影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理(唐谦 郝智明)

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1、影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理(唐谦郝智明)#TRS_AUTOADD_1235951322703MARGIN-TOP:0px;FONT-SIZE:12pt;MARGIN-BOTTOM:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FONT-FAMILY:宋体#TRS_AUTOADD_1235951322703PMARGIN-TOP:0px;FONT-SIZE:12pt;MARGIN-BOTTOM:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FONT-FAMILY:宋体#TRS_AUTOADD_1235951322703TDMARGIN-TOP:0px;FONT-SIZE:12pt;MARGIN-BOT

2、TOM:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FONT-FAMILY:宋体#TRS_AUTOADD_1235951322703DIVMARGIN-TOP:0px;FONT-SIZE:12pt;MARGIN-BOTTOM:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FONT-FAMILY:宋体#TRS_AUTOADD_1235951322703LIMARGIN-TOP:0px;FONT-SIZE:12pt;MARGIN-BOTTOM:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FONT-FAMILY:宋体/*-JSON-:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size

3、:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0,p:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0,td:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0,div:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0,li:line-height:1.5,font-family:

4、宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0-*/随着社会经济发展和车流量的迅速增加,对道路工程的质量和等级要求也越来越高,许多道路桥梁需要扩建,以满足高标准的要求。然而,再建桥梁为了设计和布局合理,往往造成新老桥基础的重合,施工中须排除原有桥梁基础障碍,才能保证新桥施工的顺利进行。本文以泉河新大桥工程为例,阐明此类问题处理方法。1.工程概况阜阳市泉河新大桥位于阜阳市区内,是在拆除老桥的基础上进行扩建,设计全长 73995m ,由主桥、引桥及两头引道组成,其中主桥为 8孔 30m预应力 T梁,直径 16m钻孔灌注桩基础。两岸引桥共 18孔,为 1

5、44m 160m不等跨预应力空心板梁,直径 12m 钻孔灌注桩基础。南北两岸分别有引道 10010m 和 11457m 。该桥址处地质状况较好,主要为亚粘土层,主跨 14号、15 号、16 号桥墩座落在主河道上,墩址处常水位水深 50m 90m 。受桥梁布局的影响,新桥 14号、16 号桥墩座落在老桥 1号、3号墩址处。原有桥梁为净跨 20m的钢筋混凝土桁架拱桥,新桥施工前老桥上部结构已被拆除。通过施工实测和多方调查,确定老桥墩墩身以下为钢筋混凝土承台,承台长82m ,宽 60m ,厚 20m ,承台以下为打入桩基础,桩长 150m 170m ,截面 45cm45cm的方桩,每墩打入桩数量 1

6、8根,墩身方向分 3排,桩间距 10m 120m 不等。新桥施工前,已通过水下爆破拆除墩身,爆破后,部分混凝土残渣散落在河床表面,也给新桥基础施工造成一定难度。具体施工时发现新桥 142号、143 号、162 号桩分别有老桥打入桩基础占据桩位,致使钻孔工作不能进行。2.施工方案拟定根据墩址处地质水文文件,考虑后序工序施工要求,老桥桩基础清除必须做到以下几点:一次性成功,桩体须全部消除,以利钻孔灌注桩施工,不能出现断桩,使部分桩体留地下。拔除方桩过程中,尽可能保持桩四周土体的稳定性,以确保灌注桩施工质量。新桥主跨桥墩为三桩式墩身,桩间距 75m ,待清除老桥打入桩距新桥灌注桩最近距离 58m ,

7、因此,在桩体清除过程中,尽可能减少对附近土体产生冲击力,避免对新桥已成桩体造成损害。所以,施工方案拟定采取从土体中剥离桩体,施加外力拔除的方法。该方案实施安全可靠,一次性拔除,对已成桩及周围土体影响较小。打入桩拔除后,及时封填土,短期内可进行钻孔灌注桩施工。3.施工方法3.1待拔桩位设钢护筒,待拔桩在钢护铜内,以偏移钢护筒中心40cm为佳(图 1)。钢护筒打入河床表面以下,打入深度根据河床土质密实情况而定,使钢护筒在钻孔过程中能随承受一定高度的静水压力。3.2待拔桩与钢护筒壁在待拔桩与钢护筒壁距离最大处钻大直径孔,孔深超过待拔桩尖以下不少于 20m ,孔径不小于 80cm,并使待拔桩侧面紧贴孔

