在建高架桥墩柱病害的处治施工技术

李永龙

(中国铁建港航局集团有限公司第一工程分公司 广东广州 511442)

1 工程概况

某在建高速公路2＃高架桥位于分离式路基段，上部构造桥跨为(3×30＋4×30＋4×30＋3×30)m的预应力混凝土30 m T梁，下部构造采用柱式墩、钻孔灌注桩基础。

其中3＃墩位于山体坡脚上，由于该地区多次普降暴雨，使该桥2～4＃墩右侧山体边坡多次出现滑塌，滑塌土体直接堆积在左幅3＃墩附近，堆积土最厚时达13.5 m，在长时间的堆积土偏压下造成3＃墩左幅墩柱产生了偏位，使系梁、墩柱出现裂缝，已架设的T梁与支座垫石产生错位。为保证桥梁结构安全，必须对该桥墩进行纠偏处治。

2 墩柱主要病害及原因分析

2.1 主要病害

经现场检测发现，3＃墩主要病害情况如下:

(1)3＃墩左幅顺桥向向大桩号侧偏移，横桥向向左侧偏移，1＃、2＃墩柱顶部合成偏移量分别达到30.5 cm、33.3 cm。

(2)1＃、2＃墩柱顶底部附近、2＃墩柱中部附近出现环向裂缝，裂缝主要为横桥向侧，最大裂缝宽度为0.42 mm。

(3)3＃墩左幅支座未发现变形异常，未发现支座有明显滑移现象，但发现3＃墩第3跨侧支座上钢板与T梁底预埋的钢板错开，以此判断该桥墩偏移应发生在架梁之前，架梁之后并没有继续偏移。

(4)3＃墩左幅第3跨侧T梁实际支承线向梁端偏移了12.6～19.1 cm，而第4跨侧T梁实际支承线基本在设计支承线位置。

(5)受现场条件限制，3＃墩左幅桩基未开挖检测，但墩柱垂直度检测发现3＃墩的1＃、2＃桩桩顶在横桥向分别发生了11.3 cm、10.4 cm的偏位，在纵桥向也发生了5.3 cm、9.4 cm的偏位。据此估测，桥墩桩基顶部一定范围内很有可能也已出现环向裂缝，桩基的承载力会有所降低。

2.2 病害原因分析

由以上检测可知，该桥主要的病害是3＃墩左幅的墩柱偏位，墩柱和系梁等部位混凝土开裂。经分析，造成病害主要有以下原因[1－3]:

(1)查阅现场相关施工记录，在3＃墩左幅桩基、墩柱和盖梁施工完毕后的半年时间，由于该地区多次普降暴雨，使该桥右侧山体边坡多次出现滑塌，滑塌土体直接堆积在3＃墩左幅附近，堆积土层最厚时达13.5 m，直到发现该桥墩有偏位时，堆积层还有约8 m厚。如此长时间的堆积土偏压是造成3＃墩左幅偏位的最主要原因。

(2)现场检测发现堆积土对3＃墩左幅的偏压与顺桥向约有45°的夹角，由于盖梁、墩柱和系梁的框架效应，横桥向土侧压力会使桥墩横向框架内产生较大次弯矩，最大弯矩理论上分布在横桥向1＃柱顶部左侧、底部右侧和2＃柱顶部左侧、底部右侧。从现场的检测发现，在这四个部位均有环向裂缝分布，说明此四个部位弯矩较大。横桥向框架水平受力弯矩分布示意如图1所示。

图1 横桥向框架水平受力弯矩分布示意

3 墩柱病害处治方案确定

因该桥T梁已架设，且项目工期较紧，如果采取将T梁吊开，对病害墩柱推倒重新施工，则工期不允许，且工程量较大。通过综合考虑，最后采取对病害墩柱进行纠偏处治的方案。

通过对3＃墩左幅检测发现的主要病害，为确保该桥能满足规范的要求，并能顺利进行验收，应采取对偏位的3＃墩进行纠偏，并对偏位开裂的3＃墩墩柱和桩基进行加强或改造[4－6]。具体需纠偏处治的内容主要有如下:

(1)对偏位的3＃墩柱进行回顶纠偏。因第3跨T梁支座中心线与梁体理论支撑中心线最大偏位达到19.1 mm，支座中心线偏位方向为往大桩号侧，部分支座上钢板偏出了梁底预埋钢板；而第4跨T梁支座中心线与梁体理论支撑中心线基本一致。在回顶纠偏中，为保证两侧梁体的理论支撑线与支座中心线不会产生较大偏移，因此回顶量取最大偏位量的一半左右，约为10 cm。

(2)由于原有系梁已全截面开裂，导致桥墩的整体性作用大大降低；同时，桩基承载能力可能会由于其环向开裂而降低。因此，在原有桩基周围新增4根直径120 cm的桩基，桩长16 m，嵌入中风化岩层中，以弥补原桩基损失的承载力；同时，凿除原系梁，并在原系梁位置增设180 cm厚承台，将新增桩基与原桩基连接成整体。

(3)由于原墩柱截面已开裂，截面被削弱，因此，应对墩柱进行加固或改造，恢复桥墩的承载能力。

为了实现上述纠偏处治内容，采取以下两种纠偏处治方案进行比选。3＃墩纠偏处治方案比选如表1所示。

表1 3＃墩纠偏处治方案比选

优缺点:

