预应力锚固技术及钢管桩在桥台加固中的应用

■王昌标

（福建畅祥公路工程有限公司，三明　365000）

预应力锚固技术及钢管桩在桥台加固中的应用

■王昌标

（福建畅祥公路工程有限公司，三明365000）

结合预应力锚索、锚杆对拉及钢管桩技术在福银高速公路龙德寺大桥右线桥建瓯台病害治理过程中的实际应用，提出相应施工质量控制技术要点，为同类桥梁病害治理提供参考。

预应力锚索锚杆钢管桩桥台加固

0　引言

预应力锚固技术最大特点是尽可能少地扰动被锚固的岩体或土体，并通过锚固措施合理的提高可利用岩体或土体的强度，所以预应力锚固技术是最为高效和经济的加固技术，得到了各行各业的高度重视和迅速发展［1］。钢管桩具有桩径小、桩顶截面单位面积承载力高、施工空间不受限制且简便，同时钢管桩通过高压注浆使水泥浆液横向渗到桩侧土体中，起到加大桩径、固结地基基础、提高地基承载力作用等优点，在地基基础加固方面具有广泛应用。

1　工程概况

龙德寺大桥位于福银高速公路南平连接线段，左线中心桩号BK2919+171，桥梁全长为171.4m，上部结构为5×30m预应力砼连续T梁。右线中心桩号为AK2919+ 068，桥梁全长为144m，其上部结构为4×30m预应力砼连续T梁。下部结构为柱式墩配桩基础，桥台为U型台，扩大基础。在2014年桥梁检测中发现右线桥建瓯台两边侧墙发现3处裂缝，宽度为3mm～20mm，总长9.5m，详见表1；裂缝主要分布在建瓯台侧墙位置，具体见图1～图4。根据JTG H11-2004“重要部件最差的缺损状况评定”方法：该桥取 “桥台及基础”技术状况为最不利值，评定其技术状况等级为三类桥梁。因此需对该桥右线桥建瓯台进行加固处理。

表1　　建瓯台裂缝统计

2　病害分析

出现病害的右线建瓯台为U型桥台，基础为扩大基础，该桥台总高度约15.97m，基础底标高为159.40m，原设计要求基础容许承载力达到350kPa。根据地质补充勘察分析，该桥台补充钻孔孔段位置基础持力层为强风化石英砂岩（容许承载力为350kPa）。因南平市属中亚热带气候，温暖潮湿，四季分明，多年平均降雨量达1663.9mm，雨季为3～6月，约占全年降雨量的70%，强风化石英砂岩裂隙极发育，为极软岩，极破碎，在强降雨条件下，大量地表水沿强风化石英砂岩裂隙大量渗入持力层，导致基础持力层岩体抗压强度降低，从而诱发基础发生不均匀沉降。同时结合右线建瓯台侧墙裂缝病害走向情况以及建瓯台上方伸缩缝发生错位的病害情况，初步判断导致建瓯台出现病害的原因为桥台基础持力层发生不均匀沉降所致。

3　病害处理加固设计方案

针对桥台出现的病害情况，结合地质补充钻探勘察资料等研究分析决定采取以下措施进行加固。

（1）对建瓯台基础的基础持力层不均匀沉降采用钢管桩高压注浆法进行加固补强。沿桥台两侧墙和前墙各布设四排钢管桩进行高压注浆，钢管桩沿纵桥向排距为30cm，沿横桥排距为80cm，内侧第一排钢管桩跟前墙、侧墙为10cm，呈梅花形布置，具体要求钢管桩布置详见图5～图6。所有钢管桩须进入强风化石英砂岩层8m。钢管桩采用外径108mm，内径92mm钢管，钢管四周钻造直径为3～5mm的孔以75mm间距呈梅花形布置，注浆压力为1～1.5MPa。同时钢管桩顶部设置一道宽1.25m高为60cm的钢筋混凝土地梁。

（2）为提高桥台整体稳定性，建瓯台前墙采用框架梁配预应力锚索进行加固，侧墙采用框架梁配锚杆对拉加固。前墙锚索采用6束Φ15.24mm标准强度为1860MPa的高强度低松弛预应力钢绞线制作，设计张拉力为450kN，预应力锚索孔以向下倾斜60°角度进入强风化石英砂岩层至少12m。侧墙锚杆采用直径32mm的精轧螺纹钢进行对拉。具体前墙锚索及侧墙锚杆布置间距及位置详见图7、图8。

4　桥台加固施工工艺及技术要点

4.1桥台钢管桩高压注浆施工工艺及技术控制要点

（1）钢管桩施工工艺流程

平整场地（侧墙锥坡位置搭设钢管架钻孔平台）→钢管焊接制作→测量放样→钻孔机就位钻孔→清孔→注浆机安装→安装下放钢管→安装注浆管→拌制水泥浆→压注水泥浆至上口返浆并补浆二、三次→压顶梁钢筋制作安装→压顶梁混凝土浇筑。

（2）钢管桩施工技术控制要点

①钢管桩钻孔采用干钻成孔。在钻进过程中要求认真做好钻孔记录，如地质、孔深、钻孔倾斜度（斜角钢管桩）、地下水情况等，如遇地质与设计不同时需及时向业主、监理和设计汇报，以便及时做出变更。靠桥台侧墙及前墙的前三排钢管桩均为斜桩，在钻孔过程中要严格监测孔的倾斜度，每钻进5m进行一次检查校正，防止孔位出现偏差。在孔径、孔深等达到设计要求立即安排完成下管和注浆工序，防止塌孔。

