桥墩纠偏及加固技术研究——以三淅高速柳家凹大桥为例

付 魁

(中铁十八局集团第一工程有限公司三淅项目部,河南 郑州 450046;华东交通大学 土木工程学院,江西 南昌 330013)

摘 要:在河南省三淅高速建设过程中,由于西凹滑坡导致了柳家凹大桥0#~13#桥墩发生立柱偏位,严重影响到了大桥的正常施工和将来的运营安全.为了消除隐患,实现三淅高速公路年底通车的目标,本文在深入分析柳家凹大桥立柱偏位产生原因的基础上,确定并实施了滑坡治理和桥墩纠偏的处治方案,取得了预期效果.实践证明,本工程实施的立柱纠偏方法是成功可行的,对同类工程问题具有参考借鉴意义.

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关键词 :桥墩;纠偏,;加固;技术

中图分类号:U445.72 文献标识码:A 文章编号:1673-260X(2015)04-0054-03

在河南省三淅高速建设过程中,桥家凹大桥的立柱突发偏位,其中0#台偏位最大达60cm,严重影响了大桥的正常施工和将来的运营安全.由于事发突然,且工期紧张,参建方处理意见不统一,一时之间无法形成一个可靠的方案来解决问题,桥梁下部结构和25m箱梁预制等均处于停工状态.为了保证桥梁结构的安全可靠和三淅高速公路年底通车的目标,弘卢公司多次邀请并组织设计院多方面专家进行现场实地察看,在做了详细的地质勘察、监测等前期工作后,确定桥墩位移是由于西凹滑坡引起.本文论述了解决柳家凹大桥立柱偏位问题的实际经验,供同行学者交流讨论.

1 工程概况

  柳家凹大桥是河南省三门峡至淅川高速公路(灵宝-卢氏段)TJ11合同段内的一座分离大桥,左线桥起讫桩号ZK72+987~ZK73+368,全长381m,右线桥起讫桩号YK72+992~YK73+348,全长356m,上部结构为25m箱梁先简支后连续.下部结构为独桩独柱式桥墩.桩基直径φ160cm,立柱φ140cm,桥墩横向布置2根桩柱,具体构造如图1所示.

2 桥墩偏移情况

2011年6月柳家凹大桥桥下部工程完成后,全部经过了中间验收,施工质量达到设计和规范的要求.2011年7月7日,项目部准备进行箱梁架设,对垫石中心放样时发现0#~3#墩顶中心产生不同程度的偏位.当时怀疑桥墩偏位是否受K72+250~K72+800段滑坡影响(本标段另一个滑坡).设计院专家根据近一个月的监测和对地质情况进行了补充勘察,确定此桥位处于西凹滑坡带上.得此情况后,项目部立即组织测量人员对该桥其它桥墩进行监测,发现4#~13#墩也有偏位,且0#~13#桥墩的偏移方向一致,均为沿线路前进偏左(东南)方向呈20~30度角.根据监测数据显示,桥墩仍处于持续变形阶段,受雨水影响较大,最大着位移变化达到6mm/d,详见变形观察记录表1.

3 滑坡成因分析

西凹滑坡桥台及桥墩变形机理如下:

(1)填方后堵塞了原冲沟,雨水后在填方路基右侧产生一汇水区,汇水区长期存在,使得填土边坡坡脚处土体被长期浸泡,原本处于平衡状态的斜坡被破坏;

(2)部分地表水漫流至1~3号墩,长期浸泡软化桩基土体,其下伏基岩为泥质粉砂岩和砾岩,泥质粉砂岩遇水易软化,成半土状,而砾岩遇水易松散;

(3)黄土及砾岩为透水层,滑带土体被浸泡软化,抗剪强度下降,滑体重量增大,从而使整个桥台右侧边坡出现加速蠕滑现象.9月20日进入现场调查出现多条贯通裂缝,滑体表面出现多处错台和拉裂缝.滑体两侧出现明显的剪切裂缝.9月20日后,卢氏县降雨较多,使个滑体持续保持蠕动状态.

综上所述,西凹滑坡是由于泥质粉砂岩具有不透水性,造成两种岩层的接触带处形成积水现象,泥质粉砂岩浸水后岩体强度较低等内因作用,以及在长期降雨、坡面积水以及填土加载等外因综合作用下形成的结果.

4 桥墩纠偏治理方案

由于该桥位于滑坡地段,性质复杂,外扰因素多,对滑坡的认识只依据钻孔及调查资料是很难准确把握,所以只有随工程实施过程所揭露的地质情况及深孔位移、地表位移检测情况做进一步的分析和认识,因此对于柳家凹大桥桥墩纠偏冶理工程进行分期实施是必要的.

4.1 0#~3#桥墩的纠偏方案及施工顺序

为了确保桥墩上部结构运营中的正常使用,以及三淅高速公路运营的安全,防止因滑动带活动使桥墩再次产生偏斜.在考虑了桥位处滑动带的岩土工程性质,及0#~3#桥墩的偏移量等因素并结合理论计算分析,拆除左线0~3号、右线0~2号墩立柱,在原址重新施作桩基和立柱,因此不需要进行纠偏,只需要按滑坡冶理即可.桩基直径变更为180cm,立柱直径160cm,盖梁长为141.6cm,跨距不变,如图2所示.具体施工顺序如下:

第一步:清方减载、反压回填.挖除0#台右侧滑体上部部分松散堆积体,放缓边坡坡率,堆放在0#左侧滑坡前缘冲沟内,进行填土反压,提高滑坡体稳定性.反压时,必须做好地下排水工程,填筑体不能堵塞原有地下水出口,必要时要增加盲沟等排水设施,避免抬高滑体的地下水位.

