陳永栓

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司,北京 101100)

受鄰近地下市政工程施工的影響,北京東三環(huán)國貿(mào)主橋異型板區(qū)域基礎(chǔ)沉降嚴(yán)重,并導(dǎo)致上部梁體構(gòu)件發(fā)生顯見的裂縫。為此自2008年底至次年8月,對該異型板區(qū)域?qū)嵤┝私煌ú婚g斷條件下的綜合補(bǔ)強(qiáng)加固,綜合加固中涉及對橋梁基礎(chǔ)、下部橋墩、上部梁體的全面加固補(bǔ)強(qiáng)。通過該方案的實(shí)施,徹底消除了橋梁結(jié)構(gòu)的安全隱患,使用長達(dá)3年之久的橋梁臨時支撐體系得以拆除,橋下場地還建。該工程實(shí)施中的加固原則、施工關(guān)鍵技術(shù)、新型工藝與設(shè)備可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 橋梁基本情況

國貿(mào)橋異型板位于北京市東三環(huán)中路與建國門外大街交叉路口北側(cè),橋梁上部19軸、19-1軸、20軸范圍所在的異型板連接主橋與匝道橋,東西兩幅之間設(shè)縫,其南北向長35.6 m,東西向長65.0 m,面積約1 800 m2。異型板南北兩側(cè)(17軸～19軸、20軸～22軸)橋梁上部均為簡支梁結(jié)構(gòu)。

異型板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),厚度0.76 m,19-1軸板下設(shè)置中橫梁,該梁與異型板為整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),中橫梁高3.16 m,底部寬1.5 m；橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,每承臺下設(shè)4根樁,樁徑1.2 m,樁長26～31 m；兩處橋墩承臺尺寸為5.5 m×5.5 m×2.0 m,頂部埋深約1 m；承臺上設(shè)置1.5 m×2.0 m的獨(dú)立橋墩,橋墩與中橫梁間設(shè)置球形固定支座。橋梁平面及剖面參見圖1、圖2。

圖1 橋梁異型板區(qū)域總平面(單位：m)

圖2 19-1軸橋梁剖面(單位：m)

1.2 地鐵施工對橋梁的不利影響

在地鐵施工期間,橋梁沉降受到嚴(yán)密監(jiān)控,在鄰近地鐵車站施工期間,橋梁總沉降量和差異沉降量均得到有效控制；但在后期地鐵區(qū)間施工中,區(qū)間工法由盾構(gòu)法改為淺埋暗挖法,增加了鄰近橋樁的區(qū)間施工橫通道,對于樁側(cè)地層未實(shí)施針對性的加固或隔離,致使橋梁總體沉降規(guī)模和差異沉降規(guī)模均進(jìn)一步發(fā)展。

橋梁上部異型板下緣出現(xiàn)大量裂縫,中橫梁出現(xiàn)危及安全的剪切裂縫,橋梁基礎(chǔ)受地鐵施工影響發(fā)生沉降,其承載力儲備處于難以評估的狀態(tài)。

1.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

施工區(qū)域地貌上屬永定河沖擊扇中下部,沉積土層除地表人工填土層外,主要為第四紀(jì)沉積層,巖性主要為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、砂土、圓礫、卵石等交互土層。所涉及到的地下水類型,按地下水的賦存條件屬于第四紀(jì)松散巖類孔隙水；按水力性質(zhì)分為上層滯水、潛水和承壓水。上層滯水與地表水聯(lián)系密切,其來源主要是大氣降水、管道滲漏水補(bǔ)給,水位高程31.16～38.13 m(水位埋深0.7～7.4 m)；潛水水位高程為24.35～26.78 m(水位埋深為11.92～14.78 m)；承壓水水頭高程為15.63～17.9 m(水頭埋深為23.1～25.40 m)。

2 橋梁加固實(shí)施方案

2.1 橋梁加固原則

(1)橋梁下部應(yīng)具有足夠的抗力儲備,其極限承載力應(yīng)可以估算或計算。

(2)橋梁基礎(chǔ)承載力應(yīng)考慮地鐵擾動形成的樁周負(fù)摩阻。

(3)在橋梁基礎(chǔ)加固時,其下部不均勻沉降致使上部荷載重新分布導(dǎo)致的新的附加作用應(yīng)計入基礎(chǔ)承載力計算。

(4)對于新建基礎(chǔ)后期可能產(chǎn)生的沉降,先期應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。

