基于单壁钢围堰的深水桩基加固技术研究

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1、基于单壁钢围堰的深水桩基加固技术研究高文波陈海伟胡余勇张文静武汉二航路桥特种工程有限责任公司温州市市政管理处摘要：依托某跨江大桥桩基加固工程，针对深水桩基病害加固施工困难、造价高、临时措施复杂等问题，通过结构设计、工程应用等方法，开发了模块化单壁钢围垠和抱箍式吊装装置，形成基于单壁钢围堰的深水桩基增大截面加固施工工艺，保证了桥梁深水桩基加固质量和工期。关键词：桥梁工程;加固技术;结构设计;深水桩基;单壁钢围垠;收稿日期：2017-08-08基金：温州市科技计划项目(S20130013)资助Received：2017-08-08截止201

2、6年底，全国已建成公路桥梁80.53万座，总长达4916.97万卬山，其中危桥数量约为9.35万座図(2010年数据)，严重危害着行车安全。桩基是桥梁病害的多发部位，常出现施工质量缺陷、钢筋外露锈蚀、混凝土冲蚀剥落、河床冲刷、桥台桩基水平位移等病害，尤其在受潮汐、山洪、泥石流、河道变迁等影响的地区病害更为严重。桩基病害具有隐蔽性强、检修困难等特点，极易因处置不及时而导致桥梁垮塌事件发生，造成生命财产的损失。日前，桩基础的主要加固方法有:注浆法固、新增桩基法匕1、增大截面法、扩大基础法、反压护套法、体外预应力法和抛石护坦等。其中新增桩基法

3、能较好解决桩基承载能力不足、桩基外露导致桥墩抗弯刚度不足，以及桩基沉陷和不均匀沉降等病害，但其造价高、工期长、施工技术难度大、风险高，并不适用于桩基混凝土剥落冲蚀、钢筋外露等病害，因此，有必要针对不同桩基病害进行深水桩基加固方法和施工工艺的研究。以温州东瓯大桥为工程背景，通过加固方案比选、钢围堰设计、结构计算等方式确定钢围垠的结构类型，并进行工程应用。1工程简介温州东瓯大桥（又名瓯江三桥）横跨江心屿，连接温州市区和瓯北，全桥长2048m,桥宽21.4m,双向4车道通车，基础为钻孔灌注桩基础。大桥于2000年6月建成通车，车流量4万辆/d

4、左右，2011年检测发现水下墩桩基冲蚀严重，部分桩基混凝土内有较大空洞，导致钢筋外露，极大地影响了结构的承载能力，需对病害的桩基进行加固处理。东瓯大桥所处瓯江平均潮差为4.52m,最大潮差高达7.17m,最大流速为3.Om/s,是典型的潮差大、水流急的水域，且桥下净空小，严重限制加固施工的开展。2加固方案比选根据口前桥梁桩基加固方法的类别、加固措施、适用范圉、加固效果和存在的局限性，针对东欧大桥桩基础出现的混凝土冲蚀、钢筋外露、混凝土表面缺陷等病害问题，宜采用增大截面的方式进行加固。常用增大截面有外包钢材、外包钢筋混凝土、夹克法和钢套筒

5、法，其中外包钢材在水下施工较为困难，拼装精度要求较高，口价格贵;夹克法和钢套筒法的截面面积增加有限，口水下混凝土表面处理施工效率低、成本高。通过综合比较，宜采用外包钢筋混凝土方式进行加固。在采用外包钢筋混凝土进行桩基础增大截而加固施工过程中，需要使用围堰以形成干施工环境，表1为常用围堰类型及优缺点。根据沿海地区大流速、高潮差环境中的桥梁水下桩基加固特点，综合分析不同类型钢围垠在结构尺寸、施工条件、经济等方面的优缺点，确定采用单壁钢围堰进行施工。表1常用围堰类型的优缺点下载原表3单壁钢围堰结构设计及计算3.1单壁钢围堰结构设计1）单壁钢围

6、堰标准模块设计。为适应现场不同的桩基构造，设计了L形单壁钢围堰拼接模块（见图la））,由壁板、纵肋和水平横撑三部分构成，材质均为Q235BO通过计算分析确定相关结构尺寸及布置形式:壁板采用8mm厚钢板;纵肋采用L160X100X10角钢，间距50cm;水平环向横撑在节与节之间的过渡段采用双L160X100X12角钢，其余部位底节采用TN173X174X6/9的T型钢，标准节釆用TN300X200X11/19的T型钢，节间间距为100cm,。在模块的直角内侧设置八字撑，与水平环向横撑相连，采用HW150X150X7/10的H型钢。该模块可

7、现场拼装成矩形截面（见图lb））或正方形截面（见图lc））,形成单壁钢围堰的标准模块，标准模块高度均为3m,实现了钢围堰的重复利用，节约了大量钢材。当所需围堰尺寸大于该标准模块吋，可在尺寸不足处加入标准长度调节块，该调节块高度与L形单壁钢围堰拼接模块相当，长度为3m。2）单壁钢围堰内撑设计。在围堰内沿高度方向每隔lm设置一道水平支撑，在设计水位线以上可增加水平支撑间距，但不宜超过2m。水平内撑采用HW200X200X8/12制作，构造见图2,内支撑作用点水平间距为lm或1.5m,八字撑采用I1W150X150X7/10制作，防止结构受压

8、失稳。图2单壁钢围堰水平支撑图（单位:mm）下载原图3.2单壁钢围堰结构计算按水深10m,围堰入泥2m,露出水面lm考虑，用midasCivil建立2种标准形式的单壁钢围堰的空间有限元模型，对其进行受力性能