8、壁上,以便潜水员从大直径孔孔口处入水,检查待拔桩周围土质剥离情况,固定捆绑千斤绳。在待拔桩周围,与大直径孔壁接合处起,连续钻小直径孔,小直径孔深不少于待拔桩长,孔径 20cm40cm,先后孔位应连续,以保证待拔桩与四周土完全分离。3.3待拔桩侧四周孔位连通连通后,进行清孔作业。清孔主要目的是促进待拔桩侧土完全剥离,减小拔桩摩阻力。清孔由钻杆或其它管具送进高压水,水流出口向着桩侧,顺序由上向下进行。沉淀在孔底的沉渣随同泥浆由护筒口流进沉淀池,部分沉积在大直径孔底。清孔时泥浆浓度控制在 120g/cm3 ,并注意保持护筒内承压水头高度,以防清孔过程中坍孔现象的发生。3.4清孔结束清孔结束,潜水员由

9、大直径孔内下潜一定深度,检查桩四周土剥离情况,固定捆绑千斤绳,进行拔桩作业。华东公路 2002年第 4期 2002年第 4期唐谦,郝智明,刘洪:影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理图 1待拔桩施工示意单位:mm4.实施步骤4.1搭设拔桩工作平台工作平台是桩体拔除过程中主要承重体系,本身应有足够的承载力和稳定性。工作平台采用打入钢管桩作基础,钢管桩用直径 180mm,壁厚 6mm钢管加工制成。钢管桩沿新桥桥墩中线两侧分双排布置,每排桩间距 15m 20m ,排间距 160m 。近墩身两排桩间距 40m ,满足钻孔灌注桩和拔桩施工要求。钢管桩桩顶用槽钢连成一整体,槽钢焊接在桩顶上,增加施工平台整体稳定

10、性。槽钢顶面纵向布置“工”字钢,作为荷载分配梁。为满足钻孔灌注桩施工需要,整个施工平台搭成长 220m ,宽 750m ,共打入钢管桩 44根,根据河床土质情况计算和经验估算,施工平台能承担竖向荷载约 350t,满足施工需要。拔桩实施前,用 10m055m440m 立体桁架置于平台“工”字钢上,作为承重梁,高度根据施工需要,平面叠放增加。4.2埋设钢护筒钢护筒采用厚度 10mm钢板卷制而成,内径 20m ,为方便使用,护筒加工成单节长 20m ,各节之间法兰连接,最底节底口。钢板切割成 45坡口,以利护筒夯击下沉。护筒就位应准确,满足大小直径孔钻孔需要。就位前应用冲抓锥清除待拔桩四周河床混凝土

11、残块及其它杂物、淤泥,使待拔桩顶高出护筒内河床面 30cm50cm,以利钢护筒准确就位。就位时,钢护筒由钻架吊起,直立拼接下沉,待护筒底口切入河床后,再整体吊起,由潜水员引导护筒准确就位。夯击下沉过程中应采取措施确保钢护筒不偏位,就位后最大倾斜度不得大于 1%。护筒底口穿过河床表面淤泥,切入较稳定亚粘土层 15m 20m ,根据经验能够满足钻孔需要。钢护筒就位后,用直径 50cm冲抓锥沿钢护筒内壁四周抓捞护筒内淤泥层中混凝土残块,冲抓锥落距不能太大,控制在 25m 左右。冲抓过程中,应避开待拔桩,以防造成桩头混凝土破碎,桩体钢筋向四周散开,增加水下切割难度。若护筒内淤泥层太厚,冲抓效果不够理想

