浅谈高速公路桥梁墩台加固技术的应用

俞锡红　（安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230051）



浅谈高速公路桥梁墩台加固技术的应用

俞锡红（安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230051）

由于上个世纪90年代建造的桥梁，设计不规范、建设标准低，随着高速公路交通流量的不断增加，负荷加重，特别是处于水中的桥墩，冲刷严重，已影响桥墩基础的使用安全。为了消除安全隐患，提升桥梁应有的使用功能，必须进行加固处理。以G50沪渝高速安徽段太湖大桥桥墩加固工程为实例，介绍桥墩加固技术的施工工艺、施工方法及控制要点。

桥墩加固；技术；应用

0　引言

危桥形成的主要原因：设计荷载标准低、运营时间长、缺乏有效养护。随着当前经济建设步伐的加快，车辆量、载重量都急剧增加，导致部分桥梁不堪重负，成为危桥，特别是处于水中的桥梁下部结构部分包括桥墩、承台、桩基等，由于水下检测手段、方法的薄弱，往往很容易被忽视，造成桥梁的技术状况急剧下降，严重影响桥梁的结构安全。鉴于当前现状，将这些带病工作的桥梁全部拆除重建，既不可能，也无必要，为此必须及时对这些危桥进行加固改造。

1　项目概况

①沪渝高速高界段太湖大桥位于太湖县境内，桥梁中心桩号K639+207，于1999年建成并投入运营。该桥上部结构为31-30m预应力混凝土T梁，下部结构为双柱式桥墩，下接承台接双排摩擦桩基础，桩长为15m。

②该桥在2006年底就已发现桥墩底部出现较大冲刷，并在2007年～2011年5年间陆续对20～27号桥墩基础进行了加固处理，并对附近河道也进行了局部整治。2015年3月，在日常巡查中发现，受水流冲刷的影响，21～22号墩墩间的原有加固和护砌设施被冲毁，基础外露较为严重，已影响到了桥墩基础的使用安全。

③加固方案是：每个桥墩新增桩基4根：直径1.5m共32根，20～24#桩基长24m、25～27#墩桩基长27m；承台加固：左右幅承台加固连成整体，16个承台加固变成8个承台；原直径1.2m老桩基加钢护筒防护；河道进行上下游100m抛石防护，两侧河堤采用30cm厚C20混凝土防护。

图1　加固前的桥梁图片

图2　加固后的桥梁图片

2　主要施工工艺、施工方案、方法与技术措施

2.1总体施工工艺（图3）

2.2施工期间监控

2.2.1承台沉降监控

在每个承台上布置4个标高测试点，观测桩基施工过程中承台的沉降情况。判断承台在施工过程中是否存在非正常的沉降。标高测量采用水准仪进行，在需加固施工的承台边缘处选取2个点作为测点并标记，测量初始标高并做好记录。在施工期间每天对承台进行一次标高测量，监控承台沉降是否在许可范围以内。

测量结果处理：通过每日测量参数与原始参数对比，判断承台的沉降变化。如变化值超出预警值，加强观察。如标高变化值超出限值，及时通知监理，上报业主。

图3　总体施工工艺流程框图

2.2.2桥墩位移监控

主要测量在施工过程中原桥墩柱的偏位情况，避免原桥墩柱在加固施工过程中产生过大的轴线偏位。采用高精度全站仪和配套棱镜进行施工监测，测点（植入小棱镜）布置在需进行加固的每墩墩柱上，选取测量的站点及后视点进行第一次测量并记录初始数据。在施工开始后，每天对所布置的测点进行一次测量，尽量保证每天测时候温度一致，在第一根桩基打设和承台混凝浇筑时加强观测（除高程测点外）。

测量结果处理：通过每日测量参数与原始参数对比，判断承台的沉降变化。如变化值超出预警值，加强观察。如标高变化值超出限值，及时通知监理，上报业主。

2.3新增钻孔灌注桩施工

新增钻孔灌注桩施工，对20～27号桥墩桩基进行加桩处理，增加的桩基采用钢护筒保护，护筒表面在使用期间应做好防锈工作。其中20～27号桥墩加桩共32根，加固桩桩基直径1.5m，加固桩桩长有2种，一种为24m，另一种为27m。

2.3.1泥浆制备及泥浆循环

钻孔泥浆采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。搅拌好的新浆必须放置24h后，检查各项指标合格方可投入使用，各阶段泥浆性能指标见表1。

