閩清大橋橋墩沉井基礎維修加固技術研究

汪冰彬

(福州市閩清公路事業(yè)發(fā)展中心 福建福州 350800)

1 工程概況

閩清大橋有8跨7墩，于1976年通車，采用重力式橋墩沉井基礎，埋置較深，基底坐落于巖層，河床局部沖刷較明顯，且河床變化快速且復雜。橋梁的橋墩、樁基礎、承臺等均屬于水下結構，隨著時間的推移，橋梁水下結構出現(xiàn)了越來越多的病害及損傷[1]。該橋于1974年9月開工，1976年12月完工并正式通車。

圖1 閩清大橋立面圖

大橋病害主要表現(xiàn)為混凝土出現(xiàn)剝落、空洞、裂縫、露筋等[2]。本文借此橋作為實例介紹關于橋墩沉井基礎維修加固的相關技術。

2 維修處治設計原則

(1)安全：在維修、加固或改造后，應確保橋梁在強度、剛度和穩(wěn)定性方面有足夠的安全儲備。

(2)適用：在維修、加固或改造后，確保所設計結構或梁體在規(guī)范規(guī)定的設計基準期內能夠不發(fā)生較大的變形及破壞。

(3)經濟：選擇加固造價和使用年限內養(yǎng)護費用總和最省的方案。

(4)技術可靠、先進：采用成熟、有成功案例且應用效果較好的結構、設備、材料和工藝。

(5)經久耐用：在規(guī)定條件下，能在規(guī)定期限內長期維持其設計性能要求的能力。

(6)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展：在生態(tài)、水、空氣和噪聲等幾個方面，從施工方法和施工組織設計以及材料選用等各個方面考慮環(huán)境要求，將不利影響減少至最小。

(7)美觀：加固設計時盡量不破壞橋梁原有的景觀協(xié)調性，充分考慮橋梁加固改造后的景致效果。

表1 閩清大橋橋墩水下沉井病害匯總表

3 主要維護加固施工技術(以4#墩為例)

3.1 沉井壁植筋增大截面法施工工藝流程

以閩清大橋沉井基礎破壞情況分析，采用如下所述的植筋技術，植筋示意圖如圖2所示。

圖2 閩清大橋沉井壁植筋大樣圖

(1)施工準備：了解施工環(huán)境、河道水文情況等。

(2)根據(jù)檢測報告中所列主要病害，結合竣工圖紙及現(xiàn)場實際，重新探明4號墩沉井基礎裂縫位置、走向，沉井基礎具體構造尺寸及河床現(xiàn)狀。

(3)模擬水下環(huán)境進行試植筋，確定水下植筋工藝關鍵流程、參數(shù)(如何達到強度時間、保持植筋膠飽滿等)，確保水下植筋可行有效。

(4)根據(jù)裂縫位置及走向圖示修復范圍、植筋位置，并對相應位置采用高壓水槍清洗等方式進行界面處理。

(5)根據(jù)試植筋確定的工藝流程進行水下植筋。

(6)安裝鋼筋網，將鋼筋網掛在植入鋼筋的彎鉤上予以固定。

(7)打入模板定位于工字形鋼，鋼模板通過定位工字鋼上的卡槽精確安裝，并臨時固定；定位工字鋼進入現(xiàn)狀地面線不小于2 m，鋼模板進入現(xiàn)狀地面線不小于1.5 m。

(8)對鋼模板范圍底部河床進行抽砂，抽砂深度為1 m。

(9)澆筑具有自密實特性的水下砼。

(10)回收鋼模板，施工平臺等設施。

以上維修步驟使得沉井壁植筋增大截面，增加了沉井基礎的穩(wěn)定性，延長了使用壽命，使得閩清大橋總體煥發(fā)新生。

3.2 利用潮汐低水位的有利時間施工

潮汐現(xiàn)象是由月球和太陽等天體的引力造成的。在白天出現(xiàn)的海水漲落稱為“潮”，而在夜晚出現(xiàn)的稱為“汐”[3]。福州地區(qū)普遍存在著潮汐現(xiàn)象，屬于規(guī)則半日潮區(qū)域，根據(jù)近半年的施工經驗，在農歷十五大概中午1點為高潮，晚上7點12分為低潮，農歷十六則推后50min。

