水下橋梁樁基礎(chǔ)新型壓入鋼套箱加固技術(shù)

劉志國(guó),王高飛,朱超

（1.江蘇現(xiàn)代路橋有限責(zé)任公司，南京 210049；2.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京 210037）

1 引言

橋梁的樁基一般處于水中，由于長(zhǎng)期經(jīng)受水流沖刷，樁基慢慢會(huì)產(chǎn)生混凝土破損、鋼筋外露等病害[1～4]，從而影響橋梁的正常使用，所以需要采取相應(yīng)的加固措施。大量水下鉆孔灌注樁的病害多發(fā)于樁基與立柱（系梁）連接部位或以下部分，當(dāng)病害在河流水位較淺的區(qū)域，用土石圍堰施工；當(dāng)病害處于水位較深的區(qū)域，則不適合采用土石圍堰法施工。傳統(tǒng)的鋼圍堰施工[5～9]對(duì)操作空間要求高且造價(jià)高。本文針對(duì)某特大橋的部分樁基病害嚴(yán)重，且橋位附近有2 個(gè)較大的碼頭需要保持正常通航，操作空間較小的工程特點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出了一種壓入鋼套箱加固樁基技術(shù)[10～13]，基于該技術(shù)對(duì)樁基進(jìn)行增大截面加固。該技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是適用于水中結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)；不干擾路面交通；對(duì)操作空間要求小，不影響通航；對(duì)樁基礎(chǔ)的尺寸、結(jié)構(gòu)影響不大；經(jīng)濟(jì)性較好。

2 工程概況

某特大橋全長(zhǎng)2 513.61 m，橋面全寬34.5 m，上部結(jié)構(gòu)為先張法預(yù)制空心板梁，下部結(jié)構(gòu)為φ120 cm 鉆孔灌注樁，墩身直徑φ100 cm，系梁斷面尺寸為80 cm×80 cm，河床向下5 m 范圍內(nèi)地質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主。其中3#、4#墩位于潮汐水位變化較大的太平河內(nèi)，水下樁基均受到不同程度的損傷，如4#-2 號(hào)樁基縱向偏位15 cm，樁基順時(shí)針1 點(diǎn)鐘到4 點(diǎn)鐘方向，樁基頂部距系梁底35 cm 范圍內(nèi)混凝土保護(hù)層大面積剝落，面積約1.82 m2，導(dǎo)致鋼筋籠外露，樁身混凝土掏空，最深處達(dá)16 cm。這些病害嚴(yán)重威脅到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，需要對(duì)此類樁基采取必要的加固措施。

3 樁基加固方案選擇

根據(jù)前期技術(shù)人員對(duì)該特大橋地質(zhì)水文條件的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工區(qū)域的所處河流距離長(zhǎng)江口1.2 km，潮汐水位變化大，最大水位為凌晨2 點(diǎn)，最小水位為下午3 點(diǎn)，水位差約為1.7 m。施工區(qū)域的系梁頂距離河床約4.2 m，水位較深且調(diào)查流域有2 座較大的碼頭，可供操作的空間狹??；同時(shí)施工區(qū)域河流屬于正常通航流域，不可占用航道空間。綜上因素考慮，無(wú)法采用傳統(tǒng)的圍堰法進(jìn)行施工。

為此對(duì)該特大橋樁基加固提出一種新型的壓入鋼套箱加固樁基礎(chǔ)技術(shù)（見(jiàn)圖1）。該技術(shù)是利用靜力壓入技術(shù)，將節(jié)段焊接拼裝的加固鋼管沿橋墩、樁基礎(chǔ)四周壓入土中，將鋼管與橋墩、樁基礎(chǔ)間隙間的水抽去之后，灌注快凝混凝土對(duì)橋墩、樁基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)加固。為了實(shí)現(xiàn)靜力壓入鋼套箱的目的，在橋墩或樁基礎(chǔ)靠近頂部設(shè)置反力架，反力架固定于待加固結(jié)構(gòu)四周側(cè)面，在靜力壓入時(shí)，其反力通過(guò)自身實(shí)現(xiàn)平衡。再將千斤頂壓入裝置安裝在加固結(jié)構(gòu)的四周，千斤頂上方與反力架焊接；通過(guò)壓入裝置施加壓力，將加固鋼管壓入樁基礎(chǔ)之中；在壓入過(guò)程中，根據(jù)千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)方向?qū)ζ湮恢眠M(jìn)行調(diào)整；當(dāng)首節(jié)鋼管被壓入其中后，對(duì)下一節(jié)鋼管進(jìn)行拼裝、焊接后再次壓入，直至與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符合。

圖1 壓入鋼套箱加固樁基礎(chǔ)技術(shù)原理

4 樁基加固施工技術(shù)

在進(jìn)行了一系列的工前調(diào)查后，針對(duì)該特大橋潮汐水位下的樁基加固，提出了一套完整詳細(xì)的壓入鋼套箱樁基加固的施工方案。具體的操作步驟如下：

1）平整場(chǎng)地：對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行河床疏浚，河床清淤，保證河床平整。同時(shí)，加大航道斷面，從而保證社會(huì)船舶的正常通行。

