影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理

影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理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。本文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739m，由主桥、引桥及两头引道组成，其中主桥为8孔30m预应力T梁，直径1m钻孔灌注桩基础。两岸引桥共18孔，为14m～16m不等跨预应力空心板梁，直径1m钻孔灌注桩基础。南北两岸分别有引道100m和114m。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5m～9m。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20m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8m，宽6m，厚2m，承台以下为打入桩基础，桩长15m～17m，截面45cm×45cm的方桩，每墩打入桩数量18根，墩身方向分3排，桩间距1m～1m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7m，待清除老桥打入桩距新桥灌注桩最近距离5m，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3.1待拔桩位设钢护筒，待拔桩在钢护铜内，以偏移钢护筒中心40cm为佳(图1)。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。3.2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2m，孔径不小于80cm，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20cm～40cm，先后孔位应连续，以保证待拔桩与四周土完全分离。3.3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1g/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。3.4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：影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理图1待拔桩施工示意单位：mm4.实施步骤4.1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180mm，壁厚6mm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1m～2m，排间距1m。近墩身两排桩间距4m，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22m，宽7m，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350t，满足施工需要。拔桩实施前，用1m×0m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。4.2埋设钢护筒钢护筒采用厚度10mm钢板卷制而成，内径2m，为方便使用，护筒加工成单节长2m，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30cm～50cm，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1m～2m，根据经验能够满足钻孔需要。钢护筒就位后，用直径50cm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2m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。4.3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5cm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1g/cm３～1g/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30cm，孔壁距相邻孔及待拔桩侧面应有5cm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0m/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。4.4拔除钢筋混凝土方桩4.4.1拔桩要克服的阻力（1）桩侧摩阻力，可由公式P＝U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600kN～750kN。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倍～2倍。4.4.2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70cm，其上布置4排20cm×20cm×220cm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20t手拉葫芦和1套牵引力为35t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1h～1h，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1h～1h，以减小桩尖及桩侧产生真空引力影响，直至拔出桩体1m～1m。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。