某大桥桩基加固维修施工技术

　　摘要：本文结合工程实际，简要介绍采用钢套箱围堰,对桩基进行包裹混凝土修复的施工工艺、施工要点。
　　关键词：桩基加固，钢套箱，混凝土
　　1.工程概况
　　某桥梁全长564米，宽12米，跨径组合为10×20m+5×40m+8×20m，其中1～9、16～22号墩桩径为1.2米、10～15号墩桩径为2.0米。由于河道疏竣和常年遭受上游水电站水流集中冲刷及当地村民挖砂等因素影响，致该桥位置的河床严重下切，标高急剧下降，部分桩基被冲刷外露。经检测，外露桥墩桩基（4#～19#墩）存在不同程度的混凝土保护层剥落、露筋、空洞、凹槽、钢筋锈蚀等病害，危及桥梁结构的使用安全。经检测提出桩基加固方案，主要为大桥5～15、17、18#墩1#、2#桩基进行系梁至河床部分截面加大加固。
　　2.施工方法
　　本工程位于塔底水电枢纽下游，水电站在早上8时至晚上12时放水发电，水流在停止放水后一小时左右趋于稳定，水位高差在1.5m左右。本工程在工作安排上必须合理的处理好与水电站放水发电的关系，桥梁17、18#墩位于水电站的正下游，考虑水流的影响，这两个墩的施工安排具体为：套箱在正常工作时间段拼装；为保证混凝土封底成功，套箱下沉及混凝土封底施工时避开水电站上午放水水流较急时段，一般安排在下午水流平稳时段施工（封底混凝土完成后在终凝前不能被扰动。一般水下砼终凝时间需8小时以上）。
　　2.1施工准备
　　2.1.1航道开设：
　　因河床清理深度、面积都较大，本工程采用长臂挖机，将每个施工点连线后统一开挖一条宽4m、深2m(最低水位条件下)的航道，从航道内取出的卵石根据原地貌情况将其堆放在桥梁下游侧整平，严禁集中堆放，影响河道排水。
　　2.1.2平台搭设
　　平台采用由型钢纵横连接组装而成，主要材料是工字钢和槽钢，其尺寸9×3.5m。
　　在立柱根部纵向设置2m长[20a槽钢，开口朝内，互相用螺杆固定，紧固时在槽钢口用土工布等软质材料衬垫；将两根I20A工字钢横向安设在槽钢上，两工字钢间用螺杆固定，工字钢上纵向铺设间距1m、长3.5m的[10槽钢，槽钢与工字钢用铅丝绑扎连成整体，最后在槽钢上铺设脚手片(或竹胶板)后形成工作平台。
　　2.2河床清理
　　河床按桩中心4米范围清理。顶面开挖范围根据每个墩桩基的设计处理深度计算，开挖范围计算时考虑河床材质、水流影响、套箱工作面等因素,分层开挖到基岩。由潜水员入水检查开挖情况，然后根据潜水员的确认情况确定是否需要再修整基坑范围。
　　河床清理整平后，潜水员下水全面调查桩基质量情况，若情况与设计不符，则立即汇报监理工程师、设计单位及业主。
　　2.3钢套箱安装
　　2.3.1钢套箱组成：
　　工程所在位置受上游电站影响，水位经常变动，在整个工期内，最高水位维持在4m左右，采用套箱高度为4.5m(按钢套箱顶面高于最高水位50cm要求执行)。
　　钢套箱主要材料为[20a槽钢，槽钢尺寸一致，套箱长宽高为10.298×4.095×4.5m（见下图1），槽钢平面朝内竖直安装，共由140根[20a槽钢组成，所有槽钢之间均用M16螺栓连接(在槽钢肋上设间距为25cm的孔)，水平设5道[16a槽钢将竖向槽钢连接成整体抵抗封底抽水时的水压，四角及两桩基内侧设各[10槽钢支撑。套箱竖直槽钢连接处均用5mm橡胶板衬垫，确保套箱严密不漏水。
　　
　　图1钢套箱组成
　　2.3.2钢套箱安装：
　　套箱拼装平台：套箱尺寸为10.298×4.095×4.5m，在按装平台上拼装后整体下沉，考虑工作面，在工作平台的基础上（9×3.5m），纵横向各增加长度至12×6m而形成拼装平台。横向工字钢每侧接长1.5m，纵向在原槽钢间插入长6m的槽钢，使槽钢间距缩小为50cm，与工字钢采用铅丝绑扎连接；槽钢面上，套箱竖立范围铺设宽50cm、厚5mm以上钢板。在盖梁上悬挂工字钢给平台施加部分拉力，减少系梁压力确保系梁安全。
　　吊装设施：在立柱上安装抱箍装置，抱箍底部自系梁处给予支撑，抱箍上横向紧靠立柱前后方安装长9m的20#工字钢，工字钢间用M16螺杆靠立柱左右拉紧。在横向工字钢上与螺杆对应安装4道由两根长4.5m的20#工字钢合拢的工字钢梁，并在工字钢端部设置10t葫芦的吊钩，最外侧安装保险装置，在葫芦工作时保证其固定不移位。
　　套箱拼装：为减少在水上作业的工作量和时间，组成套箱的槽钢经加工后先在岸上组成5片或以上的槽钢板，然后再由船只运输至工作点。首先拼接底部两道水平[16a槽钢，使其形成立体框架；然后将[20a槽钢按顺序对称自四角向中间靠拢拼装，保证平台的稳定和套箱的整体性；最后待[20a槽钢拼接完成后，将上部[16a槽钢及四角[10槽钢按要求安装到位，桩基内侧的两排纵向[10槽钢在套箱下沉过程中，在系梁下面进行安装。钢套箱拼装时，在拼缝处设置橡胶垫圈，螺栓依次紧固不遗漏，确保沉入后不漏水。