2）搭設(shè)施工平臺(tái)：采用φ48 mm 鋼管在河岸及河床上搭設(shè)滿堂腳手架，從而方便施工材料機(jī)械的運(yùn)輸。

3）制作反力架：安裝反力架，加工鋼套箱。為了方便拼裝和運(yùn)輸，鋼套箱應(yīng)分節(jié)制作，每節(jié)0.5 m 高。

4）鋼套箱試拼：首先在岸上對(duì)鋼套箱進(jìn)行試拼，打磨毛刺，修整邊角確保各個(gè)部件吻合。對(duì)于拼裝連接部位采用橡膠條進(jìn)行止水。

5）安裝反力架：反力架由抱箍和若干工字鋼縱梁組成。其中反力架的安裝，首先在需要加固的基礎(chǔ)墩柱上安裝抱箍；抱箍采用2 塊半圓弧形鋼板制成，抱箍高度不小于30 cm，采用高強(qiáng)螺栓連接；抱箍上方采用U 形螺栓連接縱橫工字鋼梁，呈“井”字形排布，在工字鋼縱梁反力點(diǎn)處采用鋼絲繩通過(guò)倒鏈固定于系梁底口樁基上。

6）鋼套箱下沉：鋼套箱的下沉通過(guò)千斤頂和手拉葫蘆相配合，采用反壓法下沉；待鋼套箱的上緣有足夠空間時(shí)，再進(jìn)行第二節(jié)鋼套箱的拼裝和沉入。

根據(jù)土層土質(zhì)的不同，本加固方案采用2 種不同的鋼套箱反壓法沉入：針對(duì)鋼套箱所在的土層土質(zhì)較軟、地基反力較小的情況，采用千斤頂法沉入鋼套箱，主要用于鋼套箱下沉施工過(guò)程的前部分；而對(duì)于鋼套箱所在的土層土質(zhì)較硬，地基反力較大的情況，則采用倒鏈法沉入鋼套箱，主要用于鋼套箱下沉施工過(guò)程的后半部分。

7）鋼套箱封底：鋼套箱封底之前，要清理鋼護(hù)筒上的附著物。并且要在潮汐影響較小的低水位進(jìn)行澆筑，采用快速水泥混凝土澆筑封底層，封底層厚度不小于50 cm。封底前若河床沖刷嚴(yán)重，圍堰外側(cè)則采用回填土進(jìn)行夯實(shí)，以保證圍堰不串水。

8）樁基空洞處理：對(duì)于樁基礎(chǔ)出現(xiàn)的深度較淺、小面積的缺陷，采用水泥砂漿人工涂抹進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于空洞較大的缺陷，采用混凝土材料進(jìn)行修補(bǔ)或者噴漿修補(bǔ)法；并采用高壓水槍清洗鋼圍堰內(nèi)部及樁基礎(chǔ)表面。

9）安裝植筋、鋼筋籠：植筋應(yīng)錯(cuò)開原結(jié)構(gòu)鋼筋位置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的配筋位置及數(shù)量標(biāo)注出植筋位置，按照深度設(shè)計(jì)鋼筋。

10）安裝模板：鋼模板厚度一般不小于5 mm，鋼模板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)模板內(nèi)面進(jìn)行除銹清理，涂刷模板油，宜在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其預(yù)拼裝和編號(hào)，便于后續(xù)正式拼裝。起吊安裝，下放至指定位置，要由專人指揮，保證下放垂直度。

11）灌注混凝土：樁身加固混凝土采用快凝混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)＞C50。灌注過(guò)程應(yīng)緩慢持續(xù)，注漿壓力不低于0.1 MPa，灌注后對(duì)樁基進(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)。

典型關(guān)鍵工藝施工現(xiàn)場(chǎng)如圖2 所示。經(jīng)加固后的樁基，其灌漿料強(qiáng)度、軸線偏位、豎直度和加固厚度等技術(shù)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)，均符合規(guī)范要求。此外，還對(duì)施工技術(shù)加固完成后的外觀進(jìn)行了檢查，橋梁的樁基表面混凝土光滑，無(wú)孔洞、大面積蜂窩麻面現(xiàn)象，保證其與原樁基垂直度一致，灌漿料填充飽滿并且加固截面頂面平整光滑。

圖2 壓入鋼套箱加固樁基礎(chǔ)技術(shù)關(guān)鍵工藝

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某位于潮汐河水位下特大橋水下鉆孔灌注樁樁身病害，提出了一種新型的壓入鋼套箱加固樁基礎(chǔ)技術(shù)，對(duì)其如何應(yīng)對(duì)潮汐水位的施工方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本文提出的壓入鋼套箱加固樁基礎(chǔ)技術(shù)集自反力體系與吊裝設(shè)備于一體，該技術(shù)是利用靜力壓入技術(shù)，將節(jié)段焊接拼裝的加固鋼管沿橋墩、樁基礎(chǔ)四周壓入土中，將鋼管與橋墩、樁基礎(chǔ)間隙間的水抽去之后，灌注快凝混凝土對(duì)橋墩、樁基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)加固。此技術(shù)可以很好地進(jìn)行水中作業(yè)、對(duì)操作空間的要求較小、經(jīng)濟(jì)型較好，另外還可以很好地解決樁基的病害。經(jīng)本次加固施工后，橋梁樁基表面無(wú)孔洞及大面積蜂窩麻面現(xiàn)象發(fā)生，且軸線偏位、豎直度和加固厚度等技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。本文為今后同類型橋梁加固項(xiàng)目施工總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，提供了參考。