下進行。沉淀在孔底的沉渣隨同泥漿由護筒口流進沉淀池，部分沉積在大直徑孔底。清孔時泥漿濃度控制在1?20 g/cm3，并注意保持護筒內承壓水頭高度，以防清孔過程中坍孔現象的發生。

　　3.4 清孔結束

　　清孔結束，潛水員由大直徑孔內下潛一定深度，檢查樁四周土剝離情況，固定捆綁千斤繩，進行拔樁作業。

　　華東公路2002年第4期2002年第4期唐謙，郝智明，劉洪：影響鉆孔灌注樁施工的老橋基礎處理圖1待拔樁施工示意單位：mm

4. 實施步驟

　　4.1 搭設拔樁工作平臺

　　工作平臺是樁體拔除過程中主要承重體系，本身應有足夠的承載力和穩定性。工作平臺采用打入鋼管樁作基礎，鋼管樁用直徑180 mm，壁厚6 mm鋼管加工制成。鋼管樁沿新橋橋墩中線兩側分雙排布置，每排樁間距1?5 m～2?0 m，排間距1?60 m。近墩身兩排樁間距4?0 m，滿足鉆孔灌注樁和拔樁施工要求。鋼管樁樁頂用槽鋼連成一整體，槽鋼焊接在樁頂上，增加施工平臺整體穩定性。槽鋼頂面縱向布置“工”字鋼，作為荷載分配梁。為滿足鉆孔灌注樁施工需要，整個施工平臺搭成長22?0 m，寬7?50 m，共打入鋼管樁44根，根據河床土質情況計算和經驗估算，施工平臺能承擔豎向荷載約350 t，滿足施工需要。拔樁實施前，用1?0 m×0?55 m×4?40 m立體桁架置于平臺“工”字鋼上，作為承重梁，高度根據施工需要，平面疊放增加。

4.2 埋設鋼護筒

　　鋼護筒采用厚度10 mm鋼板卷制而成，內徑2?0 m，為方便使用，護筒加工成單節長2?0 m，各節之間法蘭連接，最底節底口。鋼板切割成45°坡口，以利護筒夯擊下沉。護筒就位應準確，滿足大小直徑孔鉆孔需要。就位前應用沖抓錐清除待拔樁四周河床混凝土殘塊及其它雜物、淤泥，使待拔樁頂高出護筒內河床面30 cm～50 cm，以利鋼護筒準確就位。就位時，鋼護筒由鉆架吊起，直立拼接下沉，待護筒底口切入河床后，再整體吊起，由潛水員引導護筒準確就位。夯擊下沉過程中應采取措施確保鋼護筒不偏位，就位后最大傾斜度不得大于1%。護筒底口穿過河床表面淤泥，切入較穩定亞粘土層1?5 m～2?0 m，根據經驗能夠滿足鉆孔需要。鋼護筒就位后，用直徑50 cm沖抓錐沿鋼護筒內壁四周抓撈護筒內淤泥層中混凝土殘塊，沖抓錐落距不能太大，控制在2?5 m左右。沖抓過程中，應避開待拔樁，以防造成樁頭混凝土破碎，樁體鋼筋向四周散開，增加水下切割難度。若護筒內淤泥層太厚，沖抓效果不夠理想，應清除護筒內淤泥。

　　4.3 鉆孔剝離待拔樁四周土層

　　護筒就位并固定后，進行鉆機就位和校正。先在樁一側鉆大直徑孔，鉆孔前應有潛水員引導，準確定孔位。大直徑孔壁與待拔樁側面應有不小于5 cm的間隔，避免鉆孔過程中鉆頭碰及樁體，造成斜孔和機械事故發生。為確保護壁效果，泥漿濃度一般控制在1?30 g/cm３～1?40 g/cm3之間，或采用膨潤土造漿護壁。鉆進過程中，應根據具體情況，合理控制鉆孔進度。小直徑孔鉆孔方法，也采取泥漿正循環，成孔直徑30 cm，孔壁距相鄰孔及待拔樁側面應有5 cm左右間距，避免鉆孔過程中鉆頭偏移或碰及混凝土樁身。發生此情況，應移動鉆機偏離相鄰孔位或待拔樁一定距離，再繼續鉆進。每一孔成孔后，即時清除孔內沉渣，清孔采用鉆機自配設備，從鉆桿底端射水，由上至下，鉆桿下移速度0?5 m/min左右。水流盡可能射向待拔樁側，流向與樁側面成45°角向下，防止水流直接沖擊待拔樁側相對孔壁，造成坍孔，影響樁側土剝離效果。四周孔清孔完畢，進行拔樁準備工作。

　　4.4 拔除鋼筋混凝土方樁

　　4.4.1 拔樁要克服的阻力

　　（1）樁側摩阻力，可由公式P＝U?LiIi估算。

　　式中U——為樁的周長，m；

　　Li——為樁側各土層中第i層土層厚度，m；

　　Ii——樁側面土層第i層對樁側極限摩阻力，kPa；

　　P——為極限樁側摩阻力，kN。

　　由于樁側摩阻力與樁側土剝離情況有關系，估算樁側摩阻力，要弄清樁側土層剝離效果。從具體施工中知道，采用樁側鉆孔閉合方法剝離土層，剝離效果一般在50%～60%，且樁體上半部分剝離效果較好，在80%以上，下半部因土質堅硬，并夾有大量結核性物質，造成鉆位偏離，影響剝離效果。

　　（2）待拔樁體及附著土自重，根據樁體截面形狀和長度計算。

　　（3）樁體拔動瞬間，在樁尖及樁側四周形成真空，產生真空引力。這是一個變力，隨著樁體拔動，樁側土被破壞，真空引力減小消失。在具體實施過程中，不計真空引力，根據樁側土層剝離情況，估算待拔樁摩阻力及樁體和附著土重之和約為600 kN～750 kN。所有設備提供的總牽引力不得小于樁側摩阻力和樁體自重之和的1?5倍～2?0倍。

　　4.4.2 拔樁具體步驟

　　(1)在工作平臺上組拼兩排平行的立體桁架梁，桁架梁跨越樁位，間距70 cm，其上布置4 排20 cm×20 cm×220 cm雙層方木，作為拔樁時施工加上拔力的作用點。拔樁采用4套20 t手拉葫蘆和1套牽引力為35 t的滑輪組共同施加。

　　(2)在已剝離土層的方樁上端固定捆綁千斤繩，千斤繩應捆綁牢固，防止上拔樁過程中上脫。同時根據千斤繩的位置和方向固定手拉葫蘆及牽引滑輪組。在每一根受力千斤繩同一平面位置拴一根紅色信號繩，判定拔樁過程中方樁的位移情況。

　　(3)手拉葫蘆施力應均衡。施加總的牽引力達到估算的樁側摩阻力和樁體及附著土自重之和時，停止施力，持荷1?0 h～1?5 h，并注意觀察鋼絲繩及各施力設備的工作情況，此后，牽引力每增加15%，停止并持荷1?0 h～1?5 h，以減小樁尖及樁側產生真空引力影響，直至拔出樁體1?0 m～1?5 m。

5. 結語

　　在老橋原位重建工程，新橋基礎施工常受到老橋原有基礎影響，能否順利處理，是影響新橋施工順利進行的關鍵，其中處理方案合理與否，關系到新橋造價和工期的各方面。阜陽市泉河新大橋在施工中，通過水下爆破，拔樁等措施，成功地解決老橋基礎對新橋樁基礎施工的影響，該方法可供處理同類工程施工問題借鑒。

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