闽清大桥桥墩沉井基础维修加固技术研究

汪冰彬

(福州市闽清公路事业发展中心 福建福州 350800)

1 工程概况

闽清大桥有8跨7墩，于1976年通车，采用重力式桥墩沉井基础，埋置较深，基底坐落于岩层，河床局部冲刷较明显，且河床变化快速且复杂。桥梁的桥墩、桩基础、承台等均属于水下结构，随着时间的推移，桥梁水下结构出现了越来越多的病害及损伤[1]。该桥于1974年9月开工，1976年12月完工并正式通车。

图1 闽清大桥立面图

大桥病害主要表现为混凝土出现剥落、空洞、裂缝、露筋等[2]。本文借此桥作为实例介绍关于桥墩沉井基础维修加固的相关技术。

2 维修处治设计原则

(1)安全：在维修、加固或改造后，应确保桥梁在强度、刚度和稳定性方面有足够的安全储备。

(2)适用：在维修、加固或改造后，确保所设计结构或梁体在规范规定的设计基准期内能够不发生较大的变形及破坏。

(3)经济：选择加固造价和使用年限内养护费用总和最省的方案。

(4)技术可靠、先进：采用成熟、有成功案例且应用效果较好的结构、设备、材料和工艺。

(5)经久耐用：在规定条件下，能在规定期限内长期维持其设计性能要求的能力。

(6)环境保护和可持续发展：在生态、水、空气和噪声等几个方面，从施工方法和施工组织设计以及材料选用等各个方面考虑环境要求，将不利影响减少至最小。

(7)美观：加固设计时尽量不破坏桥梁原有的景观协调性，充分考虑桥梁加固改造后的景致效果。

表1 闽清大桥桥墩水下沉井病害汇总表

3 主要维护加固施工技术(以4#墩为例)

3.1 沉井壁植筋增大截面法施工工艺流程

以闽清大桥沉井基础破坏情况分析，采用如下所述的植筋技术，植筋示意图如图2所示。

图2 闽清大桥沉井壁植筋大样图

(1)施工准备：了解施工环境、河道水文情况等。

(2)根据检测报告中所列主要病害，结合竣工图纸及现场实际，重新探明4号墩沉井基础裂缝位置、走向，沉井基础具体构造尺寸及河床现状。

(3)模拟水下环境进行试植筋，确定水下植筋工艺关键流程、参数(如何达到强度时间、保持植筋胶饱满等)，确保水下植筋可行有效。

(4)根据裂缝位置及走向图示修复范围、植筋位置，并对相应位置采用高压水枪清洗等方式进行界面处理。

(5)根据试植筋确定的工艺流程进行水下植筋。

(6)安装钢筋网，将钢筋网挂在植入钢筋的弯钩上予以固定。

(7)打入模板定位于工字形钢，钢模板通过定位工字钢上的卡槽精确安装，并临时固定；定位工字钢进入现状地面线不小于2 m，钢模板进入现状地面线不小于1.5 m。

(8)对钢模板范围底部河床进行抽砂，抽砂深度为1 m。

(9)浇筑具有自密实特性的水下砼。

(10)回收钢模板，施工平台等设施。

以上维修步骤使得沉井壁植筋增大截面，增加了沉井基础的稳定性，延长了使用寿命，使得闽清大桥总体焕发新生。

3.2 利用潮汐低水位的有利时间施工

潮汐现象是由月球和太阳等天体的引力造成的。在白天出现的海水涨落称为“潮”，而在夜晚出现的称为“汐”[3]。福州地区普遍存在着潮汐现象，属于规则半日潮区域，根据近半年的施工经验，在农历十五大概中午1点为高潮，晚上7点12分为低潮，农历十六则推后50min。

潮汐河流的水位升降是有规律的随机运动[4]，因此在工程施工中，选择什么样的时间段进行工作显得格外重要。不仅能事半功倍地完成任务，也可省去不必要的麻烦，比如可以避免在错误的时间段去施工，工作难度大，施工困难等问题。

了解和掌握当地水域潮汐涨落的规律，对进行水下工作有着举足轻重的作用，可以扬长避短，减轻损失。例如，在进行水下砼灌注作业施工时尽量避免潮涨与潮落，选择中间段平稳期。施工时还应秉持高效率的作业操作进行，缩短浇筑时长。除此之外，还需要配备灌注砼设施，防止发生意外事故时，使潮汐对工程的影响减小到最低。

3.3 浇筑水下自密实特性的C35水下砼

水下灌注桩混凝土有别于普通混凝土[5]，水下混凝土是高性能混凝土的一种，即水中浇筑自密实特性的混凝土。进行桥梁桩基础水下混凝土灌注工程时，必须明确灌注工程施工的整体性以及合理性[6]。

闽清大桥灌注桩钻孔施工前，先将需要施工的桩位进行测量放样，同时对前后左右的桩位进行方向性大致放样。放样完成后，对施工场地进行认真规划、开挖、平整，规划时要充分考虑到钻机如何摆放、泥浆池位置、沉渣池位置、下钢筋笼吊机位置、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，使浇筑过程更加顺畅。首批灌注混凝土初凝时间不比C35水下砼全部混凝土灌注完成的时间早。灌注时可以加入混凝剂，减少初凝时间。尽量缩短运输时间和距离，初凝前混凝土的塌落度损失应小于2 cm。首批封底混凝土的用量要合理，能够制造下落时的冲击能量，从导管将泥浆挤出，并把导管下口埋入混凝土不小于1 m深。