(5)應(yīng)考慮不間斷行車條件下的加固措施,并計入其不利影響。

2.2 橋梁加固方案

受地鐵施工及多方面綜合因素影響,異型板區(qū)域墩柱累計沉降較大,產(chǎn)生了不同程度的裂縫。經(jīng)過多次專家會論證,制定如下加固方案。

(1)針對19-1軸東、西橋墩基礎(chǔ)部分采用補(bǔ)樁加固方案,即在原承臺南北兩側(cè)各加1根樁,在原承臺之下,新建南北向兩樁承臺,使新老承臺組成疊合截面共同受力?；A(chǔ)加固結(jié)構(gòu)總圖見圖3、圖4。

圖3 新加樁基與既有承臺位置關(guān)系平面(單位：cm)

圖4 新加樁基與既有承臺位置關(guān)系及地質(zhì)剖面(單位：cm)

(2)由于中橫梁開裂較為嚴(yán)重,采用主動加固的理念,設(shè)計思路為：在既有橋梁墩柱兩側(cè)增設(shè)2個鋼墩柱,鋼墩柱支撐鋼蓋梁,蓋梁上設(shè)置“測力可調(diào)盆式橡膠固定支座”對橫梁進(jìn)行支頂,將原橋的“單點(diǎn)支承”轉(zhuǎn)化為“三點(diǎn)支承”,從而改善橫梁的受力條件；同時對橫梁進(jìn)行粘貼鋼板加固,增加其本身抗剪能力。加固示意見圖5。

圖5 中橫梁加固示意(單位：cm)

(3)對于異型板底的加固，針對不同部位裂縫的成因及破壞狀況不同,分析其破壞特點(diǎn),最后確定全橋底板粘貼鋼板方案。其總平面見圖6。

圖6 異型板底粘貼鋼板平面(單位：cm)

2.3 加固工程的重點(diǎn)及難點(diǎn)

(1)施工場地局促。由于施工場地位于橋下,起重機(jī)械難于發(fā)揮效力,場地布置須緊湊,各種工料需要根據(jù)工序進(jìn)展頻繁倒運(yùn)。

(2)橋梁存在安全隱患,施工中須確保其結(jié)構(gòu)安全。新加樁距既有樁凈距不足2 m,施工中會擾動舊樁,進(jìn)一步削弱基礎(chǔ)承載力；測力支座安裝過程中,需對中橫梁施加3 000 kN頂力,須防止對橋梁結(jié)構(gòu)造成損壞；異型板底粘貼鋼板時,需采用化學(xué)錨栓固定于橋面,在橋面下打孔近萬,過程中須避免損壞既有橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋。

(3)鋼結(jié)構(gòu)加工精度要求高,安裝難度大。

(4)測力可調(diào)支座安裝難度大,其安裝精度要求誤差在2 mm內(nèi)。對鋼蓋梁施加3 000 kN頂力時,需要做到液壓同步頂升,嚴(yán)格控制鋼梁的撓度,以實(shí)現(xiàn)支座的應(yīng)力轉(zhuǎn)換。

3 橋梁加固關(guān)鍵技術(shù)

3.1 新建樁體成樁技術(shù)

(1)主要成樁工藝

樁基從地面開始先進(jìn)行人工挖孔作業(yè)至15 m,再采用正循環(huán)鉆進(jìn)工藝機(jī)械成孔至設(shè)計高程；人工挖孔部分樁徑為1.5 m,鉆孔部分樁徑為1.2 m；增加樁底及樁側(cè)后注漿措施,提高樁基承載力。

(2)樁底及樁側(cè)后注漿設(shè)備與工藝

注漿設(shè)備：注漿泵采用3SNSA型高壓注漿泵,功率18 kW。

注漿材料：注漿施工主要材料為普通硅酸鹽水泥,漿液水灰比為0.6。

注漿時間：樁身混凝土灌注完畢24 h內(nèi),用清水打通注漿管,在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后開始注漿。

注漿順序：先樁側(cè)后樁端,樁側(cè)注漿先上后下。

注漿壓力及注漿量：后注漿質(zhì)量控制采用注漿量和注漿壓力雙控方法,以水泥注入量控制為主,泵送終止壓力控制為輔。設(shè)計單樁水泥用量3 000 kg,樁端注漿壓力不小于2.0 MPa；樁側(cè)注漿壓力不小于1.0 MPa,持荷5 min,壓漿流量不宜超過75 L/min。

