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1、影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理 - 基础理论 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 73995 m ，由主桥、引桥及两头引道组成，其 中主桥为 8 孔 30 m 预应力 T 梁，直径 16 m 钻孔灌注桩基础。两 岸引桥共 18 孔，为 144 m160 m
2、 不等跨预应力空心板梁，直径 12 m 钻孔灌注桩基础。南北两岸分别有引道 10010 m 和 11457 m。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 50 m 90 m 。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 20 m 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 82 m，宽 60 m，厚 20 m ，承台 以下为打入桩基础，桩长 150 m170 m ，截面 45 cm45 c
3、m 的 方桩，每墩打入桩数量 18 根，墩身方向分 3 排，桩间距 10 m120 m 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 75
4、 m ，待清除老桥打入桩 距新桥灌注桩最近距离 58 m ，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 40 cm 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
5、孔，孔深超过待拔桩尖 以下不少于 20 m，孔径不小于 80 cm ，并使待拔桩侧面紧贴孔壁 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 20 cm 40 cm，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 12
6、0 g/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 180 mm，壁厚 6 mm 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 15 m20 m，排
7、间距 160 m。近墩身两排桩 间距 40 m ，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 220 m，宽 750 m ，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 350 t ，满足施工需要。拔桩实施前，用 10 m055 m440 m 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 10 mm 钢板卷制而成，内径 20 m，为方便使 用
8、，护筒加工成单节长 20 m ，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 残块及其它杂物、淤泥，使待拔桩顶高出护筒内河床面 30 cm 50 cm，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 15 m 20 m，根据经验能够满足钻孔需要。钢护筒就位 后，用直径 50 cm 冲抓锥沿
9、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 25 m 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，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 5 cm 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 130 g/cm140 g/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
10、，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 30 cm ，孔壁距相邻孔及待拔桩侧面应有 5 cm 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 05 m/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（1）桩侧摩阻力，可由公式 P
11、ULiIi 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 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。（2）待拔桩体及附着土自重，根据桩体截面形状和长度计算。（3）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
12、，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 600 kN 750 kN。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 70 cm，其上布置 4 排 20 cm20 cm220 cm 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 20 t 手拉葫芦和 1 套牵 引力为 35 t 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
13、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 10 h15 h，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 10 h15 h，以减小桩尖及桩侧产生真空引力 影响，直至拔出桩体 10 m15 m 。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。