当汛期潮汐影响波动水位较大时，可采用升高护筒，增加孔内水头数量。护筒周遭也要立即使用黏土将其密封填实[8]。

3.4 潜水员(蛙人)的作业安全

蛙人因其携带的装备中有形似青蛙脚形状的游泳工具而得名[9]。大桥桥梁沉井基础的维修加固少不了潜水员即蛙人的参与。不论是水下植筋技术，还是水下灌注桩等都离不开潜水员的工作。他们作为主要的施工维护人员，其安全需要有所保障。

3.4.1 潜水员安全技术交底

(1)下水作业前，必须了解作业目的、任务、下潜位置、环境以及下水当天的天气等自然因素，提高安全可控性；在安全操作的行文规定下进行作业；在面对突发情况时，需冷静听指挥。

(2)对潜水设备进行检查，下水以及加压前都需要检查，等确认无误后方可继续。

(3)气源浓度的供给不得脱离国家明文规定。

(4)作业时，提前安排清空该河道施工范围内的所有起吊作业，禁止过往船只通行，禁止爆破、抛锚、震动打桩、锤击打桩、空气幕沉井下沉、电击鱼类等其他作业。

(5)水面浪过大时(≥4级)时，需终止作业。

3.4.2 潜水作业应符合规定

(1)潜水时间应根据潜水深度计算确定。

(2)所潜水位过深时，提前备好相应的急救措施，需配备若干医护人员及减压设备。

(3)流速大于1m/s时进行潜水作业应符合下列规定：选用具有防护罩的潜水头盔、压铅、潜水鞋，下潜导绳的坠砣应加重，供气软管、信号绳应作拉力试验。

(4)在潜水作业点上游应事先停泊好工作船。

(5)潜员应使用安全带，套在下潜导绳上下潜或上升；在水底，不得抛开导向绳，应减少用气量，行走时应面向上游。

(6)夜间潜水作业时，除潜水工作船、潜水平台应有照明外，还应安装照明度较大的灯具，照在潜水点的水面上。炎热环境潜水作业时，潜水前应将储气筒充满压缩空气，储气筒上面应安装冷水管降温，待压缩空气冷却后再使用或用冷气泵供气；在沉井或管柱内潜水，应有通风设备。

3.4.3 寒冷环境潜水作业应符合规定

(1)潜水前供气管路应用压缩空气吹通几分钟，接头部位用棉垫包裹。

(2)水面有浮冰时，供气软管、信号绳与断冰接触处应有防止磨损或割断的措施。

(3)潜水梯的横撑、潜水员行走的路面或厚冰上，应有防滑的措施。

以上为潜水员作业的大致安全交底规定，并定期对潜水员作业进行检查。

3.5 水下起吊作业

如今海洋作业的不断发展，水下起吊也逐渐为人们所熟悉。它与在水面上起吊货物相比，主要优点是水下起吊不受水面恶劣环境的影响，因此可以在水中全天候工作[10]。

水下起吊作业应遵循以下规定：

(1)进行水下起吊作业时应根据被吊物的特点和当地的水情制定方案。

(2)潜水员应熟悉被吊物的特点、体积、重量、吊点和沉没原因。

(3)在起吊时，潜水员应将沉落物件拴牢，经检查确认拴挂牢固，待潜水员上升出水后再起吊。

(4)打捞沉船、钢结构、圆筒等物件时，潜水员严禁在上述打捞物件内穿行，不得进入已有断裂或破损面的船体内。

(5)潜水员不得在水中悬吊的物体上工作或从悬吊物件下穿越。

3.6 质量管控

在桥梁工程的施工过程当中，影响工程最终质量的因素是现场监理的质量水平[11]。对于桥梁的加固维修，除了要对一些具体的施工技术进行整体性的把握，同时还需要对桥梁加固维修的质量管控有一定程度的了解和掌握。通过对桥梁加固维修的质量管控，能够有效提升桥梁的施工质量，提升桥梁建设的安全性，并且有效延长桥梁使用寿命，提高经济效益。

桥梁加固维修是对桥梁构件进行补强处理,以此优化部分或整体结构,实现延长桥梁使用期限的目的[12]。其质量管控主要分为桥梁加固维修过程中的管控，成产班组的管控以及桥梁安全质量保证方案的管控。首先，在桥梁加固维修的施工过程中，技术人员和施工班组，都需要牢记相关的规章制度，并且严格遵循相关制度，同时按照设计图纸进行施工。

4 结语

闽清大桥采用重力式桥墩沉井基础，对其加固维修主要采用沉井壁植筋增大截面法以及水下桩基础灌注自密实性混凝土，此种做法有效增加了大桥沉井基础的稳定性，延长了大桥的使用寿命。并且在施工过程中合理应用潮汐时间段，了解和掌握当地水域潮汐涨落的规律，利用潮汐低水位进行水下施工作业，可以扬长避短，减轻损失。潜水员(蛙人)水下作业以及水下起吊作业都需要严格按照规定，进行技术交底以及作业操作培训，还需要对桥梁进行定期的质量管控，且所有活动都要按照相关的规章制度进行。

经有关单位联合检查验收，闽清大桥加固维修工程质量优良，期间未发生安全事故。上述对于桥墩沉井基础的施工方法、工程经验以及技术安全经实践证明是切实可行的。