12、,应清除护筒内淤泥。4.3钻孔剥离待拔桩四周土层护筒就位并固定后,进行钻机就位和校正。先在桩一侧钻大直径孔,钻孔前应有潜水员引导,准确定孔位。大直径孔壁与待拔桩侧面应有不小于 5cm的间隔,避免钻孔过程中钻头碰及桩体,造成斜孔和机械事故发生。为确保护壁效果,泥浆浓度一般控制在 130g/cm 140g/cm3之间,或采用膨润土造浆护壁。钻进过程中,应根据具体情况,合理控制钻孔进度。小直径孔钻孔方法,也采取泥浆正循环,成孔直径 30cm,孔壁距相邻孔及待拔桩侧面应有 5cm左右间距,避免钻孔过程中钻头偏移或碰及混凝土桩身。发生此情况,应移动钻机偏离相邻孔位或待拔桩一定距离,再继续钻进。每一孔成孔

13、后,即时清除孔内沉渣,清孔采用钻机自配设备,从钻杆底端射水,由上至下,钻杆下移速度 05m/min 左右。水流尽可能射向待拔桩侧,流向与桩侧面成 45角向下,防止水流直接冲击待拔桩侧相对孔壁,造成坍孔,影响桩侧土剥离效果。四周孔清孔完毕,进行拔桩准备工作。4.4拔除钢筋混凝土方桩4.4.1拔桩要克服的阻力桩侧摩阻力,可由公式 PULiIi 估算。式中 U为桩的周长,m;Li为桩侧各土层中第 i层土层厚度,m;Ii桩侧面土层第 i层对桩侧极限摩阻力,kPa;P为极限桩侧摩阻力,kN。由于桩侧摩阻力与桩侧土剥离情况有关系,估算桩侧摩阻力,要弄清桩侧土层剥离效果。从具体施工中知道,采用桩侧钻孔闭合方

14、法剥离土层,剥离效果一般在 50%60%,且桩体上半部分剥离效果较好,在 80%以上,下半部因土质坚硬,并夹有大量结核性物质,造成钻位偏离,影响剥离效果。待拔桩体及附着土自重,根据桩体截面形状和长度计算。桩体拔动瞬间,在桩尖及桩侧四周形成真空,产生真空引力。这是一个变力,随着桩体拔动,桩侧土被破坏,真空引力减小消失。在具体实施过程中,不计真空引力,根据桩侧土层剥离情况,估算待拔桩摩阻力及桩体和附着土重之和约为 600kN750kN。所有设备提供的总牵引力不得小于桩侧摩阻力和桩体自重之和的 15 倍20 倍。4.4.2拔桩具体步骤(1)在工作平台上组拼两排平行的立体桁架梁,桁架梁跨越桩位,间距

15、70cm,其上布置 4排 20cm20cm220cm双层方木,作为拔桩时施工加上拔力的作用点。拔桩采用4套 20t手拉葫芦和 1套牵引力为 35t的滑轮组共同施加。(2)在已剥离土层的方桩上端固定捆绑千斤绳,千斤绳应捆绑牢固,防止上拔桩过程中上脱。同时根据千斤绳的位置和方向固定手拉葫芦及牵引滑轮组。在每一根受力千斤绳同一平面位置拴一根红色信号绳,判定拔桩过程中方桩的位移情况。(3)手拉葫芦施力应均衡。施加总的牵引力达到估算的桩侧摩阻力和桩体及附着土自重之和时,停止施力,持荷10h 15h ,并注意观察钢丝绳及各施力设备的工作情况,此后,牵引力每增加 15%,停止并持荷10h 15h ,以减小桩尖及桩侧产生真空引力影响,直至拔出桩体 10m 15m 。5.结语在老桥原位重建工程,新桥基础施工常受到老桥原有基础影响,能否顺利处理,是影响新桥施工顺利进行的关键,其中处理方案合理与否,关系到新桥造价和工期的各方面。阜阳市泉河新大桥在施工中,通过水下爆破,拔桩等措施,成功地解决老桥基础对新桥桩基础施工的影响,该方法可供处理同类工程施工问题借鉴。

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