水下橋梁樁基礎新型壓入鋼套箱加固技術

劉志國,王高飛,朱超

（1.江蘇現代路橋有限責任公司，南京 210049；2.南京林業大學土木工程學院，南京 210037）

1 引言

橋梁的樁基一般處于水中，由于長期經受水流沖刷，樁基慢慢會產生混凝土破損、鋼筋外露等病害[1～4]，從而影響橋梁的正常使用，所以需要采取相應的加固措施。大量水下鉆孔灌注樁的病害多發于樁基與立柱（系梁）連接部位或以下部分，當病害在河流水位較淺的區域，用土石圍堰施工；當病害處于水位較深的區域，則不適合采用土石圍堰法施工。傳統的鋼圍堰施工[5～9]對操作空間要求高且造價高。本文針對某特大橋的部分樁基病害嚴重，且橋位附近有2 個較大的碼頭需要保持正常通航，操作空間較小的工程特點，創新性地提出了一種壓入鋼套箱加固樁基技術[10～13]，基于該技術對樁基進行增大截面加固。該技術主要優點是適用于水中結構的加固和修復；不干擾路面交通；對操作空間要求小，不影響通航；對樁基礎的尺寸、結構影響不大；經濟性較好。

2 工程概況

某特大橋全長2 513.61 m，橋面全寬34.5 m，上部結構為先張法預制空心板梁，下部結構為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 范圍內地質以粉質黏土為主。其中3#、4#墩位于潮汐水位變化較大的太平河內，水下樁基均受到不同程度的損傷，如4#-2 號樁基縱向偏位15 cm，樁基順時針1 點鐘到4 點鐘方向，樁基頂部距系梁底35 cm 范圍內混凝土保護層大面積剝落，面積約1.82 m2，導致鋼筋籠外露，樁身混凝土掏空，最深處達16 cm。這些病害嚴重威脅到橋梁結構的安全性，需要對此類樁基采取必要的加固措施。

3 樁基加固方案選擇

根據前期技術人員對該特大橋地質水文條件的調查發現，施工區域的所處河流距離長江口1.2 km，潮汐水位變化大，最大水位為凌晨2 點，最小水位為下午3 點，水位差約為1.7 m。施工區域的系梁頂距離河床約4.2 m，水位較深且調查流域有2 座較大的碼頭，可供操作的空間狹小；同時施工區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，無法采用傳統的圍堰法進行施工。

為此對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技術（見圖1）。該技術是利用靜力壓入技術，將節段焊接拼裝的加固鋼管沿橋墩、樁基礎四周壓入土中，將鋼管與橋墩、樁基礎間隙間的水抽去之后，灌注快凝混凝土對橋墩、樁基礎實現加固。為了實現靜力壓入鋼套箱的目的，在橋墩或樁基礎靠近頂部設置反力架，反力架固定于待加固結構四周側面，在靜力壓入時，其反力通過自身實現平衡。再將千斤頂壓入裝置安裝在加固結構的四周，千斤頂上方與反力架焊接；通過壓入裝置施加壓力，將加固鋼管壓入樁基礎之中；在壓入過程中，根據千斤頂的運動方向對其位置進行調整；當首節鋼管被壓入其中后，對下一節鋼管進行拼裝、焊接后再次壓入，直至與設計標準相符合。

圖1 壓入鋼套箱加固樁基礎技術原理

4 樁基加固施工技術

在進行了一系列的工前調查后，針對該特大橋潮汐水位下的樁基加固，提出了一套完整詳細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）平整場地：對施工區域進行河床疏浚，河床清淤，保證河床平整。同時，加大航道斷面，從而保證社會船舶的正常通行。

2）搭設施工平臺：采用φ48 mm 鋼管在河岸及河床上搭設滿堂腳手架，從而方便施工材料機械的運輸。

3）制作反力架：安裝反力架，加工鋼套箱。為了方便拼裝和運輸，鋼套箱應分節制作，每節0.5 m 高。

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

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處采用鋼絲繩通過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，再進行第二節鋼套箱的拼裝和沉入。

根據土層土質的不同，本加固方案采用2 種不同的鋼套箱反壓法沉入：針對鋼套箱所在的土層土質較軟、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程的前部分；而對于鋼套箱所在的土層土質較硬，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程的后半部分。

7）鋼套箱封底：鋼套箱封底之前，要清理鋼護筒上的附著物。并且要在潮汐影響較小的低水位進行澆筑，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重，圍堰外側則采用回填土進行夯實，以保證圍堰不串水。

8）樁基空洞處理：對于樁基礎出現的深度較淺、小面積的缺陷，采用水泥砂漿人工涂抹進行修補；對于空洞較大的缺陷，采用混凝土材料進行修補或者噴漿修補法；并采用高壓水槍清洗鋼圍堰內部及樁基礎表面。

9）安裝植筋、鋼筋籠：植筋應錯開原結構鋼筋位置，根據設計圖紙的配筋位置及數量標注出植筋位置，按照深度設計鋼筋。

10）安裝模板：鋼模板厚度一般不小于5 mm，鋼模板運至現場后對模板內面進行除銹清理，涂刷模板油，宜在現場對其預拼裝和編號，便于后續正式拼裝。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，混凝土強度等級＞C50。灌注過程應緩慢持續，注漿壓力不低于0.1 MPa，灌注后對樁基進行覆蓋灑水養護。

典型關鍵工藝施工現場如圖2 所示。經加固后的樁基，其灌漿料強度、軸線偏位、豎直度和加固厚度等技術指標經檢測，均符合規范要求。此外，還對施工技術加固完成后的外觀進行了檢查，橋梁的樁基表面混凝土光滑，無孔洞、大面積蜂窩麻面現象，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技術關鍵工藝

5 結語

本文針對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技術，對其如何應對潮汐水位的施工方案進行了詳細的介紹。本文提出的壓入鋼套箱加固樁基礎技術集自反力體系與吊裝設備于一體，該技術是利用靜力壓入技術，將節段焊接拼裝的加固鋼管沿橋墩、樁基礎四周壓入土中，將鋼管與橋墩、樁基礎間隙間的水抽去之后，灌注快凝混凝土對橋墩、樁基礎實現加固。此技術可以很好地進行水中作業、對操作空間的要求較小、經濟型較好，另外還可以很好地解決樁基的病害。經本次加固施工后，橋梁樁基表面無孔洞及大面積蜂窩麻面現象發生，且軸線偏位、豎直度和加固厚度等技術指標均符合規范要求。本文為今后同類型橋梁加固項目施工總結了經驗，提供了參考。