王建權(quán)

(水利部河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津 300250)

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在橋臺(tái)加固中的應(yīng)用

王建權(quán)

(水利部河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津 300250)

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)由于其高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),近年來(lái)在各類巖土加固工程中得到了廣泛的應(yīng)用,高家莊2號(hào)橋臺(tái)加固采用了對(duì)穿預(yù)應(yīng)力鋼筋加固技術(shù),在加固工程施工過(guò)程中,為了保持橋臺(tái)的穩(wěn)定采取了臨時(shí)加固措施,通過(guò)對(duì)這一工程實(shí)踐特點(diǎn)的分析和論述,在施工程序和方法方面進(jìn)行了探討和總結(jié)。

橋臺(tái)加固;預(yù)應(yīng)力錨固;鉆孔;臨時(shí)加固;施工程序

預(yù)應(yīng)力巖土錨固技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)初的英國(guó),其巧妙利用了預(yù)應(yīng)力鋼材的高抗拉強(qiáng)度和調(diào)用并提高了巖土體自身的強(qiáng)度及自穩(wěn)能力,充分挖掘了巖土體的潛能[1]。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的最大特點(diǎn),是盡可能少地?cái)_動(dòng)被錨固的巖體或土體,并通過(guò)錨固措施合理地提高可利用巖體或土體的強(qiáng)度。所以預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)是最為高效和經(jīng)濟(jì)的加固技術(shù),因此得到了各行各業(yè)的高度重視和迅速的發(fā)展[2]。

1 工程概況

高家莊2號(hào)橋位于石太高速公路 K173+665里程處,竣工于1994年8月,橋梁上部結(jié)構(gòu)為1～30 m等截面懸鏈線空腹式拱橋,橋臺(tái)為U型重力式,塊石鑲面,漿砌石圬工,基礎(chǔ)為端承式,橋面寬為2115 m。1997年7月,橋臺(tái)前墻出現(xiàn)垂直的裂縫,并向兩側(cè)鼓張,經(jīng)論證需要對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行加固。

1.1 橋臺(tái)加固方案

(1)橋臺(tái)前墻增設(shè)網(wǎng)格狀鋼筋混凝土梁,并與側(cè)墻形成整體;(2)橋臺(tái)側(cè)墻增設(shè)40 cm鋼筋混凝土墻,并用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋加固,墻下增設(shè)混凝土支撐柱;(3)橋臺(tái)路基加固采用鉆孔灌漿處理。加固示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 橋臺(tái)加固示意圖(陰影為加固部分)

1.2 設(shè)計(jì)施工程序

(1)開(kāi)挖側(cè)墻支撐柱基坑,澆注混凝土支撐柱;

(2)綁扎前墻及側(cè)墻普通鋼筋、安放槽鋼,將前墻和側(cè)墻形成整體結(jié)構(gòu),澆注前墻及側(cè)墻混凝土(預(yù)留錨固鋼筋孔和注漿孔);

(3)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后在橋臺(tái)側(cè)墻鉆孔,在鉆孔中放入鋼管及高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋;

(4)張拉預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋,錨固、灌漿、封錨;

(5)橋臺(tái)路基灌漿加固。

1.3 橋臺(tái)地層情況

(1)瀝青路面及墊層,厚度約20 cm;

(2)灰土回填層,厚度約40 cm;

(3)素填土層,厚度約50 cm;

(4)下伏雜填土層,厚度約11 m,雜填土層多為碎石,粒徑>50 cm的塊石含量>50%,偶夾粘土薄層,該層塊石間架空結(jié)構(gòu)多、空隙大、結(jié)構(gòu)松散,是造成橋臺(tái)出現(xiàn)裂縫和不穩(wěn)定的關(guān)鍵地層,預(yù)應(yīng)力鋼筋鉆孔正好穿過(guò)此層。

本加固工程的特點(diǎn)是:預(yù)應(yīng)力錨固是橋臺(tái)加固的主要措施,錨固孔為穿透式(對(duì)穿式),預(yù)應(yīng)力加固方式,錨固鋼筋為高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋,螺紋鋼筋直徑32 mm,長(zhǎng)2270 mm,保護(hù)鋼管外徑70 mm,內(nèi)徑54 mm,槽鋼為18號(hào)。見(jiàn)圖2。

圖2 錨固方法示意圖

2 施工程序分析與調(diào)整

2.1 影響施工的關(guān)鍵因素分析

由于鉆孔位置恰好位于碎石土層中,極不利于鉆孔的成孔和導(dǎo)正,更不利于預(yù)應(yīng)力鋼筋外護(hù)鋼管的下入,因此,鉆孔能否成孔和鋼管能否成功下入是加固工程能否順利實(shí)施的關(guān)鍵工序。

