增大截面加固方法在水下桩基中的运用
2015-03-20
前言
近年来，桥梁安全事故频发，业内加强对运营桥梁进行检测，在对已建成桥梁检测时发现，部分水下桩基础存在钢筋外露现象，且现已严重锈蚀，为确保该桥的行车安全，应对病害严重桩基进行加固处理。其中，增大截面法被广泛应用于这类加固工程中，因此本文主要探讨增大截面加固方法在水下桩基中的运用。
加固施工顺序
（1）、施工前需要调查清楚桩基处河床碎石堆积的情况，然后根据河床情况，再确定钢护筒下放高程及桩侧岩土的清理措施；
（2）、将桩基表面的水生物和松散混凝土清除干净，露出新鲜混凝土。要求清除混凝土不能超过其钢筋保护层厚度；
（3）、在桩基表面钻孔、植筋，安装钢筋网，钢筋网需跟植筋钢筋焊接固定；
（4）、将加工好的两块半圆形钢模板包住桩基，上至原钢护筒下缘顶上1m，下至现清理后河床线以下1m，钢模板内侧与桩基表面间距40cm，并在钢模板锚固翼板上每隔2m左右用普通螺栓将两块半圆形钢模板锚住形成桩基外包钢护筒，在两块钢模板翼板之间需设置橡胶防水材料。外包钢护筒采用开口式，其顶部比原桩基钢护筒底高出1m；
（5）、在输送混凝土时由潜水员将导管送至新加钢护筒底部才开始输送，然后根据混凝土的流量慢慢提升导管，每根桩基至少设置两根砼输送导管，均匀分布于桩基两侧，砼输送时同时提升；
（6）、施工时钢护筒可分段预制，外包钢护筒下沉至确定高程，不能采用振动法下沉，可采用压重并辅以潜水冲坑法进行下沉作业。钢护筒连接处要求无突出物，应耐拉、压，不漏水；
（7）、浇筑水下砼的搅拌机能力，应满足外包砼在规定时间内浇注完毕。砼如果间隔浇注，时间间隔不得长于砼的初凝时间；
（8）、水下砼的输送机具宜采用砼泵车，距离稍远的宜采用砼搅拌运输车。采用普通汽车运输时，运输容器应严密坚实，不漏浆、不吸水、便于装卸，砼应不离析。
2.施工工艺
2.1 工艺流程图
2.2 河床探摸
首先安排潜水员对桩身周围河床进行探摸，了解清除河床面碎石堆积情况，包括石块堆积深度及大小与桩基桩身的实际情况，掌握桩基河床面以上的桩身混凝土表面的缺陷情况及桩身直径是否存在较大的扩孔突变情况。然后根据河床情况，再确定钢护筒下放高程及桩侧岩土的清理措施。
2.3 桩基表面清洗、凿毛、钢筋除锈等
因水流较急，潜水员一般利用每天平潮的时间段在水下作业。潜水员采用铲子、高压水枪等设备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，露出新鲜混凝土，要求清除混凝土不超过钢筋保护层厚度。安排潜水员施工，对裂缝进行表面处理。用钢丝刷沿裂缝走向清理混凝土表面，使混凝土表面保持清洁；用锤子和钢钎凿除两侧疏松的混凝土块和沙粒露出坚实的混凝土面。为了加强新、旧混凝土的结合，应对桩基础混凝土表面存在的缺陷清理至密实部位，但不超过钢筋保护层厚度，并将构件表面凿毛，要求打成麻坑或荔枝皮状。对原有外露受力钢筋进行防锈处理。
2.4 钢护筒制作及安装
钢护筒采用分段预制。根据现场丈量水下混凝土桩基的实际尺寸进行钢模加工，钢模分节长度为100cm，模板采用壁厚10mm厚的钢护筒，钢护筒采用场内按设计尺寸加工半圆形钢护筒。钢护筒上至原护筒下缘顶上1m，下至现抛石标高以下，钢板内侧与桩基表面间距40cm，并在钢板锚固翼缘上每隔2m左右用普通螺栓将两块半圆形钢板锚住形成桩基外包钢护筒，在两块半圆形钢板锚固翼板接触处设置橡胶防水材料。外包钢护筒采用开口式，其顶部比原钢护筒底高1m。
2.5 桩基表面钻孔、植筋
桩基钻孔、植筋作业由潜水员携带水下专业钻孔设备进行水下钻孔作业，孔深16cm，孔径20mm，孔口稍微向上，然后，潜水员清洗植筋孔并通过水下注胶设备向孔内注胶，再将剪力钢筋插入孔内并封闭孔口，使钢筋与混凝土粘结。
2.6 钢筋制安
根据现场水文情况安装首节钢模板，首节钢模板插入河床以下，并根据纵筋间距进行预埋首节纵筋。钢筋在固定加工场地按设计图纸下料制作，然后转运到现场进行绑扎，钢筋的间距、尺寸、接头符合设计要求和规范规定。在原桩基础外围挂钢筋网，通过植筋与原桩基础连接。环向钢筋由两个半圆组成，半圆的端头均采用环扣设计，利用两根纵筋进行固定连接。潜水员水下安装半圆钢筋笼。为了固定半圆钢筋笼，将绑扎好的钢筋笼与剪力钢筋水下焊接。在绑扎钢筋的同时加设9cm的保护层垫块，确保水下混凝土保护层厚度不少于9cm。
