公路桥梁桩基的主动托换加固技术

徐鹏飞

摘要：以某地公路桥梁桩基的运维施工案例为研究对象，应用主动托换加固技术进行施工作业。在确定托换桩参数的基础上，从多个角度着手，对本次公路桥梁桩基的主动托换加固技术施工流程进行了详细探讨，并对该技术所达成的效果进行评估。评估结果显示，本次公路桥梁桩基主动托换加固技术取得了相对较优的成绩，证明该技术模式取得了初步成功，能够为今后的类似工作提供一定的参考借鉴。

关键词：公路桥梁工程；桥梁桩基；主动托换；加固技术

0   引言

在当前的公路桥梁工程建设中，桩基础施工质量直接关系到整体工程质量。在一些特殊条件下，需要应用主动托换加固技术进行桩基施工作业。本文以某地公路桥梁桩基的运维施工案例为研究对象，应用主动托换加固技术进行施工作业。在确定托换桩参数的基础上，从多个角度着手，对本次公路桥梁桩基的主动托换加固技术施工流程进行了详细探讨，并对该技术所达成的效果进行评估。

1   项目概况

某地新建公路工程项目总长为55.865km，其中分离式路基右幅长20.654km，左幅长20.69km。拟建设34座桥梁，其中特大桥2座、大桥21座、中桥11座，桥梁总长度11549.5m，占路线长度的20.67%。该公路工程还涉及到涵洞、通道等的建设，共计建设涵洞60座、通道32个和天桥8座，另包括5条隧道，隧道全长为7678.5m。

根据统计数据可知，该公路工程项目中，桥梁和隧道的长度总和占比已经达到34.42%，加之当地地形复杂，施工时与既有线路存在空间上的冲突，因此桥梁桩基础加固施工受到的影响较大，常规施工模式难以取得预期效果。考虑实际情况，决定采用托换加固技术进行处理。本次涉及到托换和加固处理的区间共计3个，为线路A区间的25#墩、C区间的6#墩和D区间的31#墩[1]。

2   工程分析

为确保本次施工的效率和精准度，技术部门首先确定托换桩的技术参数。考虑到控制沉降量等方面的需要，本次托换桩长度与原桩基长度相同，本文仅分析托换桩间距对施工效果可能存在的影响。

工程人员应用ABAQUS软件进行仿真分析，并应用SolidWorks软件对托换桩和涉及到的桥梁区间进行建模分析，得到桩顶沉降和托换桩间距之间的关系，具体如图1所示。

根据图1可知，当增大托换桩间距时，桩顶沉降量呈现出先降后升的趋势。初步推断，造成这种变化的主要原因如下：当桩间距较小时，托换桩施工对周围土层的扰动区域较多，对托换桩承载力造成一定影响；而当托换桩间距较大时，托换梁的长度增加将导致较为明显的绕曲变形，导致桩顶沉降增大[2]。经研究分析，最终确定托换桩间距为13m。

3   主要施工流程

3.1   桩帽设计

在托换桩与加固桩顶部设置桩帽，并预留钢筋，确保桩帽和托梁之间存在有效连接。同时，为确保结构加载环节中施工空间充足，能夠实现稳定施工作业，在桩帽施工中增设垫板。该垫板长为600mm，宽为600mm，高为50mm。桩帽施工示意图如图2所示。

3.2   支座安装

选用球钢支座作为主要支座。在支座安装前，预先对梁底进行施工作业，包括安装调平钢板和浇筑垫石。浇筑垫石前，预先对垫石进行打孔处理，留出支座安装孔位。使用厚度为2cm的调平钢板，并将垫石浇筑于钢板上方2cm的位置。

浇筑完成后，对调平钢板进行固定，再使用高强度灌浆料，将调平钢板与梁底的楔形缝隙进行致密填充。为确保支座安装的精准度，在支座安装前，由工程人员预先对箱梁主筋位置进行探测，确保螺栓与箱梁主筋不存在空间上的冲突[3]。

