桥墩桩基施工现场偏位原因分析

桥墩桩基施工现场偏位原因分析

由于河流、海陆公路和铁路桥的立柱基础基本上都采用大直径桩基，都是独立桩基，因此对桩基的高度有严格的限制。然而,在桩基施工过程中,因施工处理不当、地质情况复杂等原因造成桥墩特别是基桩偏斜的现象时有发生。桥墩桩基有别于民有建筑的桩基,其直径大,造价高,工期要求较紧,施工条件差、难度大,当出现较大偏差时必须在原位继续成桩,施工难度更大。因此偏斜后的基桩的处理显得非常重要,下面是福宁高速公路某特大桥15号墩右幅墩桩基偏位的原因及纠偏处理办法,供同行们参考。1项目总结1.1特名桥桥总体结构该特大桥位于福建省霞浦县,全长522.0m,南北走向,北始柯头山(0号台),南接虎屿岛(17号台),桥墩跨度30.0m,单幅桥面净宽11.0m。该桥设计为开字形桥墩,T型桥梁结构。桥墩下基础为∅1500∅1500的冲击钻孔钢筋混凝土灌注桩,桩长12.0~43.0m,嵌入弱风化花岗岩1.50m;上部为系梁、墩柱、盖梁。墩柱直径1.30m。其中15号右幅桩长15.80m;系梁、墩柱、盖梁高13.90m;桩底至系梁面17.00m,至盖梁面总高29.70m。根据15号墩右幅墩桩基施工和地质钻探揭示,该墩桩基所处位置地质自上而下主要土层见图1,淤泥层的主要物理力学性能指标见表1。1.2桩身偏移分析基桩偏移有两种情况:一种是桩发生整体平移;另一种是桩底固定,桩顶发生偏移,桩身呈弯曲状态。由于该桥墩桩基桩端嵌入弱风化花岗岩,基桩施工在便道路基填筑之前,故路基施工过程中的不平衡荷载通过软基作用在桩身上,使基桩的受力状态同被动桩相同,当不平衡荷载超过桩身的抵抗能力时,桩发生偏移,因此本桥桩基属于弯曲偏移。15号桥墩南由于侧受16号墩基础围堰施工及桥梁施工便桥引桥填土的影响,该桩基又靠近岛屿的岸边淤泥自海岸线向桩基方向逐渐变厚形成下滑趋势,因此靠近便桥堆土一侧的两个墩柱桩基受堆土荷载的作用有向北侧移位的趋势。综上分析结合钻孔灌注桩的施工特点,该墩柱桩基偏位存在以下几个方面的原因:①15号墩所处位置地质淤泥层较厚,基桩抗水平力较差;②15号墩距南岸较近,因基岩面斜度较大,在引桥堆土荷载作用下淤泥有向北滑动的趋势;③弱风化岩体在冲锤冲击成孔过程中,造成原桩周裂隙已较发育且抗压强度较低的岩体呈块体碎裂状,使桩底产生偏转和位移的空间。笔者根据施工现场路基的堆土高度,取桩南侧堆载值30.0kPa,按弹性理论“m”法初估的桩顶位移约21.0mm。由桩身偏移是一个徐变的过程,由堆土时间推算,墩柱和桩基的变形过程历经了近三个月时间的积累,因此实测的变形大大超过理论计算值。至2001年9月19日发现时,其两墩柱中心线在盖梁顶处均偏移297.0mm,桩基中心线在系梁面处向北偏移170.0mm,偏斜率1%。偏位情况见图1,便桥堆土及围堰平面见图2。2干预方案和实施过程2.1低应变动测检测方法在桩顶最大偏位达到170.0mm的情况下,首先必须判定桩身是否断裂,通常判断桩身是否断裂一般采用低应变桩身完整性检测来判定,但由于桥墩的系梁和盖梁均已施工,采用低应变动测(反射波法)进行检测必须采取一些特殊的措施,有一定的难度。经研究决定先将南侧的便桥堆土卸除,通过对卸荷前后桩顶的变位情况来判断桩身是否断裂,只要桩身不发生断裂桩就会产生一定的回弹,如果桩身断裂桩顶的回弹量就很小甚至没有回弹。经过5d的卸荷回弹观测,两基桩桩顶分别回弹了29.8mm和44.5mm,如此大的回弹值表明该桩没有发生断裂现象,可以对其实施纠偏。