横琴口岸莲花大桥桥墩及承台加固维护技术

魏小强，邬东方，陈之，黄龙灿，刘怡

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，深圳 518048）

1 引言

横琴口岸莲花大桥于2000年3月启用，至今已通行20余年，盖梁、桥墩及桩基均有不同程度的病害，需要对交接墩进行养护加固处理。为加强出入境匝道桥墩承台加固施工过程中防止基坑坍塌及桥墩失稳的防范措施，提高加固施工过程桥墩的安全稳定性，保证加固施工的顺利进行，确保施工人员及桥面交通安全，本方案通过在既有承台四周补充桩基础，并在既有承台之下新增承台下托形式的方式加固承台。

2 工程概况

莲花大桥是京珠高速公路级105国道向澳门延伸的桥梁工程，大桥分为出入境两条匝道，两个大桥呈环形上升趋势。其中，新建出入境匝道桥仍需要利用珠海侧引桥和匝道桥的交接墩，即既有桥墩R0及C24，同时根据重庆公路工程检测中心出具的《既有交接墩检测报告》，盖梁、桥墩及桩基均有不同程度的病害，将交接墩评定为3类结构，因此，需要对交接墩进行养护加固处理。本方案通过在既有承台四周补充桩基础，并在既有承台之下新增承台下托形式的方式加固承台。

3 工程重难点

莲花大桥既有桥墩承台加固施工需要保证24 h通关，无法中断交通，且由于场地条件受限，大型机械无法进入施工。位于海边，场地原始地貌单元属滨海滩涂地貌，原地势低洼，后经人工填土、填砂抬高，地质条件较差，且受附近场地其他施工影响。本文依据以上情况，提出一种安全可行的加固方法。

4 加固设计

4.1 加固补桩设计

加固补桩设计在既有承台四周对称增补4根直径1.2 m钻孔灌注桩，设计中按新增桩基能承受全部的上部荷载考虑，单桩桩顶竖向承载力不小于6 500 kN。按嵌岩桩设计，桩长采取进入持力层深度和标高双控的原则，选择中风化岩或微风化岩作为桩端持力层，桩进入持力层不小于2.5 m。钻孔桩采用C35水下海工混凝土,为提高结构耐久性，在混凝土中按10 kg/m3掺入阻锈剂。补桩设计平面布置方案如图1所示。

图1 补桩设计平面布置方案示意图

4.2 承台加固设计

考虑到既有承台配筋相对较弱、抗力较差，新增桩基距离墩柱外边缘较远，为保证加固后新旧承台都能满足设计要求，采用在既有承台之下新增承台下托形式的方式加固承台，承台采用C45自密实微膨胀混凝土，新增加固承台方案如图2所示。

图2 桥墩新增加固承台设计方案图

4.3 成孔成桩工艺选择

本交接墩施工环境特殊，加固补桩在既有桥墩承台边紧邻布置，西侧为琴海东路及新建成的出境匝道，东侧为下穿出入境匝道及边防巡逻道，周边环境复杂，流动人员及车辆较多。施工时不能有太大的振动发生，以免危及既有桥墩的安全稳定。灌注桩基础全部采用全回转钻机全液压成孔工艺，全回转钻机将钢护筒埋设到稳定地质层，同步利用全回转钻机蛤式抓斗及全回转RCD磨岩机钻进[1-2]，振动小，噪声低，特别适用于对减少周边建筑物及原有地层扰动的桩基施工。

4.4 钢护筒护壁方案

考虑桩位在旧桥承台原位布置，拨出护筒危及旧桥桥墩的安全，普通护筒焊接永久埋设不拔除。为防止粉质黏土层塌孔，确保成孔成桩质量，护筒埋设深度按穿过淤泥层及粉质黏土层进入砾砂层100 cm，护筒顶高程按地面以上30 cm进行控制。护筒内径1 400 mm，壁厚按全回转工艺最低要求22 mm，接头按现场焊接接头，采用普通钢材卷制的钢护筒[3]。

5 加固施工工艺

5.1 加固施工过程中上部结构临时支撑施工

为防止加固施工过程桥梁结构失稳造成安全事故，对交接墩两侧的上部结构进行临时支撑。采用钢筋混凝土条形基础，支撑柱采用609 mm×16 mm钢支撑，柱间采用[20 mm槽钢进行联系及斜撑，联系梁及斜撑与支撑柱间通过10 mm厚节点板及螺栓连结固定，柱顶顺桥向纵梁采用2I63c工字钢，主承重梁采用单层3排加强型贝雷梁横桥向布置，每处支撑布置3组，贝雷梁横向限位采用[10 mm槽钢斜撑，斜撑与贝雷梁采用螺栓卡具固定，纵向分配梁采用I25b型工字钢集中布置于箱梁腹板范围，在分配梁上搭设板涵顶承支架，顶部安装顶托可调装置，顶托与箱梁垫100 mm×100 mm方木[4-5]。临时支撑方案立面如图3所示，方案剖面图如图4所示。临时支撑在加固施工前搭设，加固施工完成后拆除。

图3 交接墩两侧上部结构临时支撑方案立面示意图

图4 加固承台基坑支护方案剖面示意图

临时支撑的作用为预防加固桥墩失稳时对上部结构的顶承，正常情况下不会产生作用，由于上部梁体为连续梁结构，在行车荷载作用下本身就会产生挠度变形，如果临时支撑直接顶紧梁底，将会限制梁体本身的挠度变形导致梁体顶面开裂，方案采用预留5 mm变形缝，正常情况下梁体有5 mm的自由挠度变形范围，不会造成梁体受损。

