閩清大橋橋墩沉井基礎(chǔ)維修加固技術(shù)研究

汪冰彬

(福州市閩清公路事業(yè)發(fā)展中心 福建福州 350800)

1 工程概況

閩清大橋有8跨7墩，于1976年通車，采用重力式橋墩沉井基礎(chǔ)，埋置較深，基底坐落于巖層，河床局部沖刷較明顯，且河床變化快速且復(fù)雜。橋梁的橋墩、樁基礎(chǔ)、承臺等均屬于水下結(jié)構(gòu)，隨著時間的推移，橋梁水下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了越來越多的病害及損傷[1]。該橋于1974年9月開工，1976年12月完工并正式通車。

圖1 閩清大橋立面圖

大橋病害主要表現(xiàn)為混凝土出現(xiàn)剝落、空洞、裂縫、露筋等[2]。本文借此橋作為實例介紹關(guān)于橋墩沉井基礎(chǔ)維修加固的相關(guān)技術(shù)。

2 維修處治設(shè)計原則

(1)安全：在維修、加固或改造后，應(yīng)確保橋梁在強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性方面有足夠的安全儲備。

(2)適用：在維修、加固或改造后，確保所設(shè)計結(jié)構(gòu)或梁體在規(guī)范規(guī)定的設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)能夠不發(fā)生較大的變形及破壞。

(3)經(jīng)濟(jì)：選擇加固造價和使用年限內(nèi)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用總和最省的方案。

(4)技術(shù)可靠、先進(jìn)：采用成熟、有成功案例且應(yīng)用效果較好的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、材料和工藝。

(5)經(jīng)久耐用：在規(guī)定條件下，能在規(guī)定期限內(nèi)長期維持其設(shè)計性能要求的能力。

(6)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展：在生態(tài)、水、空氣和噪聲等幾個方面，從施工方法和施工組織設(shè)計以及材料選用等各個方面考慮環(huán)境要求，將不利影響減少至最小。

(7)美觀：加固設(shè)計時盡量不破壞橋梁原有的景觀協(xié)調(diào)性，充分考慮橋梁加固改造后的景致效果。

表1 閩清大橋橋墩水下沉井病害匯總表

3 主要維護(hù)加固施工技術(shù)(以4#墩為例)

3.1 沉井壁植筋增大截面法施工工藝流程

以閩清大橋沉井基礎(chǔ)破壞情況分析，采用如下所述的植筋技術(shù)，植筋示意圖如圖2所示。

圖2 閩清大橋沉井壁植筋大樣圖

(1)施工準(zhǔn)備：了解施工環(huán)境、河道水文情況等。

(2)根據(jù)檢測報告中所列主要病害，結(jié)合竣工圖紙及現(xiàn)場實際，重新探明4號墩沉井基礎(chǔ)裂縫位置、走向，沉井基礎(chǔ)具體構(gòu)造尺寸及河床現(xiàn)狀。

(3)模擬水下環(huán)境進(jìn)行試植筋，確定水下植筋工藝關(guān)鍵流程、參數(shù)(如何達(dá)到強(qiáng)度時間、保持植筋膠飽滿等)，確保水下植筋可行有效。

(4)根據(jù)裂縫位置及走向圖示修復(fù)范圍、植筋位置，并對相應(yīng)位置采用高壓水槍清洗等方式進(jìn)行界面處理。

(5)根據(jù)試植筋確定的工藝流程進(jìn)行水下植筋。

(6)安裝鋼筋網(wǎng)，將鋼筋網(wǎng)掛在植入鋼筋的彎鉤上予以固定。

(7)打入模板定位于工字形鋼，鋼模板通過定位工字鋼上的卡槽精確安裝，并臨時固定；定位工字鋼進(jìn)入現(xiàn)狀地面線不小于2 m，鋼模板進(jìn)入現(xiàn)狀地面線不小于1.5 m。

(8)對鋼模板范圍底部河床進(jìn)行抽砂，抽砂深度為1 m。

(9)澆筑具有自密實特性的水下砼。

(10)回收鋼模板，施工平臺等設(shè)施。

以上維修步驟使得沉井壁植筋增大截面，增加了沉井基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，延長了使用壽命，使得閩清大橋總體煥發(fā)新生。

3.2 利用潮汐低水位的有利時間施工

潮汐現(xiàn)象是由月球和太陽等天體的引力造成的。在白天出現(xiàn)的海水漲落稱為“潮”，而在夜晚出現(xiàn)的稱為“汐”[3]。福州地區(qū)普遍存在著潮汐現(xiàn)象，屬于規(guī)則半日潮區(qū)域，根據(jù)近半年的施工經(jīng)驗，在農(nóng)歷十五大概中午1點為高潮，晚上7點12分為低潮，農(nóng)歷十六則推后50min。