2.7 浇筑封底砼
首节模板长度为30cm，封底砼高度25cm，在工作船上按照水泥：混合物：砂：石=1：0.33：2.42：3.13配比搅拌均匀并用砂袋装好，由潜水员完成浇筑封底砼。
2.8 模板制安
为了保证潜水员水下安全作业和施工的顺利进行，根据现场丈量水下混凝土桩基的实际尺寸进行钢模加工，钢模长度为100cm，模板采用壁厚10mm的钢板，钢板在现场按设计加工成两个半圆型，模板加工完成后进行试拼并编号。再根据编号采用浮吊将其吊入水中待加固桩基础处，由潜水员在水下拼装，节段与节段之间采用法兰式连接，并设置密封圈等防水装置进行密封防水处理。钢护筒连接处要求筒内无突起物，应耐拉、压，不漏水。每块模板内侧焊上四点长40cm的角铁起定位与固定作用，保证所浇灌的混凝土厚度达40cm。因自重较大，钢筋与钢护筒若先焊接加固后再水下拼装，则潜水员难以实施。故计划将钢筋笼与每节钢护筒分开进行水下拼装。在岸上制作绑扎一半的钢筋笼。承台下设置拼装平台。单节钢护筒拼装完成后，沿着桩基向下移动1m，然后继续拼装钢护筒，如此往复循环，直至设计要求长度，并且钢护筒下座至设计河床面。河床面需要提前进行清理，以防灌注混凝土露浆。模板安装前，在首节底模上预留法兰盘，法兰盘与混凝土输送泵泵管一致。管口离底层混凝土面10-15cm。
2.9 导管安装
导管选用无缝钢管制作，管内直径为30 cm，其水密性和抗拉性能都需符合要求,以保证砼灌注过程中不漏水，不爆管。导管底节长7.0米，标准节长1.5米，另准备0.5米、1.0米长的辅助管各一节。导管接头用法兰盘配合Φ20mm全牙螺丝连接，法兰盘采用20mm厚 A3钢板制作。导管利用水下焊接拉结筋固定在钢模板上，每节导管布置二道拉结筋。漏斗、储料槽用5mm的A3钢板和型钢制成，储料槽及下料漏斗容积应经过计算可以保证采用的设备满足首批砼的灌注要求量。
2.10 水下混凝土浇筑
桩基外包混凝土为商品混凝土。桩基外包混凝土所采用的原材料必须严格按规范要求进行原材料的抽检试验，合格才能使用。采用混凝土输送车运送，通过输送泵至储料斗的方法施工。灌注水下混凝土前，先就位好储料槽、漏斗，安排潜水工人配合下好导管。导管与孔底的离空控制在25~40厘米。灌注水下砼时，混凝土由输送泵及布料杆泵送至桩位旁就位好的储料槽里。砼由储料槽放至漏斗、导管。第一次灌注时，把储料槽和漏斗中灌满混凝土并在其他工作都完全准备好以后即可剪球进行灌注。水下混凝土浇筑前对模板内水源进行置换，利用混凝土输送泵与钢模预留法兰连接将淡水连续泵入，置换水源。
在进行水下混凝土施工时，水面采用浮吊设备等配合，水下混凝土浇筑利用输送泵与预留法兰连接，通过输送泵与模板外钢导管将混凝土压入钢模板内，分二点布料。在钢模板中间一定高度处设置备用混凝土灌注阀门。水下混凝土浇注施工需不间断、连续进行，直至整根桩基础浇注施工完成 。该桩基截面增大尺寸较大，达40cm，对灌注混凝土时混凝土翻浆较为有利。
2.11 导管拆除
浇筑完成6小时后开始对导管进行拆除，从上至下分节进行。桩基水下混凝土浇筑完成后，保留桩基础钢模板，作为防护套。
2.12 包桩施工注意事项
（1）、钢筋笼分两个半圆在加工场地制作好，并预留搭接长度，或者设计弯钩在水下拼接直接勾住；
（2）、钢筋笼吊装采用浮吊进行，每次下放安装一个半圆的钢筋笼，并安装到位后进行固定；
（3）、钢筋笼外面设置混凝土垫块，确保混凝土保护层厚度；
（4）、钢护筒按每1m一节进行拼装；
（5）、钢护筒底部设置垫层，采用钢护筒座底后采用混凝土等材料在筒外进行封堵，防止灌注混凝土时底下露浆；
（6）、若流速较快，则潜水员安排在每天平潮的时间段进行水下作业；
（7）、桩基混凝土表面清理采用铲子、高压水枪等进行；
（8）、混凝土采用添加缓凝剂的细石混凝土；
（9）、钢护筒底部设置灌注口，并采用3点布料；
（10）、灌注混凝土时为了防止混凝土离析，设置剪球措施。
3.结 语
采用增大桩基截面的方法加固桩基，减少桥梁的安全隐患，可以确保桥梁的行车安全，阻滞桩基病害的继续开展，延长桩基的使用寿命。该施工工艺对类似桥梁桩基加固具有一定的代表性。因现有的公路上旧危桥加固维修工作任务繁重，该工艺对旧危桥加固维修领域应用推广价值较大。