5.2 对下部承台的加固施工

5.2.1 承台开挖支护结构施工

承台基坑围护结构采用9 m长40 cm宽的SP-Ⅳ型拉森钢板桩支护。围护结构之间设置一道支撑，坑顶以下0.8 m处设一道，支撑结构采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mmH型钢作为钢围檩，φ350 mm×14 mm钢管支撑。

加固承台设计尺寸均为10 m×7.55 m×3.5 m（长×宽×高），为保证承台施工满足1 m的作业空间，承台钢板桩支撑平面尺寸为10 m×12.3 m。钢板桩采用履带式液压振动插板机打拨施工，钢支撑及钢围檩安装采用25 t汽车吊配合人工进行安拆。

5.2.2 钢板桩与旧桥管桩安全界限距离计算

根据旧桥竣工图，旧桥管桩为斜率8∶1的斜桩，按钢板桩顶高于承台底1 m，则钢板桩打入承台底以下为8 m深。

1号、3号交叉点旧桥管桩距承台底为：3.7 m×8=29.6 m＞钢板桩深度8 m；

2号交叉点旧桥管桩距承台底：2.83 m×8=22.64 m＞钢板桩深度8 m；

4号、7号交叉点旧桥管桩距承台底：4.76 m×8=38.1 m＞钢板桩深度8 m；

5号交叉点旧桥管桩距承台底：3.57 m×8=28.6 m＞钢板桩深度8 m；

6号交叉点旧桥管桩距承台底：3.06 m×8=24.5 m＞钢板桩深度8 m；

经计算，离钢板桩最近的2号点平面安全距离为1.83 m，支护钢板桩打拨施工不会触及旧桥PHC管桩。

5.2.3 基坑支护施工过程

施工准备→测量定位→地面结构层破除→打钢板桩→地面上层开挖→钢板桩内支撑→挖土→排水→堵漏→垫层混凝土浇筑→承台施工。

5.2.4 基坑开挖与支护施工

由于加固承台位于现状保留承台的下方，在基坑土方开挖时四周有钢板桩围护结构，中间被现状承台覆盖，因四周布置有旧桥斜管桩，从安全角度考虑，不能采用机械开挖，同时中间被现状承台覆盖部分只能采用人工开挖，故整个承台基坑土方均需采用人工挖孔桩土方的工艺开挖，四周露天部分采用人工配小型挖机开挖至基坑外。中间被现状承台覆盖部分采用人工暗挖并水平运输至露天处，再用卷扬机垂直提升出渣至坑外，整个基坑开挖采用南北对称开挖。

5.2.5 交接墩加固承台钢筋施工

由于受现状保留承台及管桩阻挡，承台钢筋不能采用机械吊装至作业点，采用人工搬运，也不能整根进行安装，每根主筋均需截成两部分，从两侧插入安装，在中间通过套筒机械连接，接头需错开布置，错开间距按36倍钢筋直径，同一截面接头数量不得大于钢筋数量的50%。

5.2 .6交接墩加固承台模板、混凝土施工

承台钢筋安装完成后开始安装承台模板，承台模板采用木模板，模板采用人工安装。安装好后，对模板的平面位置、倾斜度、顶部标高、螺栓联结及纵横向固定进行检查，横缝都在同一水平面上，竖缝对齐，上下左右多块模板搭接不应错台。

承台混凝土采用自密实微膨胀混凝土分次浇筑，第一次浇筑至现状承台底部以上10 cm，在浇筑前对旧承台底面进行凿毛清理，以利于新旧承台面的结合，在新旧承台结合面埋设排气管。第二次浇筑至设计顶标高，采用吊车吊装料斗通过串筒入模，以防混凝土离析，浇筑过程中应注意防雨。 浇筑完成后14 d内加强养护作业，通过排气管对新旧承台结合面进行后注浆。

5.2 .7基坑排水施工

基坑开挖底面在地下水位以上，基坑排水主要以防止雨水为主。基坑防水排水采用明沟排水，防排水方案主要为：

1）用编织袋装满素土沿基坑顶面紧密的堆码一层，防止地表雨水流入承台基坑。

2）在基坑的角落设置集水坑，当雨水较大集水坑集满水时及时用潜水泵向外抽水，防止基坑集水。

6 交接墩加固施工监测

6.1 施工过程基坑监测

为保证施工过程中基坑的安全和施工的顺利进行，对钢板桩桩顶水平位移和基坑底部垂直位移进行监测。监测方法采用在钢板桩顶面和基坑底部各布置4个测点，用尺量的方法对位移进行监测。

6.2 监控观测的主要内容

1）加固施工过程中，对平面和高程控制网点的定期沉降、位移观测。

2）对加固桥墩及承台基础的沉降、位移观测。

3）基坑开挖及承台施工过程中对旧桥管桩的变形观测。

6.3 观测点布置

桥梁横向、倾斜观测点布置于帽梁下1 m，沉降观测点布置于承台4个角，共4个点。

6.4 观测频率

按照国家变形测量规范要求，设立平面水准控制网，在加固施工过程中对桥墩及承台基础每天进行2次观测。基坑开挖及承台施工过程中对旧桥管桩变形进行实时观测[6]。

6.5 预警值

当观测竖向位移大于5 mm、水平位移大于10 mm、旧桥管桩产生可视环向裂缝时，暂停所有施工，及时向监理单位及建设单位上报情况，会同各参建方确定好处理方案后方可进行施工。

7 结语

莲花大桥既有桥墩承台加固通过搭设临时刚支撑，在既有承台四周补充桩基础，并在既有承台之下新增承台下托形式的方式加固承台。克服了场地受限，地质较差等施工不利因素。在加固施工的同时，保证上方车辆正常通行不受影响，可为今后类似条件的桥梁施工提供借鉴。