潮汐河流的水位升降是有規(guī)律的隨機運動[4]，因此在工程施工中，選擇什么樣的時間段進行工作顯得格外重要。不僅能事半功倍地完成任務，也可省去不必要的麻煩，比如可以避免在錯誤的時間段去施工，工作難度大，施工困難等問題。

了解和掌握當?shù)厮虺毕珴q落的規(guī)律，對進行水下工作有著舉足輕重的作用，可以揚長避短，減輕損失。例如，在進行水下砼灌注作業(yè)施工時盡量避免潮漲與潮落，選擇中間段平穩(wěn)期。施工時還應秉持高效率的作業(yè)操作進行，縮短澆筑時長。除此之外，還需要配備灌注砼設施，防止發(fā)生意外事故時，使潮汐對工程的影響減小到最低。

3.3 澆筑水下自密實特性的C35水下砼

水下灌注樁混凝土有別于普通混凝土[5]，水下混凝土是高性能混凝土的一種，即水中澆筑自密實特性的混凝土。進行橋梁樁基礎水下混凝土灌注工程時，必須明確灌注工程施工的整體性以及合理性[6]。

閩清大橋灌注樁鉆孔施工前，先將需要施工的樁位進行測量放樣，同時對前后左右的樁位進行方向性大致放樣。放樣完成后，對施工場地進行認真規(guī)劃、開挖、平整，規(guī)劃時要充分考慮到鉆機如何擺放、泥漿池位置、沉渣池位置、下鋼筋籠吊機位置、灌注混凝土道路等[7]。灌注水下混凝土的坍落度要保持在18 cm～22 cm，使?jié)仓^程更加順暢。首批灌注混凝土初凝時間不比C35水下砼全部混凝土灌注完成的時間早。灌注時可以加入混凝劑，減少初凝時間。盡量縮短運輸時間和距離，初凝前混凝土的塌落度損失應小于2 cm。首批封底混凝土的用量要合理，能夠制造下落時的沖擊能量，從導管將泥漿擠出，并把導管下口埋入混凝土不小于1 m深。

當汛期潮汐影響波動水位較大時，可采用升高護筒，增加孔內水頭數(shù)量。護筒周遭也要立即使用黏土將其密封填實[8]。

3.4 潛水員(蛙人)的作業(yè)安全

蛙人因其攜帶的裝備中有形似青蛙腳形狀的游泳工具而得名[9]。大橋橋梁沉井基礎的維修加固少不了潛水員即蛙人的參與。不論是水下植筋技術，還是水下灌注樁等都離不開潛水員的工作。他們作為主要的施工維護人員，其安全需要有所保障。

3.4.1 潛水員安全技術交底

(1)下水作業(yè)前，必須了解作業(yè)目的、任務、下潛位置、環(huán)境以及下水當天的天氣等自然因素，提高安全可控性；在安全操作的行文規(guī)定下進行作業(yè)；在面對突發(fā)情況時，需冷靜聽指揮。

(2)對潛水設備進行檢查，下水以及加壓前都需要檢查，等確認無誤后方可繼續(xù)。

(3)氣源濃度的供給不得脫離國家明文規(guī)定。

(4)作業(yè)時，提前安排清空該河道施工范圍內的所有起吊作業(yè)，禁止過往船只通行，禁止爆破、拋錨、震動打樁、錘擊打樁、空氣幕沉井下沉、電擊魚類等其他作業(yè)。

(5)水面浪過大時(≥4級)時，需終止作業(yè)。

3.4.2 潛水作業(yè)應符合規(guī)定

(1)潛水時間應根據(jù)潛水深度計算確定。

(2)所潛水位過深時，提前備好相應的急救措施，需配備若干醫(yī)護人員及減壓設備。

(3)流速大于1m/s時進行潛水作業(yè)應符合下列規(guī)定：選用具有防護罩的潛水頭盔、壓鉛、潛水鞋，下潛導繩的墜砣應加重，供氣軟管、信號繩應作拉力試驗。