潮汐河流的水位升降是有規(guī)律的隨機(jī)運(yùn)動[4]，因此在工程施工中，選擇什么樣的時間段進(jìn)行工作顯得格外重要。不僅能事半功倍地完成任務(wù)，也可省去不必要的麻煩，比如可以避免在錯誤的時間段去施工，工作難度大，施工困難等問題。

了解和掌握當(dāng)?shù)厮虺毕珴q落的規(guī)律，對進(jìn)行水下工作有著舉足輕重的作用，可以揚(yáng)長避短，減輕損失。例如，在進(jìn)行水下砼灌注作業(yè)施工時盡量避免潮漲與潮落，選擇中間段平穩(wěn)期。施工時還應(yīng)秉持高效率的作業(yè)操作進(jìn)行，縮短澆筑時長。除此之外，還需要配備灌注砼設(shè)施，防止發(fā)生意外事故時，使潮汐對工程的影響減小到最低。

3.3 澆筑水下自密實特性的C35水下砼

水下灌注樁混凝土有別于普通混凝土[5]，水下混凝土是高性能混凝土的一種，即水中澆筑自密實特性的混凝土。進(jìn)行橋梁樁基礎(chǔ)水下混凝土灌注工程時，必須明確灌注工程施工的整體性以及合理性[6]。

閩清大橋灌注樁鉆孔施工前，先將需要施工的樁位進(jìn)行測量放樣，同時對前后左右的樁位進(jìn)行方向性大致放樣。放樣完成后，對施工場地進(jìn)行認(rèn)真規(guī)劃、開挖、平整，規(guī)劃時要充分考慮到鉆機(jī)如何擺放、泥漿池位置、沉渣池位置、下鋼筋籠吊機(jī)位置、灌注混凝土道路等[7]。灌注水下混凝土的坍落度要保持在18 cm～22 cm，使?jié)仓^程更加順暢。首批灌注混凝土初凝時間不比C35水下砼全部混凝土灌注完成的時間早。灌注時可以加入混凝劑，減少初凝時間。盡量縮短運(yùn)輸時間和距離，初凝前混凝土的塌落度損失應(yīng)小于2 cm。首批封底混凝土的用量要合理，能夠制造下落時的沖擊能量，從導(dǎo)管將泥漿擠出，并把導(dǎo)管下口埋入混凝土不小于1 m深。

當(dāng)汛期潮汐影響波動水位較大時，可采用升高護(hù)筒，增加孔內(nèi)水頭數(shù)量。護(hù)筒周遭也要立即使用黏土將其密封填實[8]。

3.4 潛水員(蛙人)的作業(yè)安全

蛙人因其攜帶的裝備中有形似青蛙腳形狀的游泳工具而得名[9]。大橋橋梁沉井基礎(chǔ)的維修加固少不了潛水員即蛙人的參與。不論是水下植筋技術(shù)，還是水下灌注樁等都離不開潛水員的工作。他們作為主要的施工維護(hù)人員，其安全需要有所保障。

3.4.1 潛水員安全技術(shù)交底

(1)下水作業(yè)前，必須了解作業(yè)目的、任務(wù)、下潛位置、環(huán)境以及下水當(dāng)天的天氣等自然因素，提高安全可控性；在安全操作的行文規(guī)定下進(jìn)行作業(yè)；在面對突發(fā)情況時，需冷靜聽指揮。

(2)對潛水設(shè)備進(jìn)行檢查，下水以及加壓前都需要檢查，等確認(rèn)無誤后方可繼續(xù)。

(3)氣源濃度的供給不得脫離國家明文規(guī)定。

(4)作業(yè)時，提前安排清空該河道施工范圍內(nèi)的所有起吊作業(yè)，禁止過往船只通行，禁止爆破、拋錨、震動打樁、錘擊打樁、空氣幕沉井下沉、電擊魚類等其他作業(yè)。

(5)水面浪過大時(≥4級)時，需終止作業(yè)。

3.4.2 潛水作業(yè)應(yīng)符合規(guī)定

(1)潛水時間應(yīng)根據(jù)潛水深度計算確定。

(2)所潛水位過深時，提前備好相應(yīng)的急救措施，需配備若干醫(yī)護(hù)人員及減壓設(shè)備。

(3)流速大于1m/s時進(jìn)行潛水作業(yè)應(yīng)符合下列規(guī)定：選用具有防護(hù)罩的潛水頭盔、壓鉛、潛水鞋，下潛導(dǎo)繩的墜砣應(yīng)加重，供氣軟管、信號繩應(yīng)作拉力試驗。

(4)在潛水作業(yè)點上游應(yīng)事先停泊好工作船。

(5)潛員應(yīng)使用安全帶，套在下潛導(dǎo)繩上下潛或上升；在水底，不得拋開導(dǎo)向繩，應(yīng)減少用氣量，行走時應(yīng)面向上游。

