橋墩糾偏及加固技術(shù)研究——以三淅高速柳家凹大橋?yàn)槔?/h1>

2015-11-18 03:45:58付魁

赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版訂閱 2015年7期 收藏

關(guān)鍵詞：樁基

付魁

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司三淅項(xiàng)目部，河南鄭州 450046；華東交通大學(xué)土木工程學(xué)院，江西南昌 330013）

橋墩糾偏及加固技術(shù)研究
——以三淅高速柳家凹大橋?yàn)槔?/p>

付魁

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司三淅項(xiàng)目部，河南鄭州 450046；華東交通大學(xué)土木工程學(xué)院，江西南昌 330013）

在河南省三淅高速建設(shè)過(guò)程中，由于西凹滑坡導(dǎo)致了柳家凹大橋0#～13#橋墩發(fā)生立柱偏位，嚴(yán)重影響到了大橋的正常施工和將來(lái)的運(yùn)營(yíng)安全.為了消除隱患，實(shí)現(xiàn)三淅高速公路年底通車(chē)的目標(biāo)，本文在深入分析柳家凹大橋立柱偏位產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，確定并實(shí)施了滑坡治理和橋墩糾偏的處治方案，取得了預(yù)期效果.實(shí)踐證明，本工程實(shí)施的立柱糾偏方法是成功可行的，對(duì)同類(lèi)工程問(wèn)題具有參考借鑒意義.

橋墩；糾偏，；加固；技術(shù)

在河南省三淅高速建設(shè)過(guò)程中，橋家凹大橋的立柱突發(fā)偏位，其中0#臺(tái)偏位最大達(dá)60cm，嚴(yán)重影響了大橋的正常施工和將來(lái)的運(yùn)營(yíng)安全.由于事發(fā)突然，且工期緊張，參建方處理意見(jiàn)不統(tǒng)一，一時(shí)之間無(wú)法形成一個(gè)可靠的方案來(lái)解決問(wèn)題，橋梁下部結(jié)構(gòu)和25m箱梁預(yù)制等均處于停工狀態(tài).為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠和三淅高速公路年底通車(chē)的目標(biāo)，弘盧公司多次邀請(qǐng)并組織設(shè)計(jì)院多方面專(zhuān)家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地察看，在做了詳細(xì)的地質(zhì)勘察、監(jiān)測(cè)等前期工作后，確定橋墩位移是由于西凹滑坡引起.本文論述了解決柳家凹大橋立柱偏位問(wèn)題的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，供同行學(xué)者交流討論.

1 工程概況

圖1 原設(shè)計(jì)柳家凹大橋橋墩構(gòu)造圖

柳家凹大橋是河南省三門(mén)峽至淅川高速公路（靈寶-盧氏段）TJ11合同段內(nèi)的一座分離大橋，左線(xiàn)橋起訖樁號(hào)ZK72+987～ZK73+368，全長(zhǎng)381m,右線(xiàn)橋起訖樁號(hào)YK72+992～YK73+348,全長(zhǎng)356m，上部結(jié)構(gòu)為25m箱梁先簡(jiǎn)支后連續(xù).下部結(jié)構(gòu)為獨(dú)樁獨(dú)柱式橋墩.樁基直徑φ160cm，立柱φ140cm，橋墩橫向布置2根樁柱，具體構(gòu)造如圖1所示.

2 橋墩偏移情況

2011年6月柳家凹大橋橋下部工程完成后，全部經(jīng)過(guò)了中間驗(yàn)收，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求.2011年7月7日，項(xiàng)目部準(zhǔn)備進(jìn)行箱梁架設(shè)，對(duì)墊石中心放樣時(shí)發(fā)現(xiàn)0#～3#墩頂中心產(chǎn)生不同程度的偏位.當(dāng)時(shí)懷疑橋墩偏位是否受K72+250～K72+800段滑坡影響（本標(biāo)段另一個(gè)滑坡）.設(shè)計(jì)院專(zhuān)家根據(jù)近一個(gè)月的監(jiān)測(cè)和對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行了補(bǔ)充勘察，確定此橋位處于西凹滑坡帶上.得此情況后，項(xiàng)目部立即組織測(cè)量人員對(duì)該橋其它橋墩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)4#～13#墩也有偏位，且0#～13#橋墩的偏移方向一致，均為沿線(xiàn)路前進(jìn)偏左（東南）方向呈20～30度角.根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，橋墩仍處于持續(xù)變形階段，受雨水影響較大，最大著位移變化達(dá)到6mm/d，詳見(jiàn)變形觀(guān)察記錄表1.

