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高桩承台实体墩断桩、承台与墩身开裂的加固案例

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桥墩概况
该桥墩系副航道3孔连续梁与40m简支T梁的公用墩,左半幅桥与右半幅桥墩分离,中距15m。其中左半幅墩身高13.99m,钢筋混凝土实体墩,平面尺寸为7.0m×2.4m,下设高桩承台,承台高3.0m,基础为4根直径1.8m的钻孔灌注桩。
桥墩各主要部位设计标高如下:
通航水位:2.64m
承台顶面:3.00m
承台底面:0.00m
河床标高:-3.5m
桩基嵌入微风化花岗岩,按柱桩基础设计,嵌岩深度不小于0.5m。各桩底标高:
3号桩(珠海侧上游)-66.49m,4号桩-68.50m(珠海侧下游)
7号桩(斗门侧上游)-59.90m,8号桩-67.00m(斗门侧下游)
墩身采用30号混凝土,承台及桩基采用25号混凝土,承台和墩身均分两次浇筑完成。7号、8号桩在浇注混凝土时分别发生过塌孔及中途停浇。
桥位处水面高程受潮汐影响,承台底面通常在水面线以下。
上部结构在此墩上设置了滑动支座及伸缩缝。
根据地质钻探的地层资料,55号桥墩(左半幅)地基上层为约3m厚的粉砂层,第二层为河口相和滨海相淤泥层,厚度37~45m,第三层属冲积含砾中砂层,厚约5m,下伏花岗岩,自全风化层至中风化层底厚10~14m。

桩基成孔时所收集的资料与上述略有差异,淤泥层减薄,含砾砂层增厚。

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存在的主要问题
(1)墩身底部开裂
靠近承台的墩身侧面出现垂直竖向裂缝,最大缝长5m,裂缝下宽上窄,在墩身底部约1.0m范围内较密,向上迅速减少,墩身短边的裂缝密度明显小于长边的密度。多数缝宽在0.2mm以下,最大宽度0.6mm,且各侧面裂缝分布基本对称。在高墩、大承台时,此类裂缝较常见,可视为构造性裂缝。
(2)承台开裂
承台各侧面及顶面均已形成网状裂缝。顶面裂缝走向沿承台中心向四周辐射趋势明显,距墩身周边50~100cm存在一条连通的环形裂缝,部分辐射向裂缝与侧面裂缝相连。多数裂缝宽度在0.3~0.5mm之间,最大宽度为1.6mm。根据钻孔取芯观察,顶面裂缝最大深度超过40cm。

承台四周侧面裂缝以水平方向为主,缝宽在1.0mm以下者居多。各侧面裂缝数量分布不匀,下游端面较密。距顶面约1.2m,有一条四周连通的水平裂缝,缝宽多在3~5mm之间。部分混凝土二次浇筑面附近也存在较宽的水平裂缝。

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靠近4号、7号桩位的承台侧面中部近似水平方向的裂缝宽度最大,呈逐步发展趋势,缝宽已达14mm,缝深最大处也已越过基桩中收,缝口附近混凝土出现剥落及破碎。
(3)钻孔灌注桩混凝土的缺陷
对4根桩在桩中心进行了钻孔取芯。8号桩(斗门侧下游)钻至基岩,4号桩(珠海侧下游)钻孔穿过断桩断面,3号、7号桩在钻孔中受阻(遇坚硬物体),终止钻孔时孔底标高分别为-53.8、-29.6m、-47.2m,距桩尖各为14.7m、36.9m、12.7m。
除发现4号桩在高程-52.0mm处断桩外,桩身混凝土的其他主要缺陷有:离析、存在无骨料的砂浆层,局部芯样破碎等,承台芯样存在明显气孔,桩与承台连接部位混凝土质量较差。根据试验结果,个别芯样强度未达到设计要求,强度匀质性欠佳。
病害成因分析
同相邻桥墩比较,该桥墩上的伸缩缝、支座、墩顶偏移、桥面标高等未见异常变位或变形,由此可以判定,承台开裂及桩基的缺陷与承台混凝土的质量密切相关。
加固方案分析
(1)加桩、增设十字托梁

在承台两对称轴上增加4根钻孔灌注桩,上设2处交叉的十字托梁支撑承台。加桩、托梁布置要求对称,桩中距满足支承桩的要求,总体布置见图。

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加桩桩径1.5m。由于淤泥层较厚,加桩按支承桩设计;托梁采用预应力混凝土结构。为使托梁对承台起到卸载和支撑作用,需对托梁进行预加载。在保证托梁与承台紧密接触后,通过张拉托梁预应力钢束,使托梁向上拱起支撑承台。
(2)承台加固
2.1临时加固
加桩施工前,在承台两侧设置临时钢支架,使承台平面形状成近似圆形,沿高度方向布设15束环形无粘结预应力钢束(每束4根钢绞线),以对承台形成套箍作用,提高承台的承载能力。
2.2永久加固
2.1.1裂缝处理:压浆及表口封闭。
2.1.2补强:拆除临时钢支架,重新布置环形预应力钢束,并且在侧面水平裂缝宽度大部位增设竖向预应力钢筋。
2.1.3外表处理:外挂钢筋网,现浇15cm表层混凝土。
(3)墩身裂缝处理
为防止内部钢筋被侵蚀,对裂缝进行压浆及表口封闭处理。

原桩头及承台底在围堰中水被抽干和清理后应作检查,如出现异常情况另酌情处理。

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