各阶段泥浆性能指标要求　表1

2.3.2钻孔施工

2.3.2.1钻进成孔

钻孔桩钻进成孔分成两个阶段进行：护筒内的钻进阶段、护筒外的钻进阶段。

①护筒内钻进阶段

钻机就位后先进行护筒内的钻进，由于有护筒的防护，当护筒内泥浆的各项技术指标符合要求后开始钻进。钻进至护筒底口以上1.0m时，置换孔内泥浆，当孔内泥浆指标符合要求后，慢速减压钻进。

②护筒外钻进阶段

护筒口附近钻进是钻孔过程中一个重要的地段，由于护筒在沉放中护筒底口的附近地层已受到震动，只有当护筒内泥浆的各项技术指标符合要求后，才能开始正式进尺。在护筒底口附近慢速钻进，形成稳定孔壁，每小时进尺控制在0.5～0.8m左右，在钻头出护筒3～5m后恢复正常钻进。根据不同土层的特点，在出护筒后地层内，钻进主要采用优质泥浆护壁、泥浆循环、减压正循环钻进的施工工艺，在钻孔过程中及时调整护壁泥浆指标和钻进速度。

钻孔作业分班连续进行，并填写钻孔施工记录，交接班时必须交待钻进情况及下一班注意事项。钻进中应经常注意地层变化并在地层变化处捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对，以验证桩基设计标准和判别终孔。

2.3.2.2清孔

终孔后及时进行清孔。清孔时将钻具提离孔底约15cm左右，缓慢旋转钻头，通过气举吸出孔底钻渣同时流入稀释泥浆进行泥浆调整，通过反复循环使清孔的泥浆性能指标达到清孔泥浆指标。经监理工程师验收合格后，及时停机拆除钻杆、移走钻机，进行孔深、孔径、倾斜度及孔底沉渣的检测和验收。

2.3.2.3钢筋笼制作与安装

钢筋笼采取在后场分节同槽长线台座法加工制作，通过汽车运至现场，在钻孔完成验收合格后，用吊车分节吊入桩孔并进行接长和下沉。单节钢筋笼长度为不大于6m。主筋采用机械连接的方式连接，在连接中心至长度35d且不小于1m的区段内，同一根钢筋不得有两个接头；在该区段内受力钢筋接头不应超过主筋50%。

在下放过程中，割除钢筋笼内的各种支撑，在每节钢筋笼最上端的支撑暂不割除，在下节钢筋连接完成后，再行割除。用型钢将钢筋笼固定在护筒上，以承受钢筋笼自重和防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮，固定后应确保钢筋骨架与孔中心线基本吻合，不会发生倾斜和移动。

2.3.2.4二次清孔

混凝土导管下放完毕后，若经检测孔底有沉渣时，用导管作吸泥器进行二次清孔，直至孔底沉渣厚度满足设计要求。

清孔时应及时向护筒内补充优质泥浆，确保护筒内水头，并及时进行分层取样，清孔结束经监理工程师现场检验合格后，立即拆除吸泥弯头，开始浇注水下混凝土。

2.3.2.5水下混凝土灌注

单根钻孔桩的混凝土最大方量为55m3左右，预计2.5h左右浇注完成。混凝土商品搅拌站拌制，混凝土运输车运至施工现场，通过天泵或自卸将混凝土泵送至平台集料料斗内，料斗门放料，经流导管进行灌注。

混凝土封底灌注采用隔水栓（15cm厚泡沫板制作）拨球法，即在集料斗底部导管的顶口安装泡沫隔水栓，再用塞子（塞子下面用螺栓上一块隔水胶皮）封住导管口。当集料斗内混凝土方量达到4m3（经计算，首批混凝土的灌注量为4m3）后，开启集料斗料门通过导管下落，同时保持集料斗的储料不间断地通过导管灌注至水下，从而完成首批混凝土的灌注。封底成功后，随即转入正常灌注阶段。混凝土经泵送，不断地通过集料斗及导管灌注至水下，直至完成整根桩的浇筑。正常灌注阶段导管埋深控制在4～6m，且每7～15min测量一次混凝土面标高，测点为2个，当测点出现较大的高差时，应及时调整导管埋深，同时混凝土在护筒刃脚以下时须保持护筒内泥浆面高于水位1.5m。当桩基混凝土灌注至护筒底口时，注意匀速浇注。当混凝土灌注临近结束时，核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的高度是否准确，及时拆除灌注导管。

2.3.2.6桩基质量检测

①孔径检测

孔径检测采用笼式井径器入孔检测，笼式井径器用Ǿ10和Ф 20钢筋制作，外径小于钻孔设计孔径2～3cm，长度等于孔径的4～6倍。检测时，将井径器吊起，使笼的中心、孔的中心与起吊钢丝绳保持一致，放入孔中，上下通畅无阻表明孔径符合要求。