3 滑坡成因分析

西凹滑坡橋臺(tái)及橋墩變形機(jī)理如下：

（1）填方后堵塞了原沖溝，雨水后在填方路基右側(cè)產(chǎn)生一匯水區(qū)，匯水區(qū)長(zhǎng)期存在，使得填土邊坡坡腳處土體被長(zhǎng)期浸泡，原本處于平衡狀態(tài)的斜坡被破壞；

（2）部分地表水漫流至1～3號(hào)墩，長(zhǎng)期浸泡軟化樁基土體，其下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖和礫巖，泥質(zhì)粉砂巖遇水易軟化，成半土狀，而礫巖遇水易松散;

表1 柳家凹大橋墩臺(tái)位移觀(guān)測(cè)記錄表

（3）黃土及礫巖為透水層，滑帶土體被浸泡軟化，抗剪強(qiáng)度下降，滑體重量增大，從而使整個(gè)橋臺(tái)右側(cè)邊坡出現(xiàn)加速蠕滑現(xiàn)象.9月20日進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查出現(xiàn)多條貫通裂縫，滑體表面出現(xiàn)多處錯(cuò)臺(tái)和拉裂縫.滑體兩側(cè)出現(xiàn)明顯的剪切裂縫.9月20日后，盧氏縣降雨較多，使個(gè)滑體持續(xù)保持蠕動(dòng)狀態(tài).

綜上所述，西凹滑坡是由于泥質(zhì)粉砂巖具有不透水性，造成兩種巖層的接觸帶處形成積水現(xiàn)象，泥質(zhì)粉砂巖浸水后巖體強(qiáng)度較低等內(nèi)因作用，以及在長(zhǎng)期降雨、坡面積水以及填土加載等外因綜合作用下形成的結(jié)果.

4 橋墩糾偏治理方案

由于該橋位于滑坡地段，性質(zhì)復(fù)雜，外擾因素多，對(duì)滑坡的認(rèn)識(shí)只依據(jù)鉆孔及調(diào)查資料是很難準(zhǔn)確把握，所以只有隨工程實(shí)施過(guò)程所揭露的地質(zhì)情況及深孔位移、地表位移檢測(cè)情況做進(jìn)一步的分析和認(rèn)識(shí)，因此對(duì)于柳家凹大橋橋墩糾偏冶理工程進(jìn)行分期實(shí)施是必要的.

4.1 0#～3#橋墩的糾偏方案及施工順序

為了確保橋墩上部結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)中的正常使用，以及三淅高速公路運(yùn)營(yíng)的安全，防止因滑動(dòng)帶活動(dòng)使橋墩再次產(chǎn)生偏斜.在考慮了橋位處滑動(dòng)帶的巖土工程性質(zhì)，及0#～3#橋墩的偏移量等因素并結(jié)合理論計(jì)算分析，拆除左線(xiàn)0～3號(hào)、右線(xiàn)0～2號(hào)墩立柱，在原址重新施作樁基和立柱，因此不需要進(jìn)行糾偏，只需要按滑坡冶理即可.樁基直徑變更為180cm，立柱直徑160cm，蓋梁長(zhǎng)為141.6cm，跨距不變,如圖2所示.具體施工順序如下：

圖2 變更后柳家凹大橋橋墩構(gòu)造圖

第一步：清方減載、反壓回填.挖除0#臺(tái)右側(cè)滑體上部部分松散堆積體，放緩邊坡坡率，堆放在0#左側(cè)滑坡前緣沖溝內(nèi)，進(jìn)行填土反壓，提高滑坡體穩(wěn)定性.反壓時(shí)，必須做好地下排水工程，填筑體不能堵塞原有地下水出口，必要時(shí)要增加盲溝等排水設(shè)施，避免抬高滑體的地下水位.