2.2桩身返还后,基桩偏位也是常见的解决纠纷偏移后桩身仍处于微弯顺直状态,无产生断桩现象。因此,若能纠偏回正,则对该桩基今后的使用不会产生太大影响。如果将其拆除,则难度很大,工期很长,且对地层的破坏也较严重。从整个施工工期来看,拆除返工的方案不可取,成本也很高。对此,大家一致认为先行纠偏,然后根据实际纠偏效果再行处理。根据以上对桩身的受力分析可知,要使桩基复原,就必须在其偏移的一侧人为地施加外力来克服桩身原有的压力差,并使桩基移位直至桩基复原为止。通过对基桩偏位的分析研究结合现场施工条件,决定采取:①南侧挖坑卸载;②坑内抽水减压;③北侧堆土反压;④桩顶滑车组牵拉回位,“四管”齐下的综合纠偏方案。2.2.1反挖外侧适用的桩基于桩南侧便道施工堆土是产生桩顶偏移的主要原因,且卸除堆土加载后桩的反弹效果明显,因此,可以采用反其道而行之的办法,用反铲将桩南侧的淤泥挖至一定的深度以减小南侧淤泥对桩的主动土压力。采用理正基坑软件(F-SPWV5.04)按弹性法计算,当挖坑深度2.5m,挖坑面积约30.0m2时,桩顶计算位移约17.0mm,如果在挖坑内同时降水则计算桩顶位移可达49.0mm,计算结果见图3、图4。2.2.2桩顶位移计算为了加速桩基的回位,减少纠偏工期,确保桥梁施工能预期完成,在挖坑抽水的同时,将南侧挖出的土填放在北侧以增加北侧的主动土压力,同时在桩顶系梁处施加向南的牵拉力(经计算在确保桩身强度的前提下单根桩顶可施加500kN的牵拉力)。在不考虑桩顶水平牵拉力的情况下,考虑北侧的堆填荷载25.0kPa,南侧挖坑2.5m深并保持抽水,按弹性方法计算桩顶位移约78.0mm,计算结果见图5。因此上述措施加上桩顶牵拉和南侧卸荷后桩顶经过一段时间的徐变回位后,完全可以确保两桩恢复原位。3灌注桩的拉拉压基、拉滑车组堆载在实际纠偏施工中,我们采用PC200型反铲在15号墩西侧(距15号墩6m处)填一条便道绕到15号墩北侧堆载(堆石高度约0.8m,面积约100m2,重约160t),再将反铲站在15号墩右幅两墩柱间向南侧挖坑,挖坑之土石堆向北侧,从而再加大北侧堆载。这样,北侧总堆载约260t。同时我们在两墩柱根部(系梁面)向南各设一组“走10”滑车组,滑车组另一端栓在已埋设好的“地锚”上,其跑头用5t手拉葫芦施拉,使各滑车产生约40t的牵拉力,在牵拉前对桩身截面进行了综合计算和分析,计算结果表明配有22∅28HRB33522∅28ΗRB335钢筋和∅12@150∅12@150箍筋的∅1500∅1500冲孔混凝土灌注桩可满足抗剪和抗弯要求。在滑车组施拉过程中,不间断地用潜水泵抽去南侧坑内积水以达到减压的目的。牵拉力保持在40t左右,让桩身南侧土体产生压缩徐变,使其桩身连同墩柱向南徐徐回正。整个纠偏过程用了近一个月的时间,两桩各阶段纠偏措施见表2,回位情况见图6,不难看出北侧填土和桩顶牵拉的效果非常明显,回位情况和计算结果比较吻合。4桩身完整性检测回正后,我们先放松滑车组牵拉力,保持北侧堆载,让其稳定一段时间。为了验证桩身纠偏后的完整性,我们在系梁底0.40m处的桩身凿一个宽0.40m,深0.35m,高0.60m的小洞,并委托“福建省建筑工程质量监督检测中心站”用低应变动力检测(反射波法)进行桩的完整性检测。检测结果表明:两桩桩身完整,无发现裂缝,均为Ⅰ类桩完整桩。经过一定时间的观测,在确保桩顶变形稳定的前提下,将北侧大部分所堆之土石填入南侧坑内,并将部分大石块用反铲压入桩身北侧,以作加固,防止桩身重新回弹。经监理工程师同意,开始架设T型桥梁,并用全站仪继续跟踪观测。至架梁完毕,