②孔深和孔底沉渣检测

钻孔桩孔深和孔底沉渣采用测绳对钻孔桩成孔质量进行综合指标检测。

③桩孔竖直度检测

采用钻杆测斜法，施工中将钻杆放入孔内到底，在孔口处的钻杆上装一个与孔径或护筒内径一致的导向环，使钻杆保持在桩孔中心线位置上，将带有扶正圈的钻孔测斜仪下入钻杆内，分点测斜，并描点绘图。

④桩基检测

采用超声波检测法，检测混凝土灌注桩的完整性。委托有资质的检测机构进行检测，事先上报监理和业主，经同意后实施。

2.4原桩基加固施工主要方法

2.4.1原有桩基附近河床开挖

施工前对原有桩基附近进行开挖或回填至上下游河床面以下50cm，开挖宽度为距离原有桩基1.2m。开挖完成之后采用河沙进行回填30cm。

2.4.2搭设小圆钢围堰

小圆钢围堰直径为3.2m，小圆钢围堰采用吊车放至承台下方，然后用5t葫芦将其吊起，安装密封橡胶条和螺栓，然后再整体下放。

2.4.3封底混凝土浇筑

采用导管进行浇筑小钢圆围堰封底混凝土浇筑，封底混凝土采用C30水下混凝土，混凝土浇筑3d抽水后方可进行旧桩加固施工。

2.4.4原桩基表面凿毛处理

为加强新、旧混凝土的结合，按设计施工图要求，对原构件混凝土表面凿毛处理。

2.4.5植筋施工

植筋待新老混凝土结合面凿毛完成并已通过验收后方可开始施工。

在钢筋加工场将材料按照图纸尺寸下料，钻孔深度符合设计图纸要求的锚固长度。

①植筋标识

根据设计图纸确定每一根植筋位置并进行放样标识，钻孔前采用探测仪避开原结构钢筋。

②植筋施工

a.清理原结构修正基材表面松动杂物，混凝土表面温度及湿度达到胶体的要求。

b.在种植钢筋的位置用冲击钻进行钻孔，钻孔时孔深与埋置深度相同，孔径比螺杆或钢筋大2～4mm；按达到设计的深度后，用毛刷和压缩空气清除孔内浮尘。为防止钻孔碰到预应力钢筋波纹管普通钢筋，钻孔时边钻边查看，如碰到钢筋，将该钻孔及随后钻孔位置适当偏移避开，以利施工和避免结构损伤。偏移量以与设计钻孔位置距离不大于5cm控制。

c.清孔完毕后，开始植筋。

2.4.6钢筋制安

事先在钢筋加工场地按照设计图纸钢筋尺寸进行钢筋加工，然后运到现场进行绑扎焊接的方法进行钢筋制安。

2.4.7原混凝土表面清洁

除去老混凝土表面松散物和浮尘，露出坚实层，然后用高压水冲洗干净。浇筑新混凝土前，老混凝土表面必须保持干饱和状态。

2.4.8模板制安

原桩基加固模板采用半圆钢模拼装完成，根据加固施工结构尺寸制作定型钢模板，并编号，以便模板安装。通过螺栓将钢模板固定。

2.4.9混凝土浇注及养生

根据设计要求，原桩基加固施工采用C30水下混凝土。

为保证混凝土浇筑施工顺利进行，混凝土施工前预先进行混凝土配合比，强度及弹性模量试验，并注意实验养生条件与实际的差异。

原桩基加固混凝土采用商品混凝土，浇筑前和商混站沟通混凝土供应方案，保证浇筑时混凝土供应。

原桩基加固混凝土浇筑采用自卸或天泵送入仓，混凝土振捣采用Ф50mm的插入式振动棒人工振捣，振捣采用梅花形布点，振捣要求充分密实，直至表面不再泛浆下沉为止，混凝土浇筑设计标高。