确定不存在空间冲突问题后再进行安装。先在调平钢板地面进行制作焊接，焊接完成后采用顶升设备进行顶升作业。之后使用水泥砂浆，对前期施工环节中调平钢板和垫石之间的2cm孔隙进行充分填充。填充完成后，在垫石预留孔内安装锚固螺栓，至此支座安装即告完成。

3.3  托换桩基施工

在支座安装完成后进行托换桩基整体结构的施工，其中对托换桩基进行浇筑是施工的关键步骤。具体而言，托换桩基的浇筑施工要点如下：对托换桩基的主要参数进行复核，确定托换桩基各个部位的长度、宽度、高度，以及桩基轴线位置等关键参数，进而确定混凝土浇筑的具体范围和混凝土的用量[4]。结合当地地质条件，确定混凝土的强度为C40，并采用现场拌和方式进行制备。根据工程情况选取泵送设备，将导管与混凝土泵相连接。导管的主要参数可参考表1。

在对导管的参数检查校核无误后即开始进行浇筑作业。在浇筑过程中，为提升混凝土浇筑质量，将振捣作业与混凝土浇筑环节同步进行。结合施工场地的环境因素，采用多台插入式振捣器进行振捣，每两台振捣器之间的距离均控制在2.0m左右。

3.4   桥梁加固施工

为避免施工过程对桥梁结构造成过多冲击而影响桥梁整体结构的稳定性，在托换桩基的施工过程中，同时进行桥梁加固施工。结合施工现场实际情况，并参考已有研究文献中总结的施工经验，对各种加固施工方案进行综合比选[5-6]。技术部门对各种方案的效率、性能和成本等因素进行综合分析后，最终确定应用综合性能较高的“贝雷梁+钢抱箍”作为施工平台。

基于该施工平台，确定本次桥梁加固施工按照如下步骤进行：使用压缩空气对梁底进行除尘作业，对梁底的露筋、裂缝和混凝土破碎等缺陷进行检查，并对检查到的问题进行加固和修补。然后进行桥梁加固注胶施工作业。在注胶管安装完成后，设置注胶压力为0.3MPa进行注胶。注胶完成后，在施工节点部位涂抹防腐漆处理，桥梁加固施工即告完成。根据裂缝检测结果，分别使用以上两种材料对桥梁上方的裂缝进行针对性的处理。裂缝宽度与处理材料的对应关系如表2所示。

3.5   墩柱托换施工作业

结合实际需要，本次墩柱托换施工作业按照如下步骤实施：

先在目标位置进行开挖，开挖完成后打设支护桩进行支护作业，并将钢筋埋入目标桩位。在此基础上，按照设计要求，使用C40商品混凝土对限位结构和顶升支墩进行浇筑，并保证在浇筑完成后，梁底与盖梁底面之间、梁底与顶升支墩之间分别预留70cm和40cm的空间，以方便千斤顶的布置作业[7]。

选用规格为200t的千斤顶设备（该设备的直径和高度分别为24cm和36cm，下同），将其放入梁底与顶升支墩之间的空间内，并在其上方垫一块40cm见方的钢板，以避免千斤顶作业时顶升支墩部位应力过于集中。

结合设计图纸，确定对液压千斤顶进行同步分级加载，从0%开始，每次提升10%，并持荷25min，直至加载至设计顶压力的70%。在分级加载完成后，桥墩荷载的70%即转移到新盖梁结构当中。

3.6   千斤顶主动顶升切割墩柱

为确保本环节的施工质量，千斤顶运行过程中，采用S7-1200型PLC操作液压支架，确保各个液压支架的运行参数保持一致，避免桥墩两侧位移不均等。在施工过程中，技术人员始终对施工情况进行实时监测。

在搭建检测系统过程中，以地面作为测量基准点，同时在梁底固定规格为50mm的正方形角钢。该角钢配件通过托换盖梁预留孔伸至地面，与地面之间的距离则控制在10cm。在此基础上，将位移传感器安装在角钢和地面之间。为进一步固定该角钢配件，在地面附近安装卡箍，每个桥墩对称安装两台位移传感器，以实现对施工情况的全面检测。

