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影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理

建筑天下| http://www.667e.com |08-31 14:24:40| 综合辅导|人气:913

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   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。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73995 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16 m钻孔灌注桩基础。两岸引桥共18孔,为144 m~160 m不等跨预应力空心板梁,直径12 m钻孔灌注桩基础。南北两岸分别有引道10010 m和11457 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50 m~90 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82 m,宽60 m,厚20 m,承台以下为打入桩基础,桩长150 m~170 m,截面45 cm×45 cm的方桩,每墩打入桩数量18根,墩身方向分3排,桩间距10 m~120 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14—2号、14—3号、16—2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:①一次性成功,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。②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。③新桥主跨桥墩为三桩式墩身,桩间距75 m,待清除老桥打入桩距新桥灌注桩最近距离58 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 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。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。 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20 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 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120 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。 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:图1待拔桩施工示意单位:mm

  4 实施步骤

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15 m~20 m,排间距160 m。近墩身两排桩间距40 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220 m,宽750 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10 m×055 m×440 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。 2 埋设钢护筒 www.667e.com

  钢护筒采用厚度10 mm钢板卷制而成,内径20 m,为方便使用,护筒加工成单节长20 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15 m~20 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25 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。

www.667e.com 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130 g/cm3~140 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,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05 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 拔除钢筋混凝土方桩 4.1 拔桩要克服的阻力

  (1)桩侧摩阻力,可由公式P=ULiIi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,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15倍~20倍。 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 cm×20 cm×220 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10 h~15 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10 h~15 h,以减小桩尖及桩侧产生真空引力影响,直至拔出桩体10 m~15 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。 

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