混凝土浇筑时现场随机取样做试件，每次浇筑做4组试件，2组现场养护，测7d抗压强度，2组试验室标准养护，测28d抗压强度。

混凝土养生采用覆盖麻袋洒水养护，养护期不少于7d。

2.5承台施工方法及步骤

2.5.1桩基检测、桩头凿除

桩头凿除前进行桩基声测管检测。施工人员用空压机配合风镐凿除桩头混凝土。待凿至承台标高，用水将桩头清洗干净。凿除的混凝土块集中运至后场处理。

2.5.2旧有承台底部开挖或回填

采用挖机在旧有承台底部进行开挖或回填，开挖或回填至地面距离旧有承台底部略2m即可。

2.5.3旧有承台底部凿毛、植筋

对原承台表面进行凿毛，凿毛最小凹凸差不小于6mm。采用植筋加强承台与新增承台连接，植筋选用Ф 20钢筋，植筋孔径分别为25mm，植筋深度满足设计施工图要求。待植筋胶强度达到标准后，再绑扎承台钢筋。

2.5.4旧有承台底部钢筋制作安装

按照图纸进行钢筋绑扎，并严格做好原材料抽检和焊接试验。钢筋接头按规范要求错开。一个断面接头数不能超过50%。钢筋应伸出旧有承台底部，有与其余施工区域钢筋由足够的搭接长度。

2.5.5旧有承台下方回填

旧有承台底部钢筋绑扎完成后即将原来挖出来的土石回填，回填至距离新承台50cm即可，回填过程应当分层填筑，分层压实。

再用碎石土渣往上回填30cm，并进行压实，保证表面基本平整。

2.5.6承台垫层铺设

其余加固区域如地面较低也需按照同样的施工方法进行回填，待全部施工区域均回填整平之后在其上方浇筑一层C30垫层混凝土做为底模，浇筑的垫层应足够平整。垫层混凝土可站人即可进行其它区域凿毛、钻孔植筋工作。

2.5.7旧有承台下方混凝土浇筑

在垫层混凝土强度达到能站人且无脚印即可进行承台下方混凝土浇筑。模板采用木模板，立在距离原有承台20cm位置，浇筑过程中应将振捣棒触及每个角落。浇筑应保证混凝土饱满并及时进行养护。

2.5.8承台支撑体系安装

在浇筑混凝土时，为保证桥梁安全，按图纸要求安装承台支撑体系。

2.5.9其余区域凿毛及植筋

其余凿除及植筋工艺与旧有承台底加厚相同。

2.5.10钢筋制作安装

按照图纸进行钢筋绑扎，并严格做好原材料抽检和焊接试验。钢筋接头按规范要求错开。一个断面接头数不能超过50%。钢筋保护层采用梅花型混凝土垫块，布置按长度方向1m一道，高度方向50cm一道。该部位制安应与承台下部分加厚的钢筋进行搭接。

2.5.11模板安装

① 模板使用之前应清理浮锈等杂物，再涂刷脱模剂，脱模剂选用优质无污染脱模剂。

② 用吊车配合人工安装承台模板。

③ 在横向背楞上安装Ф16的对拉杆。

④ 调整模板平面尺寸，测量验收，模板拼缝处粘贴厚3mm橡胶带，为避免混凝土浇筑时发生模板偏位，在横向背楞下端用方木对模板限位。

⑤ 在外边长侧模段端部底部开设10×10cm活板孔，用于排除承台模板内积水及冲洗模板杂物出口。

⑥ 拉杆在原桩基处和较长位置用Ф16光圆钢筋与承台主筋焊接固定。侧模整体固定采用A48×3.5mm钢管沿侧模四周扣件搭接，高度方向1m一道。并在钢板四周采用木方进行支撑。

2.5.12混凝土浇筑

承台混凝土的浇筑采用自卸或泵车泵送入模，采用插入式Ф 50振捣器，振捣顺序从侧模5～10cm处先外后内，振捣点呈“梅花”状，移棒间距不超过振捣棒作用半径的1.5倍，并遵循“快插慢拔，先外后内”的原则，另外，浇筑时设专人检查模板及钢筋，如发现松动及时加固。

浇筑顺序采取两侧对称浇筑。混凝土浇注完毕后初凝前采用二次赶压抹光，控制表面收缩裂纹，减少水分蒸发，改善养护。

2.5.13混凝土养护

在混凝土初凝之后，应及时安排专人对混凝土进行养护，未拆模时应对模板外侧进行浇水，并在顶层覆盖土工布，拆模后用薄膜保湿或者浇水养护，养护时间不得少于7d。

3　结束语

通过沪渝高速安徽段太湖大桥桥墩加固施工的工程实践，期望高速公路经营主体高度重视高速公路跨河桥梁的现状调查，在充分收集原始资料的基础上，有针对性地提出加固方案，以恢复桥梁各部件使用功能，提升桥梁整体的技术状况，确保高速公路营运桥梁的结构使用安全。

U445.55+9

B

1007-7359(2016)03-0194-05

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.071