2.2 槽鋼安放與鉆孔施工順序分析

設(shè)計(jì)方提出的施工程序要求先安放槽鋼后再進(jìn)行錨固鉆孔的施工。鉆孔需要穿透2115 m寬的橋臺(tái),鉆孔在到達(dá)橋臺(tái)對(duì)面時(shí)出現(xiàn)偏移是無(wú)法避免的,所以先安放槽鋼必然會(huì)導(dǎo)致槽鋼位置和鉆孔位置出現(xiàn)偏差,偏差出現(xiàn)后,只能移動(dòng)并重新安放槽鋼才能使螺紋鋼筋準(zhǔn)確穿過(guò)槽鋼進(jìn)行張拉、錨固。錨固鉆孔不可避免的偏移,勢(shì)必會(huì)造成重復(fù)施工,不僅會(huì)造成浪費(fèi),也會(huì)使側(cè)墻加固的質(zhì)量受到影響。

2.3 路基灌漿與錨固鉆孔施工順序分析

若首先進(jìn)行錨固鉆孔的施工,由于橋臺(tái)內(nèi)部地層松散、架空結(jié)構(gòu)多,水平鉆孔施工過(guò)程中會(huì)嚴(yán)重?cái)_動(dòng)原有的地層結(jié)構(gòu),破壞原有的應(yīng)力平衡,很可能會(huì)造成路面塌陷,致使橋臺(tái)失穩(wěn)。因此首先處理結(jié)構(gòu)松散的碎石土層不但會(huì)給以后的鉆孔的施工帶來(lái)極大的益處,而且也有利于橋臺(tái)保持穩(wěn)定。但是,根據(jù)勘探鉆孔揭露的地層情況看,橋臺(tái)的吃漿量會(huì)非常大,巨大的灌漿量和施加的灌漿壓力無(wú)疑會(huì)增加橋臺(tái)內(nèi)部的側(cè)向張力,給橋臺(tái)的穩(wěn)定帶來(lái)更為不利的影響。

2.4 臨時(shí)加固措施

綜合以上分析可以得出結(jié)論:錨固鉆孔應(yīng)在槽鋼安放前實(shí)施,在鉆孔實(shí)施前最好先進(jìn)行路基灌漿加固,先進(jìn)行灌漿加固處理必須首先采取措施保證橋臺(tái)側(cè)墻的穩(wěn)定。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)研究決定先進(jìn)行路基灌漿加固工序,在灌漿前對(duì)橋臺(tái)采取臨時(shí)加固措施。

臨時(shí)加固措施本著安全、經(jīng)濟(jì)、與永久加固施工相結(jié)合的原則,在取得了設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位的同意后,采用先造部分錨固鉆孔,按加固方案穿入鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筋并張拉,臨時(shí)對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行錨固,然后進(jìn)行灌漿,當(dāng)灌入的水泥漿液凝固后再進(jìn)行其余錨固鉆孔的施工。即:先進(jìn)行 A1、A4、B2、C1、C4 號(hào)鉆孔的施工,下入鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筋,在槽鋼上與孔位相對(duì)應(yīng)的位置打孔,并穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋,再用槽鋼把穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋的槽鋼連接成一個(gè)整體(采用焊接方式),然后在槽鋼與橋臺(tái)之間穿入20 cm×20 cm的方木(方木之間的距離10～15 cm),張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋(張拉力為20 MPa),鎖緊錨具,進(jìn)行橋臺(tái)路基灌漿,灌漿結(jié)束3天后拆除臨時(shí)加固結(jié)構(gòu),進(jìn)行其余錨固鉆孔的施工。如圖3所示。

圖3 橋臺(tái)臨時(shí)加固示意圖

調(diào)整后的施工程序?yàn)?(1)鉆側(cè)墻臨時(shí)加固錨固鉆孔(A1、A4、B2、C1、C4),穿入鋼管和錨固鋼筋;(2)安放槽鋼及方木進(jìn)行臨時(shí)加固;(3)橋臺(tái)路基灌漿加固,同時(shí)開(kāi)挖側(cè)墻支撐柱基坑,澆注混凝土支撐柱;(4)拆除臨時(shí)加固系統(tǒng);(5)鉆剩余錨固鉆孔;(6)綁扎前墻及側(cè)墻普通鋼筋、安放槽鋼,將前墻和側(cè)墻形成整體結(jié)構(gòu),澆注前墻及側(cè)墻混凝土(預(yù)留錨固鋼筋孔和注漿孔);(7)張拉預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋,錨固、灌漿、封錨。

3 對(duì)穿式預(yù)應(yīng)力錨固鉆孔的施工

3.1 造孔設(shè)備

造孔采用風(fēng)動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝,鉆頭為“115 mm全斷面硬質(zhì)合金鉆頭,造孔設(shè)備為:DKM-1B型水平錨桿鉆機(jī),DHD-340A型風(fēng)動(dòng)潛孔錘,V HP-700型移動(dòng)式螺桿空氣壓縮機(jī)。

3.2 錨固鉆孔施工

首先采用經(jīng)緯儀按設(shè)計(jì)要求把孔位放到橋臺(tái)兩側(cè)的側(cè)墻上,并做好標(biāo)記;按孔位標(biāo)記從一側(cè)向另一側(cè)鉆進(jìn),鉆孔打通后測(cè)量鉆孔偏移的方向和距離,當(dāng)實(shí)際鉆孔的偏移距離<20 cm時(shí)即可下入鋼管。

