桥梁工程的偏移问题及施工探讨

摘要：在公路桥梁施工中，软土地基上的桩基础往往产生较多的质量问题。在施工前认真分析地质资料，有针对性地采取预防、加强措施，常常可避免一些不必要的损失。本文对某桥梁施工完毕后出现的偏移进行纠偏及加固方案进行探讨，以供交流。

关键词：桥梁桩基；纠偏与加固技术

Abstract: in the highway bridge construction, on soft soil pile foundation of often produce more quality problems. In the construction carefully before geological data analysis, we must adopt measures to prevent, strengthen, often can avoid unnecessary loss. In this paper, the construction of a bridge after the completion of the migration for rectification and appear discussed reinforcing scheme, for communication.

Keywords: bridge pile foundation; Correction and reinforcement technique

中图分类号： U445 文献标识码：A 文章编号：

随着社会发展，市场经济不断深化，我国高速公路及城市建设发展迅猛，桥梁工程中桥梁桩基极为关键，桥梁桩基由于深埋在地表下，而且多数施工区域地下水较高。因此，桩基的质量一直都较难以控制，极会造成完工后偏移的现象。

一、工程概况

某大桥上部左桥为4-25m预应力混凝土简支T形梁，共1联;右桥为16-25m预应力混凝土简支T形梁，共3联。下部结构采用半幅桥宽双柱桥墩(120mm)，桥墩基础为钻孔灌注桩基础，桩基均嵌入弱风化泥岩或砂岩层内，该桥墩右幅1～5跨墩墩台桩基设计均为嵌岩桩，桩长16～24m，墩柱高5.27～9.25m。

该桥T梁安装、横隔板及湿接缝施工完毕后，发现右幅桥面的2～4跨向外偏移，最大偏移量达447mm。为此，项目部就该桥的偏移原因进行了分析，并反复论证在不破坏原桥的基础上实施纠偏复位的可行性。

（1）施工场地

工程项目的坡度大约在45°～50°，弃土填至盖梁底部，桥梁外侧(右侧)为河流，距水面高差约30m，山坡陡峭，堆放陡坡岸的弃土松软，桥两端呈陡坡状，车辆无法进入施工现场，仅允许挖掘机通行，因此，在桥下进行开挖基坑作业时，大量的弃土无法外运，堆放场地十分有限，向沿河一侧弃土，又担心堵塞河道，为顺利开挖基坑至设计位置，只能分层分段降低地面标高，利用挖掘机结合推土机把弃土向桥的另一端逐段逐层堆放。施工场地地质剖面如图1所示。

图1施工现场地质剖面(3号墩)

二、偏移原因分析

该桥桩柱置于坡地，表层覆盖层为较厚黏土(4～6m)，地下水丰富，土含水率高，呈饱和状态，加之桥下坡面上又堆放2～6m厚的弃土。经测量，桥右幅的偏移量为:0～1跨向右侧发生0～75mm;1～2跨75～473mm;2～3跨473～447mm;3～4跨447～64mm;4～5跨64～39mm;5～6跨39～6mm。桥的偏移与右幅弃土堆放位置和弃土的滑移方向一致，在采取了清方卸载、停止桥面车辆通行后，桥梁偏移基本停止，这进一步证明了桥下土荷载的挤压是桥梁偏移的主要原因。在挖开原桩基时，3号墩桩基在深度5～6m处发现多条裂缝，间隔30～40mm，局部有混凝土块崩落，钢筋外露，显然，3号墩桩基已在弱风化层界面处发生断裂(竖向钢筋未断，但已发生局部变形)。强风化层和土体的共同滑移和挤压，对桩、柱产生侧压力和剪切力，将桩体剪裂，使断桩桩基上部向外偏移，致使墩柱与桥面同步发生偏移，另外，由于桥面质量及其横向约束产生的反力、各墩不均匀偏移，导致右幅1-3，2-3，3-4的6根墩柱外侧产生环向裂缝。

三、处理方案

（1）原则在充分考虑桥梁结构安全的前提下，以最少的投入和最短的时间纠正T梁、桩、柱错位，修复、加固桩基，保证桥梁结构稳定，线形顺滑，满足设计要求。

（2）施工方案在不破坏原桥的前提下，采用锚索牵引结合千斤顶多点顶推的纠偏方案，首先清方卸载，深挖基坑至桩基裂缝处以下1m左右，然后分别利用地锚和反力墙做承力点，由手动葫芦和千斤顶共同施力，多点联动作用，实现纠偏目的，最后按设计要求施工新增桩基和承台，并使之与原桩基、系梁、反力墙联结为一体，从而达到加固目的。

（3）施工顺序基坑开挖、护壁地锚施工浇筑挡土墙浇筑反力墙安装施力系统(千斤顶、手动葫芦)梁板顶升安装四氟板桩基裂缝清洗桩基墩柱纠偏、植筋更换支座梁板复位新增桩、承台施工基坑回填地面硬化。