　　套箱下沉：套箱拼装时，其重量由立柱、系梁共同承担，当拼装结束后，根据拼装平台的拆除需要将套箱上升至一定高度(套箱上升由安装在纵向工字钢的5T手动葫芦完成),上升时由专人指挥，四角上升速度保持一致，将平台后增加部分拆除后再缓慢下沉至河底。套箱沉放到位后，由潜水员下水检查钢围堰与河床面情况，若发现有较大空隙，采取措施进行堵塞，如在外侧堆砌土袋、或在套箱内侧底部吊设底板，防止封底砼大量外漏，影响封底砼质量。如下图2。
　　
　　图2钢套箱安装
　　2.4封底砼浇筑
　　封底砼采用C25水下商品砼，砼的水灰比不大于0.6,坍落度18～22cm，掺加早强剂。砼拌和后采用砼输送车直接送到墩上方桥面,用汽车泵将混凝土送至工作平台，在整个套箱范围用导管法分三个注入点进行水下混凝土浇注。
　　水下封底砼浇注后，取砼试件放在护筒内现场养护，当试件试验强度达到设计强度的75%（一般2-3天可达到）后，即可抽水。抽水时密切关注钢围堰是否存在渗水、漏水等情况，如发现有渗漏水时立即采取有效措施对钢围堰进行封堵、补漏处治，确保桩基施工安全。
　　2.5桩基清理
　　围堰内抽水完成后，清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土及附生在混凝土表面的水生物；打磨结构表面混凝土砂浆浮层，露出混凝土结构层，并用高压泵对桩基进行清洗，特别对空洞较深、松散严重的桩基作全面清洗。
　　桩基钢筋外露的部分须除锈阻锈，锈蚀严重的，做补强处理，两端焊接长度大于5d。
　　2.6钢筋加工及安装
　　因桩基缺损，其中心位置较难确定，需根据立柱外侧确定桩基加大位置范围，钢筋植入、钢筋安装均根据最后确定的加大位置进行实施，否则会导致桩柱不同圆心的情况发生。
　　2.6.1植筋
　　在原构件上钻孔，植入Φ16带肋钢筋，植筋间距竖向为30cm，环向内均匀布置。植筋孔孔径为2cm，植入深度10cm。植筋胶采用优质A级改性环氧树脂类植筋结构胶，植筋胶具有良好的触变性，且具有足够的粘结强度和耐久性。
　　2.6.2钢筋安装
　　植筋养护结束后，安装钢筋网，纵向主筋采用Φ16带肋钢筋，环向均匀布置，间距约22cm，主筋与植筋点焊连接，箍筋采用Φ10钢筋，竖向间距为15cm，施工时先安装内层钢筋网，后安装外层钢筋网，外层钢筋网安装时注意留足保护层，桩基在受冲刷时，确保钢筋不受腐蚀。
　　2.7钢护筒安装
　　截面加大模板采用钢护筒，钢护筒在工厂定制，加工成两个半圆形，安装时用螺栓将两边法兰固定就可以，因桩基加大高度的不确定，截面加大分两次实施，钢护筒的制作长度大于桩基加大高度的二分之一。
　　根据钢筋安装前确定的位置在模板外侧设置固定支点(可采取在封底砼上植筋的方法)，将钢护筒直接放在支点内侧，拼装紧密，检测模板的垂直度，并进行底部密封防漏处理，以保证混凝土的施工质量。
　　2.8浇注混凝土
　　待模板安装完成后，对待加固桩基础进行混凝土浇注，混凝土浇注施工不间断、连续进行，直至浇筑施工完成，以实现新增钢筋混凝土和原有混凝土结构之间的有效粘结。
　　待立柱混凝土达到一定强度后拆模，将护筒安装至系梁底面，在浇筑完成的立柱顶部侧面粘贴止水胶带，将护筒拼装紧密，进行第二次浇筑。
　　2.9拆除模板及套箱
　　将混凝土覆盖洒水养护达到设计强度后，向套箱内注水，边注水边自下向上拆除内部支撑（纵向和角支撑），直至内外水位相平。此时安排潜水员下水拆除槽钢间的连接螺栓，平台上工作人员配合潜水员将槽钢用葫芦拉上并运至下一作业点。
　　3.套箱施工安全计算
　　3.1计算内容
　　本工程钢套箱主要材料为[20a槽钢，长宽高为10.298×4.095×4.5m，槽钢平面朝内竖直安装，共由140根[20a槽钢组成，所有槽钢之间均用M16螺栓连接，水平设5道[16槽钢将竖向槽钢连接成整体抵抗封底抽水时的水压，四角及两桩基内侧各设[10槽钢支撑，提高套箱强度。考虑到本次施工钢套箱在安装平台上拼装后整体下沉，因此本次计算对钢套箱围堰浇筑封底混凝土，抽完水后及迎水面水流速度3m/s的最不利情况进行计算，以保证施工的安全性。
　　3.2计算模型
　　本次计算采用MIDAS有限元程序建模计算。模型共284个节点，142个单元。分为以下两种状态：
　　⑴考虑钢套箱受净水压力作用，按流体压力布载，封底砼厚度按80cm考虑。
　　⑵考虑钢套箱受流水压力作用
　　因篇幅所限，具体计算过程略。
　　3.3计算结果
　　根据计算结果，综合考虑钢套箱内槽钢支撑及槽钢肋板的支撑效应，在净水压力和流水压力下，钢套箱非迎水面壁体最大应力为173MPa<215MPa，迎水面壁体最大应力为166MPa<215MPa，均满足要求。

《某大桥桩基加固维修施工技术》

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