方案一:新增桩基仅承受活载，恒载由原桩基承担；活载由新、老桩基共同承担；施工难度较低；新增桩基与回顶纠偏可同步进行，工期较短，约60 d；施工费用较低。

方案二:新增桩基可以承受部分恒载，并与原桩基一起承受活载；钢管支撑体系及分配梁的搭设步骤繁杂；盖梁自重大，在墩柱截断后，分配梁必有一定程度的下挠，盖梁难以维持原高程不变，易使桥面纵坡不顺直。综合来说，施工难度较大；施工中各工序不能同时进行，工期较长，约80 d；施工费用较高。

通过以上方案的比选，从工期、施工难度和施工费用等方面综合考虑，最终选择施工难度低、施工费用低和工期短的方案一组织施工[7－10]。

4 墩柱纠偏处治主要施工工序及施工要点

4.1 施工工序

滑坡土体挖除→墩柱及盖梁纠偏复位→新增桩基施工→凿除原系梁、新增承台施工→墩柱裂缝封闭、凿毛及植筋→墩柱外包混凝土施工→拆除临时支座、落梁。

4.2 施工要点

(1)滑坡土体挖除

施工时由上至下逐步挖除滑坡土体，挖至系梁顶面以下约1.8 m新增桩基顶面处。开挖前需对山坡进行支护，以防止土体的大面积开挖而导致二次滑坡。

(2)墩柱及盖梁纠偏复位

①作业平台搭设:用碗扣脚手架搭设作业平台，用于操作人员上下作业。

②在盖梁上设置千斤顶，顶升梁体，顶升高度不宜太高，控制在10 mm以内。

③取出橡胶支座，换成临时支座，落梁于临时支座上。临时支座下部设四氟滑板，并涂抹黄油，以减小同盖梁的摩擦系数；而临时支座上部应采取措施增大与T梁的摩擦系数，使临时支座相对梁体固定，相对盖梁可以自由滑动。

④自平衡反力架的结构及组装。反力架由两节焊了牛腿的端部固定节和中间调节钢管拼装而成。反力架钢管采用壁厚为6 mm、直径为100 mm的钢管制作而成，其法兰盘采用厚8 mm的钢板，管节之间用4个φ14的普通螺栓连接。

墩顶恒载约为680 t，而四氟滑板与垫石上钢板的摩擦系数约为0.03[11]，共设置5台自平衡反力架千斤顶，每台千斤顶的顶力约为4 t。

⑤在盖梁上安装自平衡反力架，回顶纠偏墩柱，纠偏量按10 cm取用。纠偏完成后，千斤顶及反力架不拆除。

自平衡反力架组装及设置示意如图2～图4所示。

图2 自平衡反力架钢管组装示意

图3 自平衡反力架顶推横断面示意

图4 自平衡反力架顶推墩顶立面示意

在墩柱复位纠偏过程中，应对桥墩底部，千斤顶安装的横隔板等部位进行全程跟踪监测；同时，在复位过程中应不间断监测梁体纵向复位量、横向偏位量及墩柱偏位量，如发现意外情况，应立即停止复位，查明原因后方可继续复位作业。

(3)新增桩基施工

在墩柱纠偏复位的同时，采用冲击钻施工增设的4根直径120 cm的钻孔灌注桩。

(4)凿除原系梁，施工新增承台

①凿除原系梁，但系梁钢筋须予以保留，以最大限度保持施工期间桥墩受力的状态不改变。

②绑扎承台钢筋网，浇筑新设承台，使新增桩基与原桩基形成整体。承台厚180 cm，其顶面为原系梁顶面。浇筑承台时应注意预埋墩柱外包混凝土的竖向钢筋。

(5)墩柱裂缝封闭、凿毛及植筋

墩柱根据裂缝的宽度分别采用表面封闭法或压力注浆法进行处理。为确保新老混凝土结合良好和共同受力，需对墩柱混凝土表面进行凿毛并植筋。植筋钻孔时需用探测仪测出孔位是否有钢筋，如果有则可以对植筋位置做适当调整。

(6)墩柱外包混凝土施工

墩柱外包混凝土为平均厚15 cm的C35混凝土。外包混凝土中的竖向主筋替代原墩柱的竖向主筋受力，其上部通过植筋与盖梁连接。

因外包混凝土浇筑振捣受空间限制，施工时采用自密实混凝土。

(7)重新安装支座，拆除临时支座和反力架

再次顶升梁体，取出临时支座，安装永久支座，并落梁于支座上。最后拆除顶推千斤顶与反力架。

5 总结及建议

(1)通过对墩柱的病害分析，采用纠偏和外包墩柱等措施，解决了墩柱的偏位、开裂和垂直度等问题。施工后通过对各个部位的验收，完全满足设计和规范的要求[12]。

(2)纠偏自平衡反力架及千斤顶布置在帽梁上，通过T梁横隔板和帽梁作为着力点进行水平顶推，即可达到纠偏的目的，施工简便，效率高。

(3)当桥梁穿越山岭重丘地带，因山体边坡容易产生滑塌而导致桥梁墩柱出现偏位等病害，如何合理考虑对山体边坡进行有效的防护，以确保桥梁的结构安全尤为重要。