第二步:排水.治理滑坡首先着眼于对水的处理,特别是作用于滑动面的水.在大桥0#台右侧滑坡体周边设置环状截水沟,及在滑坡体内设置树状排水沟,对已有的裂缝进行填充碾压夯实,以拦截流经滑坡的地表水,以避免地表水下渗,增大滑体重量,软化滑动带,降低其强度.

第三步:设置抗滑桩.分别在柳家凹大桥0#~3#台左右两侧顺桥向布设了20根4m*3.5m的预应力锚索抗滑桩(见图3西凹滑坡防治设计平面图),水平间距5米,桩长40米,人工挖桩成孔.在距桩顶0.75m和1.5m处各设一道预应力锚索,锚索采用4Φ15.2mm的1*7钢绞线,锚索孔径Φ15cm,第1道锚索长度L=50m,下倾角20度,第二道锚索长度L=42m,下倾角30度.锚索锚固长度均为10m,每道锚索设计荷载为450KN.在挖抗滑桩之前,先在桩孔下方设一排Φ100cm降水井,降水成孔采用旋挖机械成孔,孔深大于桩底深5米,孔内采用预制无砂混凝土井管进行排水,井管周围回填砂卵石.抗滑桩要在减载反压提高滑坡体的稳定性之后在施工,避免出现安全隐患.

第四步:滑坡观测.在预应力锚索抗滑桩完工之后,在每根桩顶建立位移观测点,观测其一个月的数据,确定滑坡体基本趋于稳定后.然后在施工左线0~3号和右线0~2号墩的桩基、立柱和盖梁.

4.2 4#~11#桥墩的纠偏方案

根据《柳家凹大桥墩台位移观测记录表》表中数据分析来看,4#~11#桥墩的变形已满足规范要求,只有在连续降雨后一段时间后桥墩位移量才变大,说明线路右侧山坡是趋于稳定状态.介于此情况,经设计专家讨论分析后,接下来只需对4#~11#桥墩进行加固,防止桥墩继续变形,具体加固措施是:

(1)平整桥基和桥基右侧附近自然冲沟,使冲沟坡度不小于5%,以保证桥基附近不出现坡面积水现象.

(2)在线路左侧增设一排预应力抗滑桩进行加固.共增设34根,桩截面尺寸为1.75*2.5m,水平间距5米,桩长24米.在距桩顶0.75m和1.5m处向设一道预应力锚索(见图4 4#~13#桥墩加固示意图),锚索采用4Φ15.2mm的1*7钢绞线,锚索孔径Φ15cm,第1道锚索长度L=35m,下倾角20度,第二道锚索长度L=30m,下倾角30度,每道锚索设计荷载为450KN.

4.3 12#~13#桥墩的纠偏方案

根据监测结果显示,12#~13#桥墩同属于ZK73+277 ~ZK73+345段滑坡.由于线路右侧原冲沟处有约15.5m厚的软土层,而西凹隧道开挖的弃碴直接倾倒在桥墩旁边,在填土荷载作用下,软土地基必然产生挤压和沉降现象,再加上填土层透水性强,当出现降雨、积水时,填土荷载增加,由于水渗透作用,使土体出现蠕滑变形,最终导致桥墩出现位移.根据以上分析桥墩偏移原因,提出12#~13#桥墩偏位的治理同滑坡共同进行,主要采用削坡减载、坡面截排水、填土反压等措施,具体施工顺序如下:

(1)清除线路上自然冲沟内增加的隧道弃碴,恢复原有冲沟地形,以降低填土固结沉降变形,消除不均衡水平土压力,消除立柱的弹性变形.经实测,现场弃碴清除后立柱立即回位了1.2cm,事实证明隧道弃碴也是产生立柱偏位的原因之一.

(2)沿滑体周界外5m设置环滑体截水沟,在滑坡设置一道坡面截水沟,平整桥基右侧附近自然冲沟,使冲沟坡度不小于5%,以保证桥基附近不出现坡面积水现象.

(3)分别在12#和13#桥墩周围,开挖断面直径为250cm的圆形探坑,开挖为深度15m(见图5).开挖后未发现桩基周有明显的裂缝、剃切等破坏.

(4)开挖出的土方量堆载到桥的另一侧,进行填筑反压.

(5)开挖反压后,在墩顶建立观测点,每天分析立柱位移和垂直度的变形数据.

(6)待桩基复位至规范允许的5cm范围之内,对开挖基桩进行回填夯实,再对桩体基周围土体进行注浆加固措施,以预防纠偏后的再次偏位.

5 结语

纠偏和加固处治的目的是使桥墩的变形控制在规范允许的范围内,且保证处治后的桥墩仍然满足设计承载力要求.本文通过对柳家凹大桥0#~13#桥墩采取纠偏及加固措施后,经设计院进行全面检测,其变形满足规范要求,且桩基和立柱均未发现裂纹,满足设计要求,达到了预期的效果.可以说本工程实施的立柱纠偏方法是成功可行的,特别针对发生在弃土堆、山坡洼地和不良地质带等环境下的立柱偏位问题具有较强的适用性,且纠偏效果能够得到保证.

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参考文献

〔1〕张天明.桥墩病害处治方法探索[J].公路交通技术,2008(1).

〔2〕吴徐华,袁述林,邓爽.桥墩立柱偏位分析与纠偏处治[J].公路工程,2013(1).

〔3〕中交第二公路勘察设计研究院有限公司.三门峡至淅川高速公路灵宝至卢氏段K73+100~K+73+430段滑坡防治施工图.2012.10.

浏览次数:  更新时间:2015-09-24 13:31:02
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