水下橋梁樁基礎新型壓入鋼套箱加固技術

劉志國，王高飛，魏 洋，朱 超，田 哲，錢 昊

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

0 引言

橋梁的樁基一般處于水中，由于長期經受起落潮水的沖刷，樁基混凝土會慢慢產生破損，鋼筋外露等病害[1-4]，從而影響橋梁的正常使用，所以需要采取相應加固措施。在橋梁日常養護過程中，發現大量水下鉆孔灌注樁病害多發于樁基與立柱（系梁）連接部位或以下部分，如果該病害處在河流水位較淺的區域，則采用土石圍堰施工，施工難度相對較小。如果該病害處于水位較深的區域或潮汐水位較高的區域，則施工難度大、工藝復雜，不適合采用土石圍堰法施工，而傳統的鋼圍堰施工[5-9]對操作空間要求又大、占用航道空間且造價高。本文針對某特大橋的樁基長期受潮水起落的沖刷，部分樁基病害嚴重，且橋位附近有2個較大的碼頭正常通航，操作空間較小，無法采用傳統的圍堰法施工的問題，創新地提出了一種壓入鋼套箱加固樁基技術[10-14]，并基于本技術對其樁基進行增大截面加固。此技術主要優點是：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。

1 工程概況

某特大橋全長2513.61m，橋面全寬34.5m，上部結構為先張法預制空心板梁，下部結構為?120cm鉆孔灌注樁，墩身直徑?100cm，系梁斷面尺寸為80cm×80cm，河床向下5m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15cm，樁基1點～4點方向，樁基頂部距系梁底35cm范圍內混凝土保護層大面積剝落，面積約1.4m×1.3m，導致鋼筋籠外露，樁身混凝土掏空，最深處達16cm；樁基6點方向混凝土破損，面積約0.8m×0.6m，最深約14cm；鋼筋籠向3點方向偏位，保護層缺失，鋼筋籠里面掏空16cm，具體病害情況如圖1和圖2所示，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。

圖1 左幅4-2#樁基5點鐘方向典型病害

圖2 左幅4-2#樁基3點鐘方向典型病害

2 樁基加固方案選擇

目前，橋梁水下樁基加固方法多以圍堰法施工為主，土石圍堰法更適合水位較淺的樁基加固，傳統的鋼圍堰雖適用于加固深水基礎，但圍堰法施工對施工空間有一定的要求，會占用航道空間且造價高。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1.2km，潮汐水位變化大，凌晨2點達到最大水位，下午3點達到最小水位，水位差約1.7m；施工區域的系梁頂距離河床約4.2m，水位較深且調查流域有兩座較大的碼頭，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。

為避免影響正常交通，且考慮到系梁的存在對操作空間的影響，對該特大橋樁基病害提出一種新型的壓入鋼套箱加固樁基礎技術，如圖3所示，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，其通過自身反力實現平衡。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，將加固鋼管壓入到樁基礎之中；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，然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3 壓入鋼套箱加固樁基礎技術原理

該加固技術集自反力體系與吊裝設備于一體，安裝和拆卸便利，解決了橋墩之間存在系梁而難以操作的難題，大大提高了施工效率，且對樁基礎的尺寸、結構影響不大，經濟性較好，特別適用于深水或潮汐水位變化較大區域內的樁基礎加固。

3 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，具體的操作步驟如如圖4所示。

圖4 壓入鋼套箱加固樁基礎技術施工方案流程圖

（1）平整場地：采用航道挖泥船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施工期間不影響社會船舶的正常通行。

（2）搭設施工平臺：采用?48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，鋼套箱直徑5m，采用鋼板及型鋼并委托專業加工企業工廠制作。根據計算，每根樁需要6m長鋼套箱。為了方便拼裝和運輸，鋼套箱應分節制作，每節0.5m。

（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填充以達到止水的目的。

（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，以兩者產生摩擦力提供上部結構的支承反力；抱箍采用兩塊半圓弧型鋼板（板厚12mm左右）制成，抱箍高度不小于30cm，采用高強螺栓連接（如M24螺栓）；抱箍上方采用U型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（不小于?20）通過倒鏈固定于系梁底口樁基上所示，以保證縱梁提供足夠的抗彎承載力。

（6）鋼套箱下沉：鋼套箱由底板+側板組成，其中底板由鉆孔平臺轉換而成，側板由分塊模板拼裝形成；通過手拉葫蘆吊起鋼套箱的分片，在系梁下口進行分節水下拼裝，拼裝完成后進行沉入；采用千斤頂和手拉葫蘆相配合沉入鋼套箱，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。依次進行，直至鋼套箱下緣達到設計標高。

根據土層土質的不同，該加固方案采用兩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接近于持力層、地基反力較大的情況，這里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：在對鋼套箱封底之前，要先檢查套箱底板封孔的情況，并清理鋼護筒上的附著物，以增加混凝土和鋼護筒間的握裹力。并且要在潮汐影響較小的低水位進行澆筑，采用快凝水泥混凝土澆筑封底層，封底層厚度不小于50cm。封底前若河床沖涮嚴重，圍堰外側則采用回填土進行夯實，以保證圍堰不串水。當封底混凝土初凝后根據河道水位變化及時補水及抽水，以減小水頭壓力差，保證封底混凝土一次封底成功。

（8）樁基空洞處理：圍堰內排水后，對圍堰內的樁基礎病害進行再次檢查記錄。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；對于較大空洞，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，按照深度置放設計鋼筋。

（10）安裝模板：鋼模板厚度一般不小于5mm，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。通過圍堰反力架上的倒鏈分片起吊安裝，下放至指定位置，由專人指揮，保證下放垂直度，模板接縫必須嚴密，應在接縫處使用海綿膠條防止漏漿；

（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，成型后樁身直徑為180cm。為防止氣泡以及空洞、蜂窩麻面等現象出現，灌注過程應緩慢持續，注漿壓力不低于0.1MPa，灌注后對樁基進行覆蓋灑水養護，嚴禁再對鋼模板進行錘擊。

典型關鍵工藝施工現場如圖5～圖7所示，經加固后的樁基，檢測其灌漿料強度、軸線偏位、豎直度和加固厚度等技術指標經，均符合規范要求。此外還對施工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5 反力架安裝

圖6 鋼套箱拼裝

圖7 封底混凝土澆筑

4 結論

本文針對某位于潮汐河水位下的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礎的混凝土離析、鋼筋外露等病害，從而達到樁基加固的目的。經該次加固施工后，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。

該技術目前已經在同類橋梁樁基加固工程中得到推廣應用，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。