第二步：排水.治理滑坡首先著眼于對(duì)水的處理，特別是作用于滑動(dòng)面的水.在大橋0#臺(tái)右側(cè)滑坡體周邊設(shè)置環(huán)狀截水溝，及在滑坡體內(nèi)設(shè)置樹(shù)狀排水溝，對(duì)已有的裂縫進(jìn)行填充碾壓夯實(shí)，以攔截流經(jīng)滑坡的地表水，以避免地表水下滲，增大滑體重量，軟化滑動(dòng)帶，降低其強(qiáng)度.

第三步：設(shè)置抗滑樁.分別在柳家凹大橋0#～3#臺(tái)左右兩側(cè)順橋向布設(shè)了20根4m*3.5m的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁（見(jiàn)圖3西凹滑坡防治設(shè)計(jì)平面圖），水平間距5米，樁長(zhǎng)40米，人工挖樁成孔.在距樁頂0.75m和1.5m處各設(shè)一道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索采用4Φ15.2mm的1*7鋼絞線(xiàn)，錨索孔徑Φ15cm，第1道錨索長(zhǎng)度L=50m，下傾角20度，第二道錨索長(zhǎng)度L=42m，下傾角30度.錨索錨固長(zhǎng)度均為10m，每道錨索設(shè)計(jì)荷載為450KN.在挖抗滑樁之前，先在樁孔下方設(shè)一排Φ100cm降水井，降水成孔采用旋挖機(jī)械成孔，孔深大于樁底深5米，孔內(nèi)采用預(yù)制無(wú)砂混凝土井管進(jìn)行排水，井管周?chē)靥钌奥咽?抗滑樁要在減載反壓提高滑坡體的穩(wěn)定性之后在施工，避免出現(xiàn)安全隱患.

圖3 西凹滑坡防治設(shè)計(jì)平面圖

第四步：滑坡觀(guān)測(cè).在預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁完工之后，在每根樁頂建立位移觀(guān)測(cè)點(diǎn)，觀(guān)測(cè)其一個(gè)月的數(shù)據(jù)，確定滑坡體基本趨于穩(wěn)定后.然后在施工左線(xiàn)0～3號(hào)和右線(xiàn)0～2號(hào)墩的樁基、立柱和蓋梁.

4.2 4#～11#橋墩的糾偏方案

根據(jù)《柳家凹大橋墩臺(tái)位移觀(guān)測(cè)記錄表》表中數(shù)據(jù)分析來(lái)看，4#～11#橋墩的變形已滿(mǎn)足規(guī)范要求，只有在連續(xù)降雨后一段時(shí)間后橋墩位移量才變大,說(shuō)明線(xiàn)路右側(cè)山坡是趨于穩(wěn)定狀態(tài).介于此情況，經(jīng)設(shè)計(jì)專(zhuān)家討論分析后，接下來(lái)只需對(duì)4#～11#橋墩進(jìn)行加固，防止橋墩繼續(xù)變形，具體加固措施是：

（1）平整橋基和橋基右側(cè)附近自然沖溝，使沖溝坡度不小于5%，以保證橋基附近不出現(xiàn)坡面積水現(xiàn)象.

（2）在線(xiàn)路左側(cè)增設(shè)一排預(yù)應(yīng)力抗滑樁進(jìn)行加固.共增設(shè)34根，樁截面尺寸為1.75*2.5m，水平間距5米，樁長(zhǎng)24米.在距樁頂0.75m和1.5m處向設(shè)一道預(yù)應(yīng)力錨索（見(jiàn)圖44#～13#橋墩加固示意圖），錨索采用4Φ15.2mm的1*7鋼絞線(xiàn)，錨索孔徑Φ15cm，第1道錨索長(zhǎng)度L=35m，下傾角20度，第二道錨索長(zhǎng)度L=30m，下傾角30度，每道錨索設(shè)計(jì)荷載為450KN.

