劉志國(guó)，王高飛，魏 洋，朱 超，田 哲，錢 昊

（1.江蘇現(xiàn)代路橋有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210049；2.南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

0 引言

橋梁的樁基一般處于水中，由于長(zhǎng)期經(jīng)受起落潮水的沖刷，樁基混凝土?xí)a(chǎn)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(yīng)加固措施。在橋梁日常養(yǎng)護(hù)過程中，發(fā)現(xiàn)大量水下鉆孔灌注樁病害多發(fā)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(qū)域，則采用土石圍堰施工，施工難度相對(duì)較小。如果該病害處于水位較深的區(qū)域或潮汐水位較高的區(qū)域，則施工難度大、工藝復(fù)雜，不適合采用土石圍堰法施工，而傳統(tǒng)的鋼圍堰施工[5-9]對(duì)操作空間要求又大、占用航道空間且造價(jià)高。本文針對(duì)某特大橋的樁基長(zhǎng)期受潮水起落的沖刷，部分樁基病害嚴(yán)重，且橋位附近有2個(gè)較大的碼頭正常通航，操作空間較小，無法采用傳統(tǒng)的圍堰法施工的問題，創(chuàng)新地提出了一種壓入鋼套箱加固樁基技術(shù)[10-14]，并基于本技術(shù)對(duì)其樁基進(jìn)行增大截面加固。此技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是：適用于水中結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)；不干擾路面交通；對(duì)操作空間要求小，不影響通航；對(duì)樁基礎(chǔ)的尺寸、結(jié)構(gòu)影響不大；經(jīng)濟(jì)性較好。

1 工程概況

某特大橋全長(zhǎng)2513.61m，橋面全寬34.5m，上部結(jié)構(gòu)為先張法預(yù)制空心板梁，下部結(jié)構(gòu)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(nèi)地質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主。其中3#、4#墩位于潮汐水位變化較大的太平河內(nèi)，水下樁基均受到不同程度的損傷，如4-2#號(hào)樁基縱向偏位15cm，樁基1點(diǎn)～4點(diǎn)方向，樁基頂部距系梁底35cm范圍內(nèi)混凝土保護(hù)層大面積剝落，面積約1.4m×1.3m，導(dǎo)致鋼筋籠外露，樁身混凝土掏空，最深處達(dá)16cm；樁基6點(diǎn)方向混凝土破損，面積約0.8m×0.6m，最深約14cm；鋼筋籠向3點(diǎn)方向偏位，保護(hù)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(yán)重威脅到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，需要對(duì)此類樁基采取必要的加固措施。

圖1 左幅4-2#樁基5點(diǎn)鐘方向典型病害

圖2 左幅4-2#樁基3點(diǎn)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(tǒng)的鋼圍堰雖適用于加固深水基礎(chǔ)，但圍堰法施工對(duì)施工空間有一定的要求，會(huì)占用航道空間且造價(jià)高。根據(jù)前期技術(shù)人員對(duì)該特大橋地質(zhì)水文條件的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工區(qū)域的所處河流距離長(zhǎng)江口1.2km，潮汐水位變化大，凌晨2點(diǎn)達(dá)到最大水位，下午3點(diǎn)達(dá)到最小水位，水位差約1.7m；施工區(qū)域的系梁頂距離河床約4.2m，水位較深且調(diào)查流域有兩座較大的碼頭，可供操作的空間狹?。煌瑫r(shí)施工區(qū)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(tǒng)的圍堰法進(jìn)行施工。

為避免影響正常交通，且考慮到系梁的存在對(duì)操作空間的影響，對(duì)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(chǔ)技術(shù)，如圖3所示，該技術(shù)是利用靜力壓入技術(shù)，將節(jié)段焊接拼裝的加固鋼管沿橋墩、樁基礎(chǔ)四周壓入土中，將鋼管與橋墩、樁基礎(chǔ)間隙間的水抽去之后，灌注快凝混凝土對(duì)橋墩、樁基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)加固。為了實(shí)現(xiàn)靜力壓入鋼套箱的目的，在橋墩或樁基礎(chǔ)靠近頂部設(shè)置反力架，反力架固定于待加固結(jié)構(gòu)四周側(cè)面，在靜力壓入時(shí)，其通過自身反力實(shí)現(xiàn)平衡。再將千斤頂壓入裝置安裝在加固結(jié)構(gòu)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(chǔ)之中；在壓入過程中，根據(jù)千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)方向?qū)ζ湮恢眠M(jìn)行調(diào)整；當(dāng)首節(jié)鋼管被壓入其中后，然后對(duì)下一節(jié)鋼管進(jìn)行拼裝、焊接后再次壓入，直至與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符合。

圖3 壓入鋼套箱加固樁基礎(chǔ)技術(shù)原理

該加固技術(shù)集自反力體系與吊裝設(shè)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(duì)樁基礎(chǔ)的尺寸、結(jié)構(gòu)影響不大，經(jīng)濟(jì)性較好，特別適用于深水或潮汐水位變化較大區(qū)域內(nèi)的樁基礎(chǔ)加固。

3 樁基加固施工技術(shù)

