套箱法加固水下钻孔桩基础施工技术

套箱法加固水下钻孔桩基础施工技术

郑为王丰亦

浙江顺畅高等级公路养护有限公司浙江杭州310051

摘要：本文以沈家大桥钻孔桩基础加固实例，介绍采用钢套箱围堰，在钻孔桩基础外侧增加钢筋混凝土包裹的桩基础加固技术。

关键词：钢套箱围堰；水下桩基础；加固

1工程概况

由于受河道疏浚和常年遭受上游电站水流集中冲刷等影响，局部河床严重下切，16号桩基近3m外露于水中，19号桩基近5m外露于水中，均存在不同程度混凝土剥落、露筋、空洞、凹槽等病害。病害出现的原因主要是原先河床较浅，桩基施工按陆上桩采用钻孔灌注桩工艺施工，靠近桩顶部位由于水下混凝土浇筑时水泥浆上浮，此部分混凝土质量较差，而水流常年冲刷更加剧了桩基病害的发展。病害的发展已严重影响结构的耐久性及安全性，急需加固。

条件所限，到达16号墩、19号墩只能用小型船只，而上游的水电枢纽每天泻洪也决定了常规的土包围堰不适合本次加固施工。

2套箱法加固水下钻孔桩基础施工主要工序

2.1钢套箱设计与施工

2.2.116号墩采用方形钢套箱围堰

16号墩先行施工，考虑到所处位置水流侧向冲力较小、水深较小，并且进一步分析桩基病害情况需较大的工作空间，采用方形钢套箱。钢套箱尺寸为9.6m×3.2m×3.6m。考虑到现场无大型吊装设备，采用1.6m×1.2m组合模板现场拼装成型。组合模板采用δ10mm钢面板，加劲竖肋采用[14槽钢，间距40cm，加劲横肋采用[10槽钢，间距30cm。组合模板间法兰采用L10角钢，间隙用δ10mm橡胶条密封。钢套箱拼装成型后在距箱顶100cm位置、2.5cm位置钢套箱外侧加设双拼[20槽钢加劲梁。

利用系梁搭设施工平台，以及吊装扒杆。经过受力验算，钢套箱的拼装平台直接用型钢在系梁上搭设，吊装扒杆设在系梁端部。

钢套箱在平台上拼装完成后，利用扒杆整体下沉。钢套箱设4个吊点，采用4个5t手拉葫芦起吊，拆除平台上部分型钢，缓慢下沉。沉放到位后，由潜水员下水检查钢套箱与河床面是否有间隙，间隙处采取抛填碎石袋堵塞，防止浇筑封底混凝土时外漏。

2.2.219号墩采用圆形钢套箱围堰

19号墩处于主泄水孔，水流湍急，而需加固的桩基在水下5m。考虑到套箱侧向压力及水流冲力等多种因素，采用圆形钢套箱，钢套箱直径为3.8米，高度5米，面板采用厚δ8mm钢板，沿周围分布竖向加劲肋、横向加劲肋，加劲肋间距为50cm。圆形钢套箱高度方向分为五个段，每个节段高1m，圆周方向也分为5个节段，这样总共25个小块组合模板。小块组合模板间上下法兰采用L10角钢，间隙用δ10mm橡胶条密封。

圆形钢套箱在平台拼好一个节段，下沉一个节段，然后加高一个节段，直至圆形钢套箱全部沉入到既定位置。

圆形钢套箱施工时，在抽水阶段，钢套箱内侧由上向下逐步加撑，以确保施工期间钢套箱在强水流冲击下不至失稳。

2.2封底混凝土施工

封底的好坏直接关系到围堰方案的成败，所以在钢套箱底部四周可以分布一些钢筋。封底混凝土厚度100cm，混凝土标号C25，掺入早强剂。水下封底混凝土采用导管法灌注，混凝土由停在桥面上的汽车泵输送。

2.3桩基病害处治

2.3.1清理、除锈、植筋

钢套箱内抽水后，对桩基病害进行全面的检查、分析，清除桩基表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀部分劣化混凝土及附生在混凝土表面的水生物，采用小型设备凿除表面劣质混凝土直至露出新鲜骨料，桩基外侧全部凿毛，并清洗干净。

对外露的桩基钢筋进行除锈处理、并涂抹阻锈剂，已锈断的钢筋进行补焊加强。

按照设计要求布设锚固螺栓，需钻孔的点位用钢筋保护层测试仪探测，避开桩基结构钢筋。钻孔后用压缩空气清理孔内浮尘，再用丙酮清孔，然后用专用植筋胶安装锚固螺栓。

2.3.2加大截面法加固桩基

本次加固采用外包钢筋混凝土保护层的方法，实施后桩基截面外径160cm。

桩基础的表面病害处理完毕后，在桩基础外侧设两道钢筋笼，钢筋笼直径分别为127cm、145cm。

模板施设后，湿润需加固的桩基侧面，然后进行混凝土浇筑施工。补强混凝土采用C40普通混凝土，坍落度控制在20～22cm。混凝土浇筑分层进行，每层30cm，由于补强钢筋施设后工作面内钢筋密集，采用30mm振动棒振捣，振捣时，要快插慢拔。每一点振捣持续时间宜为20～30s，直至混凝土停止下沉、不冒气泡、表面泛浆平坦然后进行下一层浇筑。

3套箱法加固水下钻孔桩基础施工质量控制

3.1套箱施工质量控制要点

钢套箱的设计以及封底混凝土的厚度均应进行受力验算，确保钢套箱下水后可以承受侧壁水压力、水流冲击力，确保封底后封底混凝土可以承受浮力考验。

受条件限制，本次施工钢套箱组装平台设置在系梁上，起吊扒杆也设在系梁上，也必须进行系杆的受力验算，确保系梁不受损伤。

封底混凝土的施工与钢套箱的接缝密封性关系到围堰方案是否成功，应当严格控制施工质量。

3.2加大截面法加固桩基施工质量控制要点

此类因冲刷而引起病害的桩基加固应该保证能加固到位，沈家大桥的桩基加固要求加固到强风化层，以免加固结束后继续冲刷。那么封底混凝土位置及封底混凝土以下到强风化层间区段如果检查有病害也必须处理。

在沈家大桥桩基加固中抽水后发现桩基缩径、夹泥等病害，如果情况严重，则要慎重处理，以免加剧桩基受损程度。

4结语

沈家大桥桩基加固几年后通过潜水检查，水下成像装置检测，结果加大截面加固桩基部位完好，加固部位以下部分也未形成新的冲刷病害，可以认为此次加固施工是成功的。随着高速营运年限的增加，高速桥梁下部结构所处地形在不断变化中，桩基病害也随之出现，勤检查可以及时发现病害并加固处理。希望沈家在条件限制的情况下采用钢套箱围堰加固水下桩基案例能给同类施工积累一些经验。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.公路桥梁加固施工技术规范（JTG/TJ23-2008).北京：人民交通出版社，2008.