圖44 #～13#橋墩加固示意圖

4.3 12#～13#橋墩的糾偏方案

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，12#～13#橋墩同屬于ZK73+277～ZK73+345段滑坡.由于線(xiàn)路右側(cè)原沖溝處有約15.5m厚的軟土層，而西凹隧道開(kāi)挖的棄碴直接傾倒在橋墩旁邊，在填土荷載作用下，軟土地基必然產(chǎn)生擠壓和沉降現(xiàn)象，再加上填土層透水性強(qiáng)，當(dāng)出現(xiàn)降雨、積水時(shí)，填土荷載增加，由于水滲透作用，使土體出現(xiàn)蠕滑變形，最終導(dǎo)致橋墩出現(xiàn)位移.根據(jù)以上分析橋墩偏移原因，提出12#～13#橋墩偏位的治理同滑坡共同進(jìn)行，主要采用削坡減載、坡面截排水、填土反壓等措施，具體施工順序如下：

（1）清除線(xiàn)路上自然沖溝內(nèi)增加的隧道棄碴，恢復(fù)原有沖溝地形，以降低填土固結(jié)沉降變形，消除不均衡水平土壓力，消除立柱的彈性變形.經(jīng)實(shí)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)棄碴清除后立柱立即回位了1.2cm，事實(shí)證明隧道棄碴也是產(chǎn)生立柱偏位的原因之一.

（2）沿滑體周界外5m設(shè)置環(huán)滑體截水溝，在滑坡設(shè)置一道坡面截水溝，平整橋基右側(cè)附近自然沖溝，使沖溝坡度不小于5%，以保證橋基附近不出現(xiàn)坡面積水現(xiàn)象.

（3）分別在12#和13#橋墩周?chē)_(kāi)挖斷面直徑為250cm的圓形探坑，開(kāi)挖為深度15m（見(jiàn)圖5）.開(kāi)挖后未發(fā)現(xiàn)樁基周有明顯的裂縫、剃切等破壞.

圖512 #～13#墩糾偏示意圖

（4）開(kāi)挖出的土方量堆載到橋的另一側(cè)，進(jìn)行填筑反壓.

（5）開(kāi)挖反壓后，在墩頂建立觀(guān)測(cè)點(diǎn)，每天分析立柱位移和垂直度的變形數(shù)據(jù).

（6）待樁基復(fù)位至規(guī)范允許的5cm范圍之內(nèi)，對(duì)開(kāi)挖基樁進(jìn)行回填夯實(shí)，再對(duì)樁體基周?chē)馏w進(jìn)行注漿加固措施，以預(yù)防糾偏后的再次偏位.

5 結(jié)語(yǔ)

糾偏和加固處治的目的是使橋墩的變形控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，且保證處治后的橋墩仍然滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載力要求.本文通過(guò)對(duì)柳家凹大橋0#～13#橋墩采取糾偏及加固措施后，經(jīng)設(shè)計(jì)院進(jìn)行全面檢測(cè)，其變形滿(mǎn)足規(guī)范要求，且樁基和立柱均未發(fā)現(xiàn)裂紋，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的效果.可以說(shuō)本工程實(shí)施的立柱糾偏方法是成功可行的，特別針對(duì)發(fā)生在棄土堆、山坡洼地和不良地質(zhì)帶等環(huán)境下的立柱偏位問(wèn)題具有較強(qiáng)的適用性，且糾偏效果能夠得到保證.

〔1〕張?zhí)烀?橋墩病害處治方法探索［J］.公路交通技術(shù)，2008（1）.

〔2〕吳徐華，袁述林，鄧爽.橋墩立柱偏位分析與糾偏處治［J］.公路工程，2013（1）.

〔3〕中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.三門(mén)峽至淅川高速公路靈寶至盧氏段K73+100～K+ 73+430段滑坡防治施工圖.2012.10.

U445.72

A

1673-260X（2015）04-0054-03

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