橋梁樁基礎(chǔ)壓入鋼套箱加固技術(shù)研究

江新萍

（江西省上饒市公路路網(wǎng)服務(wù)中心，江西 上饒 334000）

0 引言

橋梁樁基長期處在水中，由于長期經(jīng)受潮水起落的沖刷，樁基結(jié)構(gòu)會發(fā)生較為嚴(yán)重的損壞問題，鋼筋外露的問題比較常見，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的整體性受到很大影響，因此必須采取加固處理，才能保證橋梁工程結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。在橋梁日常檢查與維護管理時，發(fā)現(xiàn)有很多水下灌注樁都存在病害問題，并且主要集中在樁基與立柱連接或者以下部位。如果病害所處位置的水位比較淺，通過土石圍堰施工效果比較好，施工難度也不大。但是如果樁基病害部位的水位比較深，或者潮汐水位的變化幅度比較大，就會造成施工難度升高，現(xiàn)場的加固工藝也會比較復(fù)雜，難以通過圍堰法進行施工。而應(yīng)用傳統(tǒng)鋼圍堰施工時對空間要求較大，還會影響通航，且成本無法降低。本文以某特大型橋梁項目為案例分析，了解到該橋梁的樁基長期受到潮水起落的沖刷，部分樁基病害嚴(yán)重，并且橋梁周圍有2 座碼頭處于正常運營中，所以現(xiàn)場施工空間有限、工期緊張，不能采用傳統(tǒng)鋼圍堰的方式。技術(shù)人員經(jīng)過多方面的分析，創(chuàng)新應(yīng)用壓入鋼套箱加固樁基技術(shù)。該技術(shù)可以全面進行樁基的加固處理，增加樁基截面積，提升結(jié)構(gòu)的總體性能。通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，壓入鋼套箱加固技術(shù)在水中加固效果良好，對交通影響比較小，操作空間需求小，不會影響通航，且經(jīng)濟性較高，還能提升樁基加固效果，綜合效益提升明顯。

1 工程概況

某特大型橋梁工程長度為2513.61m，橋面寬度為34.5m，上部設(shè)計為預(yù)制空心板梁的心思，下部結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)120cm 鉆孔灌注樁，墩身直徑準(zhǔn)100cm，梁體斷面為80cm×80cm，河床以下5m 為粉質(zhì)黏土地質(zhì)條件。經(jīng)過對現(xiàn)場樁基的勘察發(fā)現(xiàn)，3#、4#橋墩處在潮汐水位變化比較大的區(qū)域，水下樁基發(fā)生了較為嚴(yán)重的損壞，比如4-2#樁基出現(xiàn)了嚴(yán)重的偏移，表面混凝土剝落比較嚴(yán)重，鋼筋已經(jīng)完全裸露出來，樁身混凝土丟失比較嚴(yán)重，具體病害問題可見圖1、圖2。對樁基的性能展開分析，發(fā)現(xiàn)這些病害問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅樁基的安全性，必須進行加固處理，以確保樁基結(jié)構(gòu)的安全性，滿足橋梁的正常通行標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 混凝土丟失病害

圖2 左幅混凝土病害

2 樁基加固方案選擇

在傳統(tǒng)橋梁水下樁基的加固施工中以圍堰法為主，土石圍堰的施工在水位比較淺的條件下可以滿足樁基加固施工標(biāo)準(zhǔn)，而傳統(tǒng)鋼圍堰的方法雖然可以滿足深水區(qū)域的樁基加固施工要求，但是對現(xiàn)場施工的空間要求比較高，且施工成本高。該橋梁工程加固施工的技術(shù)人員對以往經(jīng)驗進行總結(jié)，并對現(xiàn)場展開全面深入地勘察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場所處位置距離長江口僅有1.2km，潮汐水位有很大的變化，凌晨2 點水位最高，下午3 點水位最低，兩者有1.7m 的水位差；現(xiàn)場施工部位的系梁頂部到河床的距離是4.2m，水位比較深，并且在橋梁周邊還有2 座大型碼頭處于正常運營中，所以現(xiàn)場施工空間比較狹小，過往船只密度較大，會影響正常通航。綜合上述因素分析，不能應(yīng)用傳統(tǒng)的圍堰方式進行施工。

為了避免給航運交通造成任何的負(fù)面影響，并且綜合分析系梁對施工空間影響，確定對該橋梁的樁基加固施工采用壓入鋼套箱加固技術(shù)，通過靜壓的方式打入施工，把節(jié)段焊接拼裝形成的加固鋼管沿著橋墩、樁基礎(chǔ)周邊直接壓入土體內(nèi)，將內(nèi)部的水抽干，及時灌入混凝土進行加固處理，進而提高樁基礎(chǔ)的總體性能。

