刘贵翔
摘要:潍莱高速公路小沽河大桥在通车后出现了桩基下沉,造成墩柱开裂,桥面下沉等病害,文章分析了出现桩基下沉的原因,提出了加固方案,对采用的方案提出了施工要点,对相似工程有借鉴的作用。
主题词:小沽河 病害 处理
一、桥梁概况
小沽河大桥是山东潍莱高速公路上一座跨河的大桥,桥梁中心桩号为K110+600。桥梁全长406.06m,为分离式双幅桥,半幅桥总宽13.50m,净宽12.50m。上部结构型式为16×25m装配式预应力钢筋混凝土简支T梁,横向布设6片梁;下部结构型式为双柱式墩,框架式桥台,桩基础;桥面铺装为沥青混凝土结构,采用毛勒式伸缩缝,板式橡胶支座。该桥于1999年建成通车。
二、主要病害及原因分析
1、桩基下沉及原因。
(1)桩基下沉:检测单位对全桥墩柱顶标高进行了测量
根据测量结果,部分墩柱沉降量较大,其中右幅3号墩外侧柱达16.7cm,右幅6号墩内侧柱达17.4cm,其余墩柱沉降在3-8cm。
(2)病害原因分析
a.由于上游大量挖沙,桥位处河底缺少必要的防护,自成桥以来,河底累计冲刷,河床底标高下降不小于3米,由此造成桩侧摩阻力减少,桩基承载力降低,若桩底持力层不良,则极易产生下沉。
2、墩柱开裂及支座剪切、变形。
桩基的不均匀沉降直接导致了以下病害:墩柱共有52 条环向裂缝,裂缝多集中在L-6#墩墩柱与R-6#墩墩柱上,裂缝宽度介于0.05~1.2mm 之间,长度计7640cm。25 条竖向裂缝,裂缝宽度介于0.05~0.4mm 之间,长度计2195cm。并且部分盖梁存在竖向裂缝、部分支座剪切变形。
三、处理方案
1、桩基下沉处理
为了防止桩基继续沉降,并考虑到桥下净空,使钻机有足够操作空间,在顺桥向增加桩基,以避开盖梁。每个盖梁下增加4根桩基,桩基长度在满足设计的前提下保证入岩1米,同时增设工字形承台,与原桥桩基通过植筋连接,保证桩基共同受力。
2、支座剪切、变形处理
利用桥墩盖梁作顶升支架,在盖梁顶面安装千斤顶,整联T梁同步顶升,顶升高度视各墩沉降量而定,在梁底增设预制混凝土垫石或钢板,使桥面恢复设计标高。
3、裂缝处理
裂缝宽度小于0.1mm,采用表面封闭的方法进行处理;
裂缝宽度在大于0.1,采用壁可法进行加固补强。
四、施工要点
1、桩基加固及承台施工要点
1.1、因桩基出现沉降及倾斜,并且因河床冲刷较大,为防止施工时,对原桩基产生挠动,致使原桩基下沉,发生事故。在施工前必须做好防护工作,具体防护措施如下:
(1)基础采用C40钢筋混凝土浇筑,基础位于旧桩基中间基础尺寸:1×6×6m。
(2)基础上放置直径630mm厚10mm钢立柱,钢立柱上下焊接90×90×1.5cm钢板。增大受力面积,钢立柱底部钢板固定在混凝土基础上。
(3)钢立柱顶部钢板放置沙箱,沙箱上使用90×90×1.5cm钢板与盖梁相接触,增大受力面积,钢板与盖梁、钢板与千斤顶植筋均放置防滑垫。
(4)钢立柱之间使用槽钢连接,钢立柱与原墩柱使用20cm宽,1.5cm厚钢带连接。使钢立柱与原墩柱成为一个整体,共同受压。
1.2、进场后对所有桩柱结合处进行高程测量,桩基开始钻孔后,每隔4小时对正在施工的桩基进行复测,如发现原桩基出现沉降,立刻停止施工,检查沉降原因。
1.3、承台施工时因需要对桩基处进行开挖,原河床冲刷较大,所以承台施工时不得拆除支护,并且在承台施工完成后,每个承台上设置至少4个沉降观测点,每天观测3次,直至承台混凝土强度达到100%方可结束观测。
1.4、钢筋加工及混凝土浇筑本文不再做详细叙述。
2、同步顶升更换支座施工要点
支座顶升为本桥施工的一个重点,采用千斤顶顶升梁体后更换支座时候,为了确保在桥梁顶升过程中不产生过大的拉应力,采用同时、同步的顶升作业方式进行全断面顶升,更换支座施工采用自锁同步千斤顶,施工中可不中断交通。
2.1同步顶升
主要顶升工艺包括:
搭设支架→安装千斤顶→安装百分表→试顶→试升→顶升→更换支座→回油卸顶→拆除支架。
(1)搭设工作平台
考虑到已进入汛期,如遇下雨或上游水库泄洪,河道内水流较大,工作平台采用轻型挂篮,在盖梁处设置可供工人进行操作的工作平台---轻型挂篮(约500kg),挂篮现场加工,挂篮两侧用钢丝绳固定在两侧混凝土护栏上。同时,挂篮两侧安装扶手,确保施工安全。挂篮下部质量估算:R1=500(挂篮)+400(人)+100(零星工具)=1000kg。
