影响钻孔灌注桩施工的老桥基础处理

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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739?95 m，由主桥、引桥及两头引道组成，其中主桥为8孔30 m预应力T梁，直径1?6 m钻孔灌注桩基础。两岸引桥共18孔，为14?4 m～16?0 m不等跨预应力空心板梁，直径1?2 m钻孔灌注桩基础。南北两岸分别有引道100?10 m和114?57 m。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5?0 m～9?0 m。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20 m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8?2 m，宽6?0 m，厚2?0 m，承台以下为打入桩基础，桩长15?0 m～17?0 m，截面45 cm×45 cm的方桩，每墩打入桩数量18根，墩身方向分3排，桩间距1?0 m～1?20 m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7?5 m，待清除老桥打入桩距新桥灌注桩最近距离5?8 m，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40 cm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2?0 m，孔径不小于80 cm，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20 cm～40 cm，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1?20 g/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：mm

4. 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180 mm，壁厚6 mm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1?5 m～2?0 m，排间距1?60 m。近墩身两排桩间距4?0 m，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22?0 m，宽7?50 m，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350 t，满足施工需要。拔桩实施前，用1?0 m×0?55 m×4?40 m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10 mm钢板卷制而成，内径2?0 m，为方便使用，护筒加工成单节长2?0 m，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30 cm～50 cm，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1?5 m～2?0 m，根据经验能够满足钻孔需要。钢护筒就位后，用直径50 cm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2?5 m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5 cm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1?30 g/cm３～1?40 g/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30 cm，孔壁距相邻孔及待拔桩侧面应有5 cm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0?5 m/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?LiIi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600 kN～750 kN。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?5倍～2?0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70 cm，其上布置4 排20 cm×20 cm×220 cm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20 t手拉葫芦和1套牵引力为35 t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1?0 h～1?5 h，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1?0 h～1?5 h，以减小桩尖及桩侧产生真空引力影响，直至拔出桩体1?0 m～1?5 m。

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。