(4)在潛水作業(yè)點上游應事先停泊好工作船。

(5)潛員應使用安全帶，套在下潛導繩上下潛或上升；在水底，不得拋開導向繩，應減少用氣量，行走時應面向上游。

(6)夜間潛水作業(yè)時，除潛水工作船、潛水平臺應有照明外，還應安裝照明度較大的燈具，照在潛水點的水面上。炎熱環(huán)境潛水作業(yè)時，潛水前應將儲氣筒充滿壓縮空氣，儲氣筒上面應安裝冷水管降溫，待壓縮空氣冷卻后再使用或用冷氣泵供氣；在沉井或管柱內潛水，應有通風設備。

3.4.3 寒冷環(huán)境潛水作業(yè)應符合規(guī)定

(1)潛水前供氣管路應用壓縮空氣吹通幾分鐘，接頭部位用棉墊包裹。

(2)水面有浮冰時，供氣軟管、信號繩與斷冰接觸處應有防止磨損或割斷的措施。

(3)潛水梯的橫撐、潛水員行走的路面或厚冰上，應有防滑的措施。

以上為潛水員作業(yè)的大致安全交底規(guī)定，并定期對潛水員作業(yè)進行檢查。

3.5 水下起吊作業(yè)

如今海洋作業(yè)的不斷發(fā)展，水下起吊也逐漸為人們所熟悉。它與在水面上起吊貨物相比，主要優(yōu)點是水下起吊不受水面惡劣環(huán)境的影響，因此可以在水中全天候工作[10]。

水下起吊作業(yè)應遵循以下規(guī)定：

(1)進行水下起吊作業(yè)時應根據(jù)被吊物的特點和當?shù)氐乃橹贫ǚ桨浮?/p>

(2)潛水員應熟悉被吊物的特點、體積、重量、吊點和沉沒原因。

(3)在起吊時，潛水員應將沉落物件拴牢，經檢查確認拴掛牢固，待潛水員上升出水后再起吊。

(4)打撈沉船、鋼結構、圓筒等物件時，潛水員嚴禁在上述打撈物件內穿行，不得進入已有斷裂或破損面的船體內。

(5)潛水員不得在水中懸吊的物體上工作或從懸吊物件下穿越。

3.6 質量管控

在橋梁工程的施工過程當中，影響工程最終質量的因素是現(xiàn)場監(jiān)理的質量水平[11]。對于橋梁的加固維修，除了要對一些具體的施工技術進行整體性的把握，同時還需要對橋梁加固維修的質量管控有一定程度的了解和掌握。通過對橋梁加固維修的質量管控，能夠有效提升橋梁的施工質量，提升橋梁建設的安全性，并且有效延長橋梁使用壽命，提高經濟效益。

橋梁加固維修是對橋梁構件進行補強處理,以此優(yōu)化部分或整體結構,實現(xiàn)延長橋梁使用期限的目的[12]。其質量管控主要分為橋梁加固維修過程中的管控，成產班組的管控以及橋梁安全質量保證方案的管控。首先，在橋梁加固維修的施工過程中，技術人員和施工班組，都需要牢記相關的規(guī)章制度，并且嚴格遵循相關制度，同時按照設計圖紙進行施工。

4 結語

閩清大橋采用重力式橋墩沉井基礎，對其加固維修主要采用沉井壁植筋增大截面法以及水下樁基礎灌注自密實性混凝土，此種做法有效增加了大橋沉井基礎的穩(wěn)定性，延長了大橋的使用壽命。并且在施工過程中合理應用潮汐時間段，了解和掌握當?shù)厮虺毕珴q落的規(guī)律，利用潮汐低水位進行水下施工作業(yè)，可以揚長避短，減輕損失。潛水員(蛙人)水下作業(yè)以及水下起吊作業(yè)都需要嚴格按照規(guī)定，進行技術交底以及作業(yè)操作培訓，還需要對橋梁進行定期的質量管控，且所有活動都要按照相關的規(guī)章制度進行。

經有關單位聯(lián)合檢查驗收，閩清大橋加固維修工程質量優(yōu)良，期間未發(fā)生安全事故。上述對于橋墩沉井基礎的施工方法、工程經驗以及技術安全經實踐證明是切實可行的。