為了達到靜力壓入鋼套箱的施工要求，在橋墩或者樁基礎(chǔ)臨近頂部設(shè)置反力架，將其固定在需要加固的樁基周圍，在靜壓作業(yè)環(huán)節(jié)可以保持整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然后通過千斤頂將壓入裝置壓入結(jié)構(gòu)內(nèi)，千斤頂上部與反力架焊接連接；通過壓力的施加將鋼管支架打入內(nèi)部。靜壓施工階段，根據(jù)現(xiàn)場情況隨時調(diào)節(jié)千斤頂?shù)倪\動方向、位置，以確保壓入的效果合格。首節(jié)鋼管壓入結(jié)構(gòu)內(nèi)，再進行第二節(jié)鋼管的拼裝、焊接后再次壓入，反復(fù)循環(huán)直到最終全部施工結(jié)束。這種加固方式充分利用吊裝設(shè)備，融合自反力體系，使得安裝與拆除操作非常的方便，進而提升樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量，促進施工效率的提高，并使得樁基礎(chǔ)尺寸、結(jié)構(gòu)性符合標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟利用價值比較高，尤其是在潮汐水位變化劇烈、水位較深時，體現(xiàn)出該技術(shù)的優(yōu)勢，綜合利用價值高[1]。

3 樁基加固施工技術(shù)

技術(shù)人員對現(xiàn)場展開全面勘察，了解現(xiàn)場的施工情況，并進行經(jīng)驗總結(jié)，提出一套詳細(xì)的壓入鋼套箱樁基加固的施工方案，具體操作步驟見圖3[2-3]。

圖3 壓入鋼套箱樁基加固的施工流程圖

3.1 場地平整

施工單位應(yīng)用航道挖泥船對施工現(xiàn)場進行河道疏浚處理，清淤作業(yè)順利實施，確保河床達到平整度標(biāo)準(zhǔn)。同時，適當(dāng)增大航道斷面，確保施工環(huán)節(jié)航運不受任何影響。

3.2 施工平臺搭設(shè)

現(xiàn)場應(yīng)用φ48mm 的鋼管搭設(shè)腳手架，符合現(xiàn)場施工作業(yè)空間的要求，并且保證材料、工具、設(shè)備等都可以順利運輸，促進項目順利實施。

3.3 反力架制作

在現(xiàn)場的合適位置上布置反力架，制作鋼套箱，其直徑為5m，采用鋼板、型鋼并由專業(yè)廠家制作，確保性能與尺寸符合施工的標(biāo)準(zhǔn)。為了方便拼接和運輸，采取分節(jié)段的制作方式，單節(jié)0.5m。

3.4 鋼套箱試拼

制作完成后運輸?shù)桨哆叄墒┕と藛T展開試拼作業(yè)，結(jié)構(gòu)尺寸和性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求；將邊角部位打磨平衡，沒有毛刺等情況；拼接的部位應(yīng)用橡膠條填充，達到密封性要求，避免河水進入內(nèi)部。

3.5 安裝反力架

反力架中主要包含抱箍與多個工字箱梁組合形成，在安裝時首先應(yīng)該進行墩基礎(chǔ)的加固處理，設(shè)置抱箍結(jié)構(gòu)，確保兩者的連接效果合格，符合系統(tǒng)支承反力的運行標(biāo)準(zhǔn)；抱箍應(yīng)用2 塊半圓弧形鋼板制作，板材厚度為12mm，高度在30cm 以上，采用螺栓進行連接，確保強度性合格；抱箍的上部設(shè)計為U 型螺栓，將縱橫工字鋼梁連接起來，采取“井”字形布置，且在縱梁反力點的位置應(yīng)用鋼絲繩倒鏈進行連接，達到結(jié)構(gòu)承載性能的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.6 鋼套箱下沉

鋼套箱由底板、側(cè)板組成，其中底板是由鉆孔平臺轉(zhuǎn)換后形成的，側(cè)板則是由分塊模板拼裝后形成；使用手拉葫蘆進行鋼套箱的分片，在系梁下口采取分節(jié)水下安裝的方式，拼裝結(jié)束后沉入水下；使用千斤頂、手拉葫蘆作為主要設(shè)備輔助鋼套箱下入，采用反壓法沉入施工；待鋼套箱上緣有足夠空間后，再將第二節(jié)套箱沉入下部，逐一進行施工，直到鋼套箱的下緣符合設(shè)計標(biāo)高為止。綜合分析土層地質(zhì)條件，這種加固方法效果比較好，但是要分為如下兩種情況施工：當(dāng)鋼套箱施工位置上土質(zhì)松軟、地基反力比較小時，通過千斤頂直接沉入鋼套箱；如果在施工部位上的土層硬度較高、與持力層相差不大、地基反力也比較大的情況下，通過使用倒鏈沉入鋼套箱，以滿足施工的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.7 鋼套箱封底

