桥梁桩基础压入钢套箱加固技术研究

江新萍

（江西省上饶市公路路网服务中心，江西 上饶 334000）

0 引言

桥梁桩基长期处在水中，由于长期经受潮水起落的冲刷，桩基结构会发生较为严重的损坏问题，钢筋外露的问题比较常见，导致桥梁结构的整体性受到很大影响，因此必须采取加固处理，才能保证桥梁工程结构的安全性与稳定性。在桥梁日常检查与维护管理时，发现有很多水下灌注桩都存在病害问题，并且主要集中在桩基与立柱连接或者以下部位。如果病害所处位置的水位比较浅，通过土石围堰施工效果比较好，施工难度也不大。但是如果桩基病害部位的水位比较深，或者潮汐水位的变化幅度比较大，就会造成施工难度升高，现场的加固工艺也会比较复杂，难以通过围堰法进行施工。而应用传统钢围堰施工时对空间要求较大，还会影响通航，且成本无法降低。本文以某特大型桥梁项目为案例分析，了解到该桥梁的桩基长期受到潮水起落的冲刷，部分桩基病害严重，并且桥梁周围有2 座码头处于正常运营中，所以现场施工空间有限、工期紧张，不能采用传统钢围堰的方式。技术人员经过多方面的分析，创新应用压入钢套箱加固桩基技术。该技术可以全面进行桩基的加固处理，增加桩基截面积，提升结构的总体性能。通过实际应用发现，压入钢套箱加固技术在水中加固效果良好，对交通影响比较小，操作空间需求小，不会影响通航，且经济性较高，还能提升桩基加固效果，综合效益提升明显。

1 工程概况

某特大型桥梁工程长度为2513.61m，桥面宽度为34.5m，上部设计为预制空心板梁的心思，下部结构为准120cm 钻孔灌注桩，墩身直径准100cm，梁体断面为80cm×80cm，河床以下5m 为粉质黏土地质条件。经过对现场桩基的勘察发现，3#、4#桥墩处在潮汐水位变化比较大的区域，水下桩基发生了较为严重的损坏，比如4-2#桩基出现了严重的偏移，表面混凝土剥落比较严重，钢筋已经完全裸露出来，桩身混凝土丢失比较严重，具体病害问题可见图1、图2。对桩基的性能展开分析，发现这些病害问题已经严重威胁桩基的安全性，必须进行加固处理，以确保桩基结构的安全性，满足桥梁的正常通行标准。

图1 混凝土丢失病害

图2 左幅混凝土病害

2 桩基加固方案选择

在传统桥梁水下桩基的加固施工中以围堰法为主，土石围堰的施工在水位比较浅的条件下可以满足桩基加固施工标准，而传统钢围堰的方法虽然可以满足深水区域的桩基加固施工要求，但是对现场施工的空间要求比较高，且施工成本高。该桥梁工程加固施工的技术人员对以往经验进行总结，并对现场展开全面深入地勘察，发现现场所处位置距离长江口仅有1.2km，潮汐水位有很大的变化，凌晨2 点水位最高，下午3 点水位最低，两者有1.7m 的水位差；现场施工部位的系梁顶部到河床的距离是4.2m，水位比较深，并且在桥梁周边还有2 座大型码头处于正常运营中，所以现场施工空间比较狭小，过往船只密度较大，会影响正常通航。综合上述因素分析，不能应用传统的围堰方式进行施工。

为了避免给航运交通造成任何的负面影响，并且综合分析系梁对施工空间影响，确定对该桥梁的桩基加固施工采用压入钢套箱加固技术，通过静压的方式打入施工，把节段焊接拼装形成的加固钢管沿着桥墩、桩基础周边直接压入土体内，将内部的水抽干，及时灌入混凝土进行加固处理，进而提高桩基础的总体性能。

为了达到静力压入钢套箱的施工要求，在桥墩或者桩基础临近顶部设置反力架，将其固定在需要加固的桩基周围，在静压作业环节可以保持整体结构的稳定性。然后通过千斤顶将压入装置压入结构内，千斤顶上部与反力架焊接连接；通过压力的施加将钢管支架打入内部。静压施工阶段，根据现场情况随时调节千斤顶的运动方向、位置，以确保压入的效果合格。首节钢管压入结构内，再进行第二节钢管的拼装、焊接后再次压入，反复循环直到最终全部施工结束。这种加固方式充分利用吊装设备，融合自反力体系，使得安装与拆除操作非常的方便，进而提升桩基础的结构性能和质量，促进施工效率的提高，并使得桩基础尺寸、结构性符合标准，经济利用价值比较高，尤其是在潮汐水位变化剧烈、水位较深时，体现出该技术的优势，综合利用价值高[1]。

3 桩基加固施工技术

技术人员对现场展开全面勘察，了解现场的施工情况，并进行经验总结，提出一套详细的压入钢套箱桩基加固的施工方案，具体操作步骤见图3[2-3]。

图3 压入钢套箱桩基加固的施工流程图

3.1 场地平整

施工单位应用航道挖泥船对施工现场进行河道疏浚处理，清淤作业顺利实施，确保河床达到平整度标准。同时，适当增大航道断面，确保施工环节航运不受任何影响。

3.2 施工平台搭设

现场应用φ48mm 的钢管搭设脚手架，符合现场施工作业空间的要求，并且保证材料、工具、设备等都可以顺利运输，促进项目顺利实施。

3.3 反力架制作

在现场的合适位置上布置反力架，制作钢套箱，其直径为5m，采用钢板、型钢并由专业厂家制作，确保性能与尺寸符合施工的标准。为了方便拼接和运输，采取分节段的制作方式，单节0.5m。