在進(jìn)行了一系列的工前調(diào)查后，針對(duì)該特大橋潮汐水位下的樁基加固，提出了一套完整詳細(xì)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(chǔ)技術(shù)施工方案流程圖

（1）平整場(chǎng)地：采用航道挖泥船對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行河床疏浚，河床清淤，保證河床平整。同時(shí)加大航道斷面從而保證施工期間不影響社會(huì)船舶的正常通行。

（2）搭設(shè)施工平臺(tái)：采用?48鋼管在河岸及河床上搭設(shè)滿堂腳手架從而方便施工材料機(jī)械的運(yùn)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(yè)加工企業(yè)工廠制作。根據(jù)計(jì)算，每根樁需要6m長(zhǎng)鋼套箱。為了方便拼裝和運(yùn)輸，鋼套箱應(yīng)分節(jié)制作，每節(jié)0.5m。

（4）鋼套箱試拼：首先在岸上對(duì)鋼套箱進(jìn)行試拼，打磨毛刺，修整邊角確保各個(gè)部件吻合。對(duì)于拼裝連接部位采用橡膠條進(jìn)行填充以達(dá)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(chǔ)墩柱上安裝抱箍，以兩者產(chǎn)生摩擦力提供上部結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(diǎn)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(cè)板組成，其中底板由鉆孔平臺(tái)轉(zhuǎn)換而成，側(cè)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(jìn)行分節(jié)水下拼裝，拼裝完成后進(jìn)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(shí)，再進(jìn)行第二節(jié)鋼套箱的拼裝和沉入。依次進(jìn)行，直至鋼套箱下緣達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

根據(jù)土層土質(zhì)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(duì)鋼套箱所在的土層土質(zhì)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(duì)于鋼套箱所在的土層土質(zhì)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(duì)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(hù)筒上的附著物，以增加混凝土和鋼護(hù)筒間的握裹力。并且要在潮汐影響較小的低水位進(jìn)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(yán)重，圍堰外側(cè)則采用回填土進(jìn)行夯實(shí)，以保證圍堰不串水。當(dāng)封底混凝土初凝后根據(jù)河道水位變化及時(shí)補(bǔ)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(nèi)排水后，對(duì)圍堰內(nèi)的樁基礎(chǔ)病害進(jìn)行再次檢查記錄。對(duì)于樁基礎(chǔ)出現(xiàn)的深度較淺、小面積的缺陷，采用水泥砂漿人工涂抹進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于較大空洞，采用混凝土材料進(jìn)行修補(bǔ)或者噴漿修補(bǔ)法；并采用高壓水槍清洗鋼圍堰內(nèi)部及樁基礎(chǔ)表面。

（9）安裝植筋、鋼筋籠：植筋應(yīng)錯(cuò)開原結(jié)構(gòu)鋼筋位置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的配筋位置及數(shù)量標(biāo)注出植筋位置，按照深度置放設(shè)計(jì)鋼筋。

（10）安裝模板：鋼模板厚度一般不小于5mm，鋼模板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)模板內(nèi)面進(jìn)行除銹清理，涂刷模板油，宜在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其預(yù)拼裝和編號(hào)，便于后續(xù)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(yán)密，應(yīng)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(qiáng)度等級(jí)＞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(xiàn)象出現(xiàn)，灌注過程應(yīng)緩慢持續(xù)，注漿壓力不低于0.1MPa，灌注后對(duì)樁基進(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)禁再對(duì)鋼模板進(jìn)行錘擊。

典型關(guān)鍵工藝施工現(xiàn)場(chǎng)如圖5～圖7所示，經(jīng)加固后的樁基，檢測(cè)其灌漿料強(qiáng)度、軸線偏位、豎直度和加固厚度等技術(shù)指標(biāo)經(jīng)，均符合規(guī)范要求。此外還對(duì)施工加固完成后的外觀進(jìn)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(xiàn)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(jié)論

本文針對(duì)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(chǔ)技術(shù)，對(duì)其如何應(yīng)對(duì)潮汐水位的施工方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

本文提出的壓入鋼套箱加固樁基礎(chǔ)技術(shù)集自反力體系與吊裝設(shè)備于一體，該技術(shù)是利用靜力壓入技術(shù)，將節(jié)段焊接拼裝的加固鋼管沿橋墩、樁基礎(chǔ)四周壓入土中，將鋼管與橋墩、樁基礎(chǔ)間隙間的水抽去之后，灌注快凝混凝土對(duì)橋墩、樁基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)加固。此技術(shù)可以很好地進(jìn)行水中作業(yè)、對(duì)操作空間的要求較小、經(jīng)濟(jì)型較好，另外還可以很好地解決樁基礎(chǔ)的混凝土離析、鋼筋外露等病害，從而達(dá)到樁基加固的目的。經(jīng)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(xiàn)象發(fā)生，且軸線偏位、豎直度和加固厚度等技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

該技術(shù)目前已經(jīng)在同類橋梁樁基加固工程中得到推廣應(yīng)用，本文為今后同類型橋梁加固項(xiàng)目施工總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，提供了參考。