以上环节准备就绪后，启动液压千斤顶，基于液压千斤顶的支撑，使用绳锯在托换盖梁顶面下方20cm水平线上进行切割桥墩操作。切割完成后，使用多台千斤顶同时顶升目标区间桥梁，顶升高度控制在3mm。在此过程中，始终结合监控位移数据，及时对顶升力进行校对和控制。

在以上施工环节结束后，对千斤顶进行卸载拆除作业。千斤顶卸载拆除环节中，首将水泥砂浆灌入垫石与钢板之间的孔隙当中，而后对水泥砂浆进行必要的养护作业。当其强度达到设计要求值的100%时，操作千斤顶以1.5m/min的速度下落，将千斤顶所承担的荷载逐步转移至新托换桥墩的位置上。

3.7   旧桥墩的拆除

以上步骤全部完成后，针对已无实际作用的旧桥墩，应用自上而下的分段破拆模式对其进行拆除。主要使用绳锯对旧桥墩进行分段切割，每次切割旧桥墩高度20%。在旧桥墩材料与桥墩主体分离后，使用起重设备将其转移至自卸车辆中，运输至特定场地进行后续破碎处理。桥墩切割完成后，使用地面破碎机械设备清理桥墩的地上残余部分，最后将以上部分使用自卸车辆外运至指定地点进行消纳。

4   施工质量评估

在以上施工环节全部结束后，对本次施工质量进行评估，首先应用桥梁模型计算软件，对施工完成后的桥墩极限状态计算承载力弯矩值进行分析，分析结果如表3所示。根据表3可知，本次主动托换加固技术的应用，使得桥墩的承载能力极限状态满足了规范要求。查阅历史数据可知，旧桥墩的承载力弯矩值在各项指标上均显著低于上表中的数值。相较于旧桥墩的承载力弯矩值，新桥墩的相关指标均提升20%以上，部分指标的提升幅度达到40%左右。

而后将该施工区间恢复通行，并在180d后，对桥墩的裂缝宽度进行测试，测试结果如表4所示。根据以往的经验可知，在桥墩施工完成180d后，其裂缝宽度变化基本趋于稳定，所测试得到的裂缝宽度数值也具有一定的代表性。将测试得到的裂缝宽度值与旧桥墩的裂缝宽度值进行对比，结果显示，新桥墩在3个典型节点处的裂缝宽度值，均低于旧桥墩指标的50%以上，证明本次施工取得良好的效果。

5   结束语

在确定托换桩参数的基础上，本文从多个角度着手，对本次公路桥梁桩基的主动托换加固技术施工流程进行了详细探讨，并对该技术所达成的效果进行评估。评估结果显示，本次公路桥梁桩基主动托换加固技术取得了相对较优的成绩，证明该技术模式取得了初步成功。

这种施工模式具有流程繁琐和风险较高的特点，因此在施工前应当对重要参数加强分析，并在实际施工过程中注重各个施工流程环节的质量把控，做到不遗漏细节，如此才能保证桥梁桩基础施工的质量。

参考文献

[1] 张志霞.受限空间条件下高速公路桥梁桩基的主动托换加固工艺[J].交通世界，2022（36）：139-141.

[2] 王坤.沿海高速公路软基托换加固段落分析[C]//中国公路学会养护与管理分会.中国公路学会养护与管理分会第十二屆学术年会论文集.2022：180-188.

[3] 吴岗.紧邻基坑110 kV铁塔桩基托换加固保护技术[J].广东土木与建筑，2022，29（7）：33-36.

[4] 吕向向.微型钢管桩托换加固某建筑物桩筏基础的应用研究[D].兰州：兰州理工大学，2022.

[5] 房桢，肖妙武，于晓辉，等.既有地道桥下修建地铁车站通道的托换加固技术[J].工业建筑，2020，50（12）：172-179.

[6] 李强.软土地区地铁隧道穿越既有桥梁工程的托换加固施工技术方案[J].低碳世界，2019，9（7）：261-262.