3.2 樁體受力轉(zhuǎn)換與擴(kuò)大承臺技術(shù)

新建承臺的施工順序為：基坑開挖→樁頭處理、安裝鋼套箍、澆筑封底混凝土→工字鋼梁吊裝→安裝千斤頂并施加2 000 kN頂力→承臺植筋→綁扎鋼筋→澆筑承臺及樁頂二次后澆帶混凝土→基坑回填。其局部構(gòu)造參加圖7?，F(xiàn)場實(shí)施中鋼梁就位與千斤頂布設(shè)的狀況參見照片1、照片2。

圖7 樁體、承臺受力轉(zhuǎn)換局部構(gòu)造(單位：cm)

照片1 托換鋼梁就位

照片2 千斤頂鋼梁下就位

3.3 異型板中橫梁頂升受力轉(zhuǎn)換(照片3)

照片3 千斤頂中橫梁下頂升

將原橋的“單點(diǎn)支承”轉(zhuǎn)化為“三點(diǎn)支承”是本工程的核心技術(shù),其關(guān)鍵工序及工藝如下。

(1)安裝測力可調(diào)支座及千斤頂

鋼墩柱及蓋梁安裝就位后,在蓋梁預(yù)留位置安裝測力可調(diào)支座,同時每處支座兩側(cè)安裝千斤頂調(diào)高,范圍是5～15 mm。

(2)千斤頂施加頂力

①每側(cè)千斤頂頂推橫梁到3 000 kN,理論上與支座對應(yīng)的蓋梁產(chǎn)生向下8 mm撓度。

②為保證支頂效果,施加頂力與蓋梁撓度應(yīng)相互校核,頂力1 000 kN時撓度2.7 mm,頂力2 000 kN時撓度5.3 mm,頂力3 000 kN時撓度8 mm,出入較大時,查明原因再進(jìn)行下步施工。

③支頂過程中,觀察橫梁和異型板裂縫是否有發(fā)展,如發(fā)展明顯,立即停止施工。

(3)支頂力轉(zhuǎn)移至支座

①千斤頂支頂完畢后,緩慢卸載,將支頂力轉(zhuǎn)移到支座上。

②通過調(diào)整,觀察油囊內(nèi)的壓力表指示是否滿足設(shè)計要求,如不滿足,重新調(diào)整,直至滿足,然后把螺桿旋入螺紋鎖死孔,將梯形螺紋鎖死。

③最后，支座整體安裝防塵橡膠圍板進(jìn)行防護(hù)。

3.4 異型板板底補(bǔ)強(qiáng)加固(照片4)

照片4 板下粘貼鋼板完畢

在進(jìn)行異型板補(bǔ)強(qiáng)加固方案時,按照以下控制參數(shù)及工藝實(shí)施。

(1)采用全橋底板粘貼鋼板的全區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)方案。

(2)鋼板采用Q345-D級鋼,厚8 mm。

(3)鋼板根據(jù)裂縫分布情況采用為1.5 m寬、0.5 m寬和不規(guī)則3種。

(4)采用進(jìn)口化學(xué)錨栓與橋面固定,對于1.5 m寬和不規(guī)則鋼板采用M16錨栓固定,間距40 cm,0.5 m寬鋼板采用M12錨栓固定,間距50 cm。

(5)錨栓打孔前對既有橋面結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行雷達(dá)探測,防止損壞鋼筋。

(6)粘鋼結(jié)構(gòu)膠采用高強(qiáng)度、耐久性好、適合施工季節(jié)氣溫的改性環(huán)氧粘結(jié)劑,須滿足《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》A級膠性能要求。

4 效果評價及其他

本工程實(shí)施中,對橋梁結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵部位位移和應(yīng)力狀態(tài)實(shí)施了全程監(jiān)測,用以掌握橋梁維修加固期間結(jié)構(gòu)各主要受力構(gòu)件的受力狀態(tài),確保橋梁在加固施工期間的安全運(yùn)行。本工程于2009年8月完工,達(dá)到了預(yù)期的加固效果,橋梁的風(fēng)險隱患得以消除,社會效益明顯。

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