桥墩纠偏及加固技术研究——以三淅高速柳家凹大桥为例.doc

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. 关键词：桥墩；纠偏，；加固；技术 ：U445.72：A：1673-260X（xx）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+987ZK73+368，全长381m,右线桥起讫桩号YK72+992YK73+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160cm，立柱140cm，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 xx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.xx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+250K72+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2030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13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. 4.10#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03号、右线02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415.2mm的1*7钢绞线，锚索孔径15cm，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100cm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03号和右线02号墩的桩基、立柱和盖梁. 4.24#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44#13#桥墩加固示意图），锚索采用415.2mm的1*7钢绞线，锚索孔径15cm，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. 4.312#13#桥墩的纠偏方案 根据监测结果显示，12#13#桥墩同属于ZK73+277ZK73+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