在進(jìn)行前期(臨時(shí)加固前)鉆孔施工時(shí),多次出現(xiàn)卡鉆和埋鉆事故,鉆孔出現(xiàn)的偏移量較大,鉆桿拔出后鉆孔即被碎石堵死,根本不能形成鉆孔,經(jīng)分析是由于地層松散,大粒徑塊石較多造成的。實(shí)際操作中采取了如下的方法:(1)鉆孔偏移較大時(shí),重新校正鉆機(jī)的水平和方向,并在原孔位上重新造孔,造孔時(shí)盡可能采用較小的給進(jìn)壓力,直至鉆孔穿透橋臺(tái)時(shí)的偏移量達(dá)到要求時(shí)(小于20 cm)終止。(2)下入鋼管采取利用鉆桿拉回的方式,即:鉆孔達(dá)到要求后,在橋臺(tái)對(duì)面卸掉沖擊鉆頭,用連接器把鋼管連接到鉆桿上從對(duì)面拉回來(lái)的方法。這種方法很好地解決了由于地層破碎不能從正面下入鋼管的難題,使鉆孔和下鋼管一次完成,節(jié)約了時(shí)間。

采用臨時(shí)加固并完成路基灌漿后進(jìn)行施工的錨固鉆孔沒(méi)有出現(xiàn)卡鉆和埋鉆事故,鉆孔偏移也大大減小,剩余的6個(gè)鉆孔全部都是一次完成,下入鋼管仍采用利用鉆桿從對(duì)面拉回的方法。臨時(shí)加固前后錨固鉆孔的造孔情況見(jiàn)表1。

由臨時(shí)加固前后錨固鉆孔施工過(guò)程情況的對(duì)比可以看出,采用臨時(shí)加固,先進(jìn)行橋臺(tái)路基灌漿再進(jìn)行錨固鉆孔施工的方法,徹底解決了錨固鉆孔施工難的問(wèn)題,大大縮短了錨固鉆孔的施工時(shí)間,杜絕了因錨固鉆孔施工影響橋臺(tái)安全的事故的發(fā)生。

表1 臨時(shí)加固前后錨固鉆孔施工情況表

4 張拉和錨固

錨固鉆孔和槽鋼安放施工順序的調(diào)整,保證了側(cè)墻預(yù)留錨固鋼筋孔和槽鋼安放位置的準(zhǔn)確性。在側(cè)墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后,進(jìn)行錨固鋼筋的張拉,高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋間采用專用連接器連接,張拉采用YG-70型穿心單作用千斤頂,錨具采用 YGM型錨具,張拉順序?yàn)?開(kāi)始張拉→初始應(yīng)力(011σ=7315 MPa)持荷2 min→錨固→千斤頂回油→孔道壓漿→封錨。封錨采用預(yù)制模具中加入與側(cè)墻加固標(biāo)號(hào)相同的混凝土振搗而成。

5 結(jié)語(yǔ)

采用對(duì)穿式預(yù)應(yīng)力鋼筋加固橋臺(tái)技術(shù),在橋臺(tái)加固中尚未得到普遍應(yīng)用,高家莊2號(hào)橋臺(tái)加固是該技術(shù)在河北省的首次應(yīng)用,該工程已經(jīng)歷了10年的考驗(yàn),取得了滿意的效果。高家莊2號(hào)橋臺(tái)加固的成功案例,不僅在設(shè)計(jì)上進(jìn)行了有益的嘗試,而且也在施工工藝和施工程序上進(jìn)行了成功的探索,取得了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 苗國(guó)航.我國(guó)預(yù)應(yīng)力巖土錨固技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].地質(zhì)與勘探,2003,(3):91-94.

[2] 趙長(zhǎng)海.預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001.

[3] 王泰恒,許文年,陳池,等.預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)基本理論與實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2007.

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[6] 王蓬.對(duì)穿預(yù)應(yīng)力錨索在煤礦井下地質(zhì)病害治理中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2010,37(9):74-77.

Application of Pre-stress Anchorage in Bridge Abutment Reinforcement

WA N G J ian-quan(Hebei Research Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower,Tianjin 300250,China)

With the characteristics of high efficiency and economy,pre-stress anchorage technology is widely applied in all sorts of rock and soil reinforcement engineering.The opposed pre-stress steel bar reinforcement was used in 2#abutment of Gaojiazhuang.In the construction process,temporary reinforcing measures were used to ensure the abutment steady.Based on the analysis and discussion on the engineering practice,the construction procedure and methods were studied and summed up.

abutment reinforcement;pre-stress anchorage;borehole;temporary reinforcement;construction proce-dure

U455.7+2

A

1672-7428(2011)08-0053-03

2011-04-08

王建權(quán)(1965-),男(漢族),黑龍江齊齊哈爾人,水利部河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院高級(jí)工程師,巖土工程勘察及施工專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)勘察和施工工作,天津市河北區(qū)金鐘河大街238號(hào),wjq0506@126.com。