（4）最大加载力的确定根据《混凝土结构设计规范》GB50010―2002，按圆形截面偏心受压构件考虑，计算截面最大抵抗弯矩为1 828kN•m。因此，可考虑每个千斤顶最大加载为250kN，合计千斤顶最大加载为1200kN。

四、施工方法

（1）清方卸载

为减少土对桥梁桩基、墩柱的侧压力，桥位处要求全部清理堆土至原地面标高，保持地面基本水平并密实隔水，排水通畅，桥位外侧靠河一侧弃土分层压实。在2-3，3-3，4-3桩基周围挖孔至6m左右，减少土体对桩基的侧压力，以提高纠偏效果。另外，对存在裂缝的桩基，采用高压水枪清洗裂缝，除掉裂隙中的岩屑，便于原桩基最大限度纠偏复位。

（2）基坑护壁

①在2，3号墩外侧灌注反力墙，规格6m×3m×1.5m，C25混凝土，为防止施力时反力墙外移，浇筑混凝土前，在反力墙基底打入5根I45，插入深度4m，外露2m，从而进一步加固反力墙，防止反力墙向外移动，确保纠偏时施力效果。

图2基坑支护示意

②在桩基靠坡一侧浇筑阶梯式挡土墙，防止边坡岩土向基坑内坍塌，如图2所示。桩基基坑内侧靠坡，由于坡度较大，深挖基坑时，边坡容易失稳，造成岩土坍塌，遇雨水渗透、冲蚀时，坍塌更为严重，无法开挖6m以下深度。为此，曾试图采用圆木桩支撑护壁，但木桩无法打入风化层，且支撑力不足，容易截断，事倍功半，后来，因地制宜，决定采用阶梯式挡土墙对靠坡坑壁进行围挡，施工程序如下:①在基坑靠坡一侧的最外边浇筑第1道挡土墙(C25)，规格8m×2m×0.75m;②第1道挡土墙达到设计强度的70%时，继续向下开挖，并浇筑第2道挡土墙(C25)，规格10m×2m×0.75m使第1、第2道挡土墙连为一体;③在挡土墙的两端，浇筑混凝土八字墙，最终组成U形挡土墙，八字墙端面埋入土层中，确保整个挡土墙的支撑稳定性，为继续往下深挖基坑创造条件。最后在受地形地貌条件严重限制的情况下顺利把基坑挖至6m，实现了纠偏程序的第1步。

③完成挡土墙和反力墙浇筑后，继续采用挖掘机深挖基坑至原桩基7m深度(弱风化层，裂缝位置)，开始凿除桩基裂缝周边的混凝土碎块，清洗桩基裂缝石渣、泥屑，以消除纠偏时的阻力。

（3）纠偏施工方案

目的如下:①纠正桩基位置，根据桩基位移方向，在桩基顶部与系梁结合处施加反力;②纠正墩柱的倾斜，保证墩柱的垂直受力;③纠正盖梁的不均匀受力;④纠正桥面系，保证盖梁均匀受力和桥形顺滑。为此，采用锚索牵引结合多点顶推的纠偏方案(见图3)，具体纠偏方案如下。

图3纠偏施工示意

①在桥位偏移较大的2，3，4号墩柱的桩系梁上安装半圆钢抱箍，每墩柱两侧各设2组锚索，锚索孔径130mm，每组锚索由3根φs15.2mm高强度、低松弛、强度级别为1 860MPa的钢绞线组成，锚索向下倾角25°。

②锚索全段需进行除锈、防腐处理。锚固段钢绞线只需清污除锈，自由段钢绞线还需涂抹防腐剂(如黄油)。

③锚固段架线环与紧箍环间隔89mm设置，紧箍环系16号铅丝绕制，≥2圈，自由段每隔200cm设置一道架线环以保证钢绞线顺直。

④采用无水钻进，高压风清孔，注浆材料为纯水泥浆，水灰比0.45～0.5，加入早强剂和减水剂，注浆压力≥0.6MPa，锚固端为弱风化砂岩，入弱风化层≥8m，保证每组锚索抗拔力≥400kN。

⑤向孔内注浆应符合:①注浆管的出浆口应插入距孔底300～500mm处，浆液自下而上连续灌注，且确保从孔内顺利排水、排气;②注浆设备应有足够的浆液生产能力和所需的额定压力，采用的注浆管应能在1h内完成单根锚索的连续灌注。

⑥锚索施工完毕后，通过锚具盘与手动葫芦(拉力200kN)连接，手动葫芦与30mm钢丝绳连接，共同构成锚索施力系。

⑦同样，在每个墩柱的柱顶端位置的水平位置布设2组锚索，锚索孔径130mm，每组锚索为3根φs15.2mm钢绞线，向下倾角25°，设计抗拔力为每组400kN，锚索通过锚盘与钢丝绳连接(钢丝直径30mm)。