(2)千斤顶调试与安装
千斤顶要安放在梁端马蹄下,千斤顶行程2cm,100t超薄型千斤顶(异型千斤顶),重量约10kg。
a.千斤顶安装前需进行试运行并调试,使提供一定顶升力时其速率大致相同,误差控制在1mm内。
b.安装前检查千斤顶及其密封情况,保证千斤顶密封良好,油液品种及油量符合要求。
c.检查完成后,人工安装千斤顶就位,并调整千斤顶预行程,保证千斤顶与垫块间密贴。
d.千斤顶上安装高度测量尺,采用钢板尺固定方式,以便可以准确控制顶升量。
(3)千斤顶受力分析
通过查阅小沽河大桥竣工图纸,一孔的梁体总荷载不超过R2=441595kg,不可预见因素产生的质量R3假设为5000kg。
桥梁一孔荷载计算:R荷=R1×2+ R2+ R3 =448595kg
桥梁一孔千斤顶有效承载力R支=100000×12=1200000kg
安全系数RS=R支/R荷=1200000/448595≥2,所以一孔设置12个千斤顶完全可行。
(4)拆除约束构造及梁体限位
a.顶升前对桥梁上部结构存在的约束构造进行拆除,以一联或1孔为整体,如1联为整体,解除伸缩缝之间的橡胶条和连接构件,使伸缩缝完全断开,并将混凝土护栏在伸缩缝处断开,如1孔为整体,解除连续缝处连接构件和混凝土护栏连接。保证梁体能够自由顶升。
b.需要采用梁体限位措施.以防止梁体在顶升过程中产生侧向移动。桥梁纵向限位可以把与伸缩缝同样厚度的厚钢板塞进伸缩缝内,钢板要经过磨光和涂油处理,以减少摩擦力;
c.在边梁端部两侧与挡块之间放置适宜厚度的钢板,以防止梁体产生横向移动,钢板要经过磨光和涂油处理,以减少摩擦力;
(5)顶升工艺
a.试顶
1)所有准备工作齐备后(如检查垫块、千斤顶安装、承力基础、所有施工设备及材料等),千斤顶同时开动,进行试顶,按顶升行程进行顶升控制,试顶高度5mm,并持荷10min以上卸载。
2)卸载后应认真检查系统的各自控制系统及表观现象,检查重点有:所有油路有无漏油现象、千斤顶有无异常现象、供电线路的表观磨损等。 卸载后同时还应认真检查千斤顶上下钢板有无变形现象,必要时可调整钢板的厚度以满足顶升要求;认真检查千斤顶放置位置下的结构物有无区别于顶升前的现象,如存在,应认真查出原因后方可正式顶升,严禁情况未明时继续进行顶升。
b.顶升控制
试顶完毕,在专业人员的统一指挥下所有千斤顶慢慢用力整体顶起梁体,顶升时务求各顶同步上升,各顶之间以位移分级控制,各墩台以对讲机联络,开始以2mm为一级,每一级到位后统一停止,加垫槽钢凳子及钢板,检查各顶的情况,确保工作状态良好后再进行下一级顶升,如此反复。顶升高度高于支座设计高度10mm。为了确保每片梁均匀同步升高,分级逐步向上顶梁,各级上升高度为2mm,起顶至施工要求高度后,垫好槽钢凳子,并在顶升过程中做好测量、记录工作,确保梁体、桥面系支座更换维修前后一致。
c.重点观测
顶升过程中重点控制:1)整联的横向位移 ;2)整联的纵向位移;3)孔间桥面连续的变化;4)梁端2米范围湿接缝底部;5)端横板;6)伸缩缝顶升完毕后前后高差。
2.2支座更换
(1)支座拆除
用钢钎将支座撬活动后,人工抽出即可。一般支座与墩顶的粘接很牢固,不宜拆除,作业时应备足专用工具,考虑多种方法进行。
(2)墩顶处理及支座安装
在支座拆除后,清理盖梁顶面,将原支座外露的不锈钢板用丙酮清洗干净,用环氧胶将已脱开的不锈钢板与支座上钢板粘贴。
(2)卸荷落顶
进行分级落顶卸荷,每次卸压根据油泵表盘读数回落5Mpa为一级,时间每级回落时间控制在30±2秒,卸载过程中,应保证各千斤顶同步,要做到同步、慢放,同时设置观察员,对梁体变化随时观测,一旦梁体出现变形等异常现象,应立即停止卸载,查明原因、消除危险后再进行卸载工作。
(4)观测新支座工作情况
全部卸载完毕后,观测新支座工作情况,如发现个别支座变形、移位等不利情况时,应重新新顶升安装。
(5)顶升工作全部结束后,清理墩顶,移动工作平台,进行下联梁体顶升工作。
五、结束语
经过此次加固及支座顶升更换后,桩基不再有沉陷,减少了过往车辆对墩柱的冲击,对桥梁的整体安全性有了很大的保障,并且桥面的平整度得到了提高,实践证明,此种加固方法在经济、质量、施工上对类似工程具有较好的借鉴作用。