3.4 钢套箱试拼

制作完成后运输到岸边，由施工人员展开试拼作业，结构尺寸和性能符合标准要求；将边角部位打磨平衡，没有毛刺等情况；拼接的部位应用橡胶条填充，达到密封性要求，避免河水进入内部。

3.5 安装反力架

反力架中主要包含抱箍与多个工字箱梁组合形成，在安装时首先应该进行墩基础的加固处理，设置抱箍结构，确保两者的连接效果合格，符合系统支承反力的运行标准；抱箍应用2 块半圆弧形钢板制作，板材厚度为12mm，高度在30cm 以上，采用螺栓进行连接，确保强度性合格；抱箍的上部设计为U 型螺栓，将纵横工字钢梁连接起来，采取“井”字形布置，且在纵梁反力点的位置应用钢丝绳倒链进行连接，达到结构承载性能的标准[4]。

3.6 钢套箱下沉

钢套箱由底板、侧板组成，其中底板是由钻孔平台转换后形成的，侧板则是由分块模板拼装后形成；使用手拉葫芦进行钢套箱的分片，在系梁下口采取分节水下安装的方式，拼装结束后沉入水下；使用千斤顶、手拉葫芦作为主要设备辅助钢套箱下入，采用反压法沉入施工；待钢套箱上缘有足够空间后，再将第二节套箱沉入下部，逐一进行施工，直到钢套箱的下缘符合设计标高为止。综合分析土层地质条件，这种加固方法效果比较好，但是要分为如下两种情况施工：当钢套箱施工位置上土质松软、地基反力比较小时，通过千斤顶直接沉入钢套箱；如果在施工部位上的土层硬度较高、与持力层相差不大、地基反力也比较大的情况下，通过使用倒链沉入钢套箱，以满足施工的标准要求。

3.7 钢套箱封底

钢套箱封底作业开始前，先对套箱底板封孔状况进行检查，然后将护筒上部的附着物清理干净，从而使得混凝土与护筒之间的握裹力符合要求。混凝土浇筑需要在水位较低的时间段进行，通过使用快凝混凝土浇筑施工，实现封闭处理，封底厚度在50cm 以上。封底之前如果发现河床冲刷严重，围堰外侧则及时应用混凝土回填施工，并夯实处理，以免发生围堰串水的问题。在封底混凝土达到初凝状态后，河道水位出现较大变化时，应及时补水、抽水，可以减小水压差作用，确保封底效果[5]。

3.8 桩基空洞处理

围堰内部排水结束后，开展现场的病害问题检查，并做好记录工作。当桩基础的病害问题不严重，面积小、深度小时，应用水泥砂浆采取人工砂浆涂抹方式修补处理；空洞面积大、深度大时应用喷浆法修补处理，并应用高压水枪将围堰以及基础表面清理干净。

3.9 安装植筋、钢筋笼

现场的植筋施工要避开原钢筋施工位置，并根据设计方案的要求进行配筋位置、数量的设置标记施工位置，确保植筋的效果符合要求。

3.10 安装模板

现场施工所应用的钢模板厚度在5mm 以上，在运输至现场后对模板内进行除锈清理，表面涂抹一层脱模剂，并进行预拼装处理，合格后才能投入使用。应用围堰反力架展开倒链的吊装作业，并逐一放置规定部位上，组织专人进行检查，确保下放的垂直度符合要求，模板接缝达到密封性效果。连接部位应用胶条密封处理，以免发生漏浆问题。

3.11 灌注混凝土

桩身加固是关键性环节，应用快凝混凝土实施加固处理，其强度超过C50，成型后桩体直径达到180cm。为了避免在施工后发生孔洞、气泡、蜂窝麻面等质量问题，现场灌注作业必须保持连续进行，且压力在0.1MPa 以上，灌注结束后及时对结构表面进行洒水养护处理，且不能对钢模板造成任何撞击影响。加固完成之后的桩基结构，检测其灌浆料强度、轴线偏差、厚度等参数，确保全部符合工程施工方案的要求。除此之外，还要对桩基结构的外观质量进行检查，保证桥梁的桩基与表面混凝土达到光滑性的要求，没有任何孔洞、蜂窝、麻面等质量问题，垂直度和原桩基保持一致性，灌浆填充密实且表面平整光滑。

4 结语

针对某特大型桥梁桩基进行研究，发现其病害问题较为严重，且现场施工条件比较恶劣，比如潮汐水位变化较大、通航要求高、空间小等，所以加固施工难度比较高。技术人员通过总结经验，分析以往的成功经验，考虑到现场的施工要求，最终选择使用压入钢套箱加固施工技术，进行桩基结构的加固处理。加固施工环节必须严格执行施工工艺方案要求，确保桩基加固顺利实施。经过加固后的效果检查分析发现，整个桩基结构的性能比较好，且水中作业不会受到任何影响，消除了以往的病害问题，且不会对现场水域通航造成任何影响，综合利用价值较高，为今后同类型工程的施工提供基础。未来还要加强压入钢套箱的加固施工技术的分析，重视经验总结分析，提高施工技术水平，发挥先进技术的优势，提高桥梁桩基的总体性能，为今后桥梁运营水平的提高产生积极作用。