鋼套箱封底作業(yè)開始前，先對套箱底板封孔狀況進行檢查，然后將護筒上部的附著物清理干凈，從而使得混凝土與護筒之間的握裹力符合要求。混凝土澆筑需要在水位較低的時間段進行，通過使用快凝混凝土澆筑施工，實現(xiàn)封閉處理，封底厚度在50cm 以上。封底之前如果發(fā)現(xiàn)河床沖刷嚴(yán)重，圍堰外側(cè)則及時應(yīng)用混凝土回填施工，并夯實處理，以免發(fā)生圍堰串水的問題。在封底混凝土達到初凝狀態(tài)后，河道水位出現(xiàn)較大變化時，應(yīng)及時補水、抽水，可以減小水壓差作用，確保封底效果[5]。

3.8 樁基空洞處理

圍堰內(nèi)部排水結(jié)束后，開展現(xiàn)場的病害問題檢查，并做好記錄工作。當(dāng)樁基礎(chǔ)的病害問題不嚴(yán)重，面積小、深度小時，應(yīng)用水泥砂漿采取人工砂漿涂抹方式修補處理；空洞面積大、深度大時應(yīng)用噴漿法修補處理，并應(yīng)用高壓水槍將圍堰以及基礎(chǔ)表面清理干凈。

3.9 安裝植筋、鋼筋籠

現(xiàn)場的植筋施工要避開原鋼筋施工位置，并根據(jù)設(shè)計方案的要求進行配筋位置、數(shù)量的設(shè)置標(biāo)記施工位置，確保植筋的效果符合要求。

3.10 安裝模板

現(xiàn)場施工所應(yīng)用的鋼模板厚度在5mm 以上，在運輸至現(xiàn)場后對模板內(nèi)進行除銹清理，表面涂抹一層脫模劑，并進行預(yù)拼裝處理，合格后才能投入使用。應(yīng)用圍堰反力架展開倒鏈的吊裝作業(yè)，并逐一放置規(guī)定部位上，組織專人進行檢查，確保下放的垂直度符合要求，模板接縫達到密封性效果。連接部位應(yīng)用膠條密封處理，以免發(fā)生漏漿問題。

3.11 灌注混凝土

樁身加固是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，應(yīng)用快凝混凝土實施加固處理，其強度超過C50，成型后樁體直徑達到180cm。為了避免在施工后發(fā)生孔洞、氣泡、蜂窩麻面等質(zhì)量問題，現(xiàn)場灌注作業(yè)必須保持連續(xù)進行，且壓力在0.1MPa 以上，灌注結(jié)束后及時對結(jié)構(gòu)表面進行灑水養(yǎng)護處理，且不能對鋼模板造成任何撞擊影響。加固完成之后的樁基結(jié)構(gòu)，檢測其灌漿料強度、軸線偏差、厚度等參數(shù)，確保全部符合工程施工方案的要求。除此之外，還要對樁基結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量進行檢查，保證橋梁的樁基與表面混凝土達到光滑性的要求，沒有任何孔洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量問題，垂直度和原樁基保持一致性，灌漿填充密實且表面平整光滑。

4 結(jié)語

針對某特大型橋梁樁基進行研究，發(fā)現(xiàn)其病害問題較為嚴(yán)重，且現(xiàn)場施工條件比較惡劣，比如潮汐水位變化較大、通航要求高、空間小等，所以加固施工難度比較高。技術(shù)人員通過總結(jié)經(jīng)驗，分析以往的成功經(jīng)驗，考慮到現(xiàn)場的施工要求，最終選擇使用壓入鋼套箱加固施工技術(shù)，進行樁基結(jié)構(gòu)的加固處理。加固施工環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝方案要求，確保樁基加固順利實施。經(jīng)過加固后的效果檢查分析發(fā)現(xiàn)，整個樁基結(jié)構(gòu)的性能比較好，且水中作業(yè)不會受到任何影響，消除了以往的病害問題，且不會對現(xiàn)場水域通航造成任何影響，綜合利用價值較高，為今后同類型工程的施工提供基礎(chǔ)。未來還要加強壓入鋼套箱的加固施工技術(shù)的分析，重視經(jīng)驗總結(jié)分析，提高施工技術(shù)水平，發(fā)揮先進技術(shù)的優(yōu)勢，提高橋梁樁基的總體性能，為今后橋梁運營水平的提高產(chǎn)生積極作用。