⑧浇筑的反力墙距桩外侧0.8m，在桩顶靠河一侧安装半圆钢箍，然后反力墙与桩之间装设千斤顶(最大顶升力1 500kN)及底座。

（4）实施纠偏

①封闭交通现场，设置警戒线，桥面禁止车辆通行，作业范围内严禁非工作人员和设备在现场。

②设位移观测点，专人密切监测桥梁位移和竖向沉降。

③通过同步顶升系统，多点、同步、分次上顶，在2，3号桥墩盖梁与T梁之间，更换原有橡胶支座，重新安装四氟滑板支座，以减少纠偏时梁与板之间的摩擦力。

④在2，3号墩纠偏过程中，每个墩布设2个受力点，即分别设在桩顶与系梁连接处(此处安设千斤顶与锚索共同施力)和柱子顶端(2组锚索施力)。

⑤纠偏前，在桩基断裂处清除石屑、碎石块，并在受压一侧凿开一个缺口，以利桩基顺利复位。

⑥桩顶处千斤顶最大施力控制在1000～1200kN，柱顶处通过2组手动葫芦最大施力400kN，实施纠偏时，严格按照分级、合力、联动的方式进行，并及时观测、记录桥梁纠偏复位情况。

⑦固定。纠偏到位后，纠偏作用力不释放，以防止反弹。在新增桩基和承台施工完毕且基坑回填压实后，再分步释放作用力。

（5）观测记录分析

为确保桥梁在纠偏过程中万无一失，定时观测十分必要，通过每天观测2次，间隔时间基本一致，从而更真实地掌握桥梁复位的动态变化，为随时调整荷载大小和加荷方向提供参考数据，观测的数据有较真实的可比性。观测时间历时20d，即加载时间持续20d，加载是按分级联动，自下而上的方式进行的，在加载的上半段(9月5日至9月13日)，纠偏效果不太明显，主要原因是施力不足以及桥梁桩墩柱发生弹性变形，致使复位相对滞后。随着荷载的逐步加大，中间阶段(9月13日至9月22日)桥梁纠偏效果明显，基本上达到了复位目的，继续持荷，阻力相应增大，桥梁纠偏效果又变得不明显，至此，桥梁纠偏复位已进入稳定阶段，纠偏基本到位，继续持荷一段时间，至观测数据无显著变化后，开始进入加固施工阶段。

（6）桩基加固

主要针对桩基和墩柱的加固。实施纠偏前，挖开受损桩基，检查桩基受损情况，根据受损情况，采取加桩和加承台的方法，完成受力置换。对墩柱裂缝采用碳纤维包裹，再用混凝土胶材密封，确保碳纤维不受阳光照射。施工程序如下。

①设计考虑对2，3号墩采用新增桩基和承台的方法加固(见图4)，在右幅2，3号桥墩的3，4号桩基纵桥前、后各2.25m处每个桥墩新增4根桩基，桩径1.20m，设计桩长10m，C25混凝土，将新增的4根桩基及原桩用工字形承台连成一体。

图4桩基加固

②承台的钢筋混凝土将原系梁包裹，承台范围内原桩柱及系梁表面混凝土均需凿毛，并按设计图植筋，露出石子，确保承台与原墩柱、系梁连接可靠。

③植筋补强植入钢筋为HRB335螺纹钢筋，植筋胶为改性环氧树脂胶粘剂或乙烯基脂类胶粘剂。施工顺序:①按设计进行钻孔位置放样;②探明结构钢筋位置，使钻孔位置错开原结构钢筋;③钻孔必须用专用植筋钻机，不得使用冲击钻机，确保钻孔周边混凝土结构不受损害;④采用高压气吹洗孔内粉尘;⑤用胶液注射器由孔底向孔口注射植筋胶，胶量要保证钢筋插入后能充满整个钻孔深度;⑥混凝土强度等级大于C30时的植筋抗拔力可用平均破坏力的0.75倍(即87.5kN)控制，满足此值即认为植筋合格。

④桩基施工①新增桩基的施工放样必须用导线点坐标和水准点高程作为基准;②新增桩基必须嵌入弱风化基岩≥4m，否则需调整桩长和基底设计标高;③新增桩基采用人工挖孔桩，坑底以上孔口段采用砌砖围护。

⑤墩柱加固对右幅2，3号墩柱体裂缝用封闭胶进行封闭或灌注，然后对墩柱一层进口碳纤维粘结加固，再进行表面防紫外线处理。

⑥回填采用级配砂砾石回填桩、承台、系梁周边至承台顶，靠河一侧土体设盲水沟，再用黏土覆盖1m，向河道方向放坡2%并压实，在桥左侧沿山坡脚作截水沟，防止地表雨水渗入桥下土层。

五、结束语

通过对该桥梁的纠偏施及加固施工，在不破坏原桥的情况下成功地完成了大桥的纠偏与桩基加固施工任务，使大桥的质量安全达到了设计要求。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。