海洋环境下钢栈桥加固技术研究

叶剑平,沈 超,蔡 越

(1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，武汉 430040；2.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

双鱼岛2#栈桥位于招商局漳州港开发区南滨大道东侧，南炮台南侧，西起南滨大道，东至双鱼岛人工岛，连接陆岛，横跨内海，是重要的陆岛连接线。双鱼岛2#栈桥采用钢结构形式，于2011年1月建成并投入使用，在海洋环境中服役达5年多时间后，技术人员发现其桥面系、上部结构、下部结构均存在不同程度的病害，特别是下部结构的钢管桩因受到海水的严重腐蚀，已不能满足设计的使用要求。依据该桥的相关检测报告，双鱼岛2#栈桥的技术状况等级评定为4类，亟需对钢栈桥进行维修加固处理，以满足桥梁耐久性要求，并达到设计要求的10年使用年限。

1 维修加固方案设计

1.1 下部结构维修加固设计

在海洋环境下，钢结构的腐蚀条件有两个：水和氧气[1]，因此钢结构腐蚀发生最为严重的区域为水位变动区(波浪区)和浪溅区[2]。双鱼岛2#栈桥的钢管桩正处于该区域，相关检测结果表明其钢管桩锈蚀严重，原设计壁厚为8 mm，检测实际厚度大部分在5～7 mm。且钢管桩存在双面腐蚀现象，按照钢材在Ⅲ-F海洋环境下腐蚀速度为0.2 mm/年计算[3]，5年的腐蚀年限的腐蚀厚度应为2 mm左右，理论计算结果与实际检测结果恰好一致。

为达到10年的设计使用年限，根据现场实际情况(即钢栈桥最大水位线在0～3 m范围内)以及经济性要求，拟采用钢套筒包裹钢管桩并填充水下自密实混凝土的方法，对钢管桩基进行加固处理[4]。通过比较分析，该方法不仅能够有效实施加固技术并达到设计要求，又能降低施工成本，并将加固费用控制在一定范围内[5]。

1.2 上部结构维修加固设计

双鱼岛2#栈桥的上部结构主要采用了贝雷梁，若贝雷梁斜肋断裂则采取两根槽钢替代；若贝雷梁横肋断裂则更换此贝雷片；桥面钢板破损位置直接进行更换；对所有破损栏杆进行更换并做防腐施工。

2 维修加固施工

2.1 总体施工工艺流程

动工前准备→封闭栈桥施工区域、设立警示标志→各部分钢结构防腐涂装→下部结构加固维修→上部结构维修加固→桥面系维修加固。

2.2 下部结构加固维修施工

1)施工方案 钢管桩加固方案为：将钢管桩区域的海蛎壳和锈蚀层清理打磨干净，在钢管桩周围焊接环形φ12螺纹钢筋；在钢管桩外面安装φ900×8 mm套管，套管内部周围焊接环形φ12螺纹钢筋；在钢管桩与套管之间灌注 C35水下混凝土，如图1所示。

2)施工工艺流程 原钢管桩表面处理→焊接环形加强钢筋→剖开钢套管→安装、焊接、就位钢套管→浇筑水下混凝土→安装平、斜联。

2.3 上部结构加固维修

贝雷梁破损主要为部分贝雷片斜肋、横肋断裂以及螺栓等零件缺失。针对横肋断裂的贝雷片，在其两侧各焊接一条与该横肋相当长度的槽钢来代替；横肋断裂的贝雷片进行拆除，并更换新的贝雷片；对缺失零件的位置进行补齐处理。

2.4 桥面系加固维修

桥面钢板施工采用半幅施工封闭半幅通行的方式。参照设计图纸及检测报告，对桥面钢板上翘及下陷的病害区域进行标识；先完成左幅更换及焊接，后完成右幅。在焊接左右幅中间接缝期间需对钢栈桥进行全封闭施工。

3 施工控制要点

1)原钢管桩表面处理：在低潮水位时，利用铲刀、电动工具将增大截面范围内的钢管桩上所附有的海蛎等杂物清理干净，钢管桩表面应保持光滑、平整；割除下平联和斜联，割除部位进行打磨；水下部分由潜水员使用水下气动工具进行。

2)焊接环形加强钢筋：加强钢筋与现有钢管连接处打磨干净，在现有钢管桩外表面按设计要求焊接加强钢筋。

3)剖开、安装钢套管：将焊接有加强钢筋的钢套管剖开，钢套管卷管过程中形成的内应力使其自然张开，采用自行研发的钢套管合拢装置进行合拢，最后焊接矫正成型。

4)钢套管下沉到海床面后，采用高压水泵冲洗钢管桩桩底海床的方式使钢套管下沉至设计高程。

5)浇筑水下混凝土：灌注水下不离析混凝土C35；混凝土浇注完成后，对钢管桩腐蚀处的油漆重新进行打磨、涂装。

6)更换桥面钢板时，与切割的原则保持一致，纵向需焊接在纵梁上，焊高6 mm，横向需V型坡口焊接，与相邻钢板焊接，焊高6 mm。

4 加固施工效果

对钢管桩进行包裹钢套管加固后，新老钢管桩有效共同受力，对钢管桩锈蚀严重的水位变动区(波浪区)和浪溅区进行了良好的保护，延长了使用寿命，实现了加固的设计意图。

5 结 语

针对钢栈桥的钢管桩采用外包钢套管的方法加固，相比常见的牺牲阳极保护、水下专用重防腐蚀涂料保护、围堰抽水浇筑混凝土等加固及防腐施工措施，该方法具有施工时间短，对施工环境要求低，施工成本低等优点。虽然施工效果的好坏取决于钢管桩与套管间的连接情况，但施工中采用交错环形φ12螺纹钢筋，有效保证了钢管桩和钢套管得共同受力，补偿了钢管桩因锈蚀导致的厚度不足，并且防止了钢管桩的继续锈蚀劣化，为其他类似的钢管桩维修加固工程起到一定的借鉴参考作用。

[1] 刘 锐，戴维艾．东营港码头工程钢管桩防腐措施及应用 [J]．中国港湾建设，2008(3)：21-23．

[2] 张英华．湛江港铁矿石码头钢管桩防腐方案及质量控制要点[J]，水运工程，2004(12)：61-63．

[3] 张 侃，郭舟峰．大口径超长钢管桩长效防腐技术及应用 [J]，公路，2017(6)：166-174．

[4] 王结平．在役钢管桩的防腐维修新方案[J]．设备管理与维修，2008(8)：14-15．

[5] 卢福海，杜善丰．钢管桩防腐层破损修补技术 [J]，公路，2006(9)：161-164．