②钢管柱注浆。桩孔成孔后须立即安排下管和注浆工序，注浆采用孔底返浆。为提高水泥浆早期强度，水泥浆加入了早强剂，其水灰比为0.48，注浆压力为控制在1～1.5MPa；注浆时水泥浆应均匀上冒，直至灌满，孔口冒出水泥浆，第一次注浆才告结束；注浆管的提升应根据注浆压力变化进行，每次提升高度不超过50cm，直至水泥浆完全从孔口溢出为止；注浆完毕立即拔初次注浆管，每拔2m应进行了补注一次，直至拔出为止。注浆过程应认真做好现场施工注浆记录，每批次注浆均应进行了浆体强度试验，试件不小于两组。

4.2桥台前墙预应力锚索施工工艺及技术控制要点

（1）桥台前墙预应力锚索施工流程

锚索孔定位→搭设钢管脚手架→钻孔→清孔→加工制作锚索→安装锚索→注浆→植筋→框架梁钢筋及模板安装→框架梁混凝土浇筑→锚索张拉→封锚。

（2）桥台前墙预应力锚索施工技术控制要点

①锚索钻孔的孔位、孔深及倾斜度严格按照设计要求进行控制，特别是对桥台前墙的锚索钻孔倾斜度每钻进5m应进行一次检查校正，防止孔位出现斜偏差，保证孔位达到设计要求；由于锚孔倾角大（倾角为60°）且桥台后10m以内均为砂、卵石为主的填料，极易塌孔，因此在该段钻孔采取跟管钻进，同时锚孔钻造深度均应超设计0.5～1.0m。

②为便于墙体框架梁钢筋和模板施工，需要在桥台前墙和侧墙进行钻孔植筋。墙体植筋孔钻造前应先进行框架梁放样，墙体植筋钻孔应保证植筋的孔深、孔径符合要求，孔深不小于15cm，孔径不小于15mm；植筋孔成孔后立即用高压空气进行清孔，注胶前应防止沙石、粉尘等杂物进入孔内；植筋胶灌至孔深3/4处时即可插入钢筋，并将钢筋插到孔底；植筋胶未固结时不得扰动钢筋。

③预应力锚索张拉施工必须在地梁混凝土强度达到设计要求75%后才能张拉，张拉液压千斤顶和压力表必须经过有资质的第三方检验，并提供检定证书才可使用。为有效确保张拉施工质量，实行张拉双控技术，即通过张拉力以及锚索伸长值共同控制锚索张拉施工，采取以张拉油表读数为主，伸长值辅助张拉。锚索正式张拉前，应取设计张拉荷载的10%～20%进行预张拉，以使各部位接触紧密、钢绞线顺直。锚索的预应力在补足差异后分5级施加，即设计荷载的25%、50%、75%、100%、110%，每级荷载加载后，稳定持荷时间不小于10min。

张拉完成后及时进行补注浆和封锚。

4.3桥台侧墙锚杆施工工艺及技术控制要点

（1）桥台侧墙锚杆施工工艺流程

搭设钢管脚手架平台→锚孔定位→钻孔机就位→钻孔（同时加工制作锚杆）→清孔→安装锚杆→注浆→墙体钻孔植筋→框架梁钢筋及模板制作安装→框架梁混凝土浇筑→补注浆→锚杆索定→封锚。

（2）桥台侧墙锚杆施工技术控制要点

①桥台侧墙钻孔采用干钻成孔严禁用水钻，钻孔时钻机固定要牢固、晃动量要少，钻进过程中要稳定。钻孔时要控制好孔位、孔轴线走向和倾角，为保证孔位走向正确，每钻进3m左右要进行检查校正一次，防止孔位出现偏差。

②锚杆采用精轧螺纹钢下料应采用砂轮切割机切割，严禁使用电焊切割；精轧螺纹钢连接采用YGL型专用连接器进行连接，在连接螺纹处需涂抹环氧树脂防止接长钢筋与连接器在施工中可能松动；为保证锚杆处于孔道正中，在锚杆上每隔1.5m左右设置一道对中器。

5　工程质量评述

桥台钢管桩基础注浆，注浆压力符合设计要求，压顶梁混凝土强度达到设计要求、压顶梁尺寸符合要求、表面平整、质量良好。

桥台前墙预应力锚索经现场抗拔力试验，根据规范要求锚索抗拔力试验数量为总数的5%且不小于3根，在对前墙的3根锚索进行抗拔试验力均符合设计要求。桥台前墙及侧墙框架梁混凝土强度满足设计要求、框架梁尺寸符合要求、表面平整。

6　结语

本项目在施工期间，对桥台进行沉降、裂缝观测，从观测结果来看，施工期间桥台的沉降没有明显变化，桥台侧墙裂缝在前墙锚索张拉和侧墙锚杆对拉后没有继续发展。该项目于2015年7月完工后，安排巡查人员定期对桥台进行监测，病害没有继续发展，桥台运行状况良好。由此可见该桥的桥台加固设计方案可行、施工质量能够满足设计要求，达到预期效果。

综上所述，通过钢管桩高压注浆提高基底承载力、预应力锚索加固前墙及锚杆对拉加固侧墙来提高桥台整体稳定性的综合治理方案，施工工艺简单易行，施工机具设备小型化、所占空间小，是一种经济实用、合理有效的桥台加固方法。

［1］赵长海．预应力锚固技术．北京：中国水利水电出版社，2001.

［2］福建省交通规划设计院．长深高速公路（南平段）龙德寺大桥加固工程施工图设计.

［3］方立人．预应力锚索在圬工桥台加固中的应用．山西建筑，2012（6）：228-229．