(6)夜間潛水作業(yè)時，除潛水工作船、潛水平臺應(yīng)有照明外，還應(yīng)安裝照明度較大的燈具，照在潛水點的水面上。炎熱環(huán)境潛水作業(yè)時，潛水前應(yīng)將儲氣筒充滿壓縮空氣，儲氣筒上面應(yīng)安裝冷水管降溫，待壓縮空氣冷卻后再使用或用冷氣泵供氣；在沉井或管柱內(nèi)潛水，應(yīng)有通風(fēng)設(shè)備。

3.4.3 寒冷環(huán)境潛水作業(yè)應(yīng)符合規(guī)定

(1)潛水前供氣管路應(yīng)用壓縮空氣吹通幾分鐘，接頭部位用棉墊包裹。

(2)水面有浮冰時，供氣軟管、信號繩與斷冰接觸處應(yīng)有防止磨損或割斷的措施。

(3)潛水梯的橫撐、潛水員行走的路面或厚冰上，應(yīng)有防滑的措施。

以上為潛水員作業(yè)的大致安全交底規(guī)定，并定期對潛水員作業(yè)進(jìn)行檢查。

3.5 水下起吊作業(yè)

如今海洋作業(yè)的不斷發(fā)展，水下起吊也逐漸為人們所熟悉。它與在水面上起吊貨物相比，主要優(yōu)點是水下起吊不受水面惡劣環(huán)境的影響，因此可以在水中全天候工作[10]。

水下起吊作業(yè)應(yīng)遵循以下規(guī)定：

(1)進(jìn)行水下起吊作業(yè)時應(yīng)根據(jù)被吊物的特點和當(dāng)?shù)氐乃橹贫ǚ桨浮?/p>

(2)潛水員應(yīng)熟悉被吊物的特點、體積、重量、吊點和沉沒原因。

(3)在起吊時，潛水員應(yīng)將沉落物件拴牢，經(jīng)檢查確認(rèn)拴掛牢固，待潛水員上升出水后再起吊。

(4)打撈沉船、鋼結(jié)構(gòu)、圓筒等物件時，潛水員嚴(yán)禁在上述打撈物件內(nèi)穿行，不得進(jìn)入已有斷裂或破損面的船體內(nèi)。

(5)潛水員不得在水中懸吊的物體上工作或從懸吊物件下穿越。

3.6 質(zhì)量管控

在橋梁工程的施工過程當(dāng)中，影響工程最終質(zhì)量的因素是現(xiàn)場監(jiān)理的質(zhì)量水平[11]。對于橋梁的加固維修，除了要對一些具體的施工技術(shù)進(jìn)行整體性的把握，同時還需要對橋梁加固維修的質(zhì)量管控有一定程度的了解和掌握。通過對橋梁加固維修的質(zhì)量管控，能夠有效提升橋梁的施工質(zhì)量，提升橋梁建設(shè)的安全性，并且有效延長橋梁使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。

橋梁加固維修是對橋梁構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,以此優(yōu)化部分或整體結(jié)構(gòu),實現(xiàn)延長橋梁使用期限的目的[12]。其質(zhì)量管控主要分為橋梁加固維修過程中的管控，成產(chǎn)班組的管控以及橋梁安全質(zhì)量保證方案的管控。首先，在橋梁加固維修的施工過程中，技術(shù)人員和施工班組，都需要牢記相關(guān)的規(guī)章制度，并且嚴(yán)格遵循相關(guān)制度，同時按照設(shè)計圖紙進(jìn)行施工。

4 結(jié)語

閩清大橋采用重力式橋墩沉井基礎(chǔ)，對其加固維修主要采用沉井壁植筋增大截面法以及水下樁基礎(chǔ)灌注自密實性混凝土，此種做法有效增加了大橋沉井基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，延長了大橋的使用壽命。并且在施工過程中合理應(yīng)用潮汐時間段，了解和掌握當(dāng)?shù)厮虺毕珴q落的規(guī)律，利用潮汐低水位進(jìn)行水下施工作業(yè)，可以揚(yáng)長避短，減輕損失。潛水員(蛙人)水下作業(yè)以及水下起吊作業(yè)都需要嚴(yán)格按照規(guī)定，進(jìn)行技術(shù)交底以及作業(yè)操作培訓(xùn)，還需要對橋梁進(jìn)行定期的質(zhì)量管控，且所有活動都要按照相關(guān)的規(guī)章制度進(jìn)行。

經(jīng)有關(guān)單位聯(lián)合檢查驗收，閩清大橋加固維修工程質(zhì)量優(yōu)良，期間未發(fā)生安全事故。上述對于橋墩沉井基礎(chǔ)的施工方法、工程經(jīng)驗以及技術(shù)安全經(jīng)實踐證明是切實可行的。