CN105951612B - 现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构，结构在常水位以上设置抱箍式简易施工平台，在待加固桥桩外侧设置横向连接筋、竖向加筋体、分离式钢板环箍；半圆分离式异形不拆卸模板设于待加固桥桩最外侧，包括防腐隔离层、刚性板层、内侧连接筋层，通过底层紧固件、顶层紧固件、连接螺栓与桥桩、承台连接牢固；在半圆分离式异形不拆卸模板与待加固桥桩的间隙设置自密实混凝土浇筑层和顶部后注浆带。本发明无需在缺陷修复时施工围堰、修复施工完成后拆除模板，后浇筑混凝土与混凝土桩、模板粘结性好，可大幅提升修复后桩体的承载能力和耐久性。本发明还公开了上述现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构施工方法。

Description

现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种可有效降低施工质量控制难度、节省施工材料的现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构及施工方法，属于桥梁工程领域，适用于缺陷位于常水位以下桥桩桩头处理工程。

背景技术

临河或跨河桥梁工程常常会遇到桥桩桩头或桩身位于常水位以下的情况。由于水泥混凝土浇筑施工存在质量控制难度较大、混凝土水灰比不易控制、施工过程复杂的问题，导致一些桥梁的桩头存在缩颈、开裂、孔洞等病害，不但会对桥桩的耐久性产生不利影响，而且会影响桥桩的受力性能，甚至会影响桥梁的安全性和正常使用。

针对现役桥梁水下桩头缺陷问题，目前通常的做法是先设置围堰隔水，再进行桥桩外侧缺陷修复(抹灰、植筋等)，该工艺虽可避免水下施工，但围堰施工造价高，桩身耐久性难以有效提升。

已有一种桥梁水下桩头缺陷修复加固工程技术，该技术的施工工序为：桩周清理→水上平台搭设→河床清理→钢筋笼安装下放→钢护筒拼装落床→M30通砂浆压注→桩周压浆固结。该施工技术虽可满足砂浆浇筑、桩身补强的要求，但结构还需进行钢护筒后期防锈、砂浆密实度控制难度大、桩顶部分的加固强度低于下部桩身，总体施工质量不易控制。

综上所述，现役桥梁水下桩头缺陷对桥梁安全影响较大，现有的桩头缺陷处治方法虽可在适宜的工况下取得较好的应用效果，但尚存围堰施工造价高、桩身材料整体性差、结构耐久性难以保证等实际问题。鉴于此，为克服传统桥梁水下桩头缺陷修复施工过程中需设置围堰隔水、模板定位不准确、不同时期浇筑混凝土整体性差等问题，目前亟待发明一种施工工序简单、施工质量可靠、工程造价低的现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构及施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既可快速施工，又可增强加固结构整体性的现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构及施工方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

这种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构，在常水位以上设置抱箍式简易施工平台，在待加固桥桩外侧设置横向连接筋、竖向加筋体和分离式钢板环箍；半圆分离式异形不拆卸模板设于待加固桥桩最外侧，包括防腐隔离层、刚性板层和内侧连接筋层，通过底层紧固件、顶层紧固件、连接螺栓与桥桩、承台连接牢固；在半圆分离式异形不拆卸模板与待加固桥桩的间隙设置自密实混凝土浇筑层和顶部后注浆带。

作为优选：所述半圆分离式异形不拆卸模板横断面呈半圆形，在半圆分离式异形不拆卸模板的顶部横板的上部设置横向密闭层、底部竖板的内侧设置下部密闭层，在半圆分离式异形不拆卸模板竖向对接处对称设置连接插槽和连接凸榫，在连接插槽内侧设置橡胶密封层，在半圆分离式异形不拆卸模板的下端部和上端部设置排水孔，断面形状改变处设置密实度观察孔和观察孔皮塞；横向密闭层横断面呈圆弧形，相邻横向封闭层之间插入混凝土浇筑管、排水管、后注浆管；在半圆分离式异形不拆卸模板外侧设置底层紧固件限位槽、顶层紧固件限位槽和吊装环。

作为优选：所述抱箍式简易施工平台包括型钢支架、压力扩散板、斜向支撑梁和平台钢板；在斜向支撑梁与压力扩散板之间设置连接转轴，斜向支撑梁与桥墩柱相接处设竖向弧形钢板和弧形钢板紧固件，在竖向弧形钢板上焊接竖向支墩；型钢支架由横梁和纵梁组成，呈#字形，在型钢支架上表面铺设平台钢板。

作为优选：所述底层紧固件、顶层紧固件和弧形钢板紧固件采用高强度的不锈钢喉箍、卡箍、抱箍或管箍。

作为优选：所述防腐隔离层采用橡胶片或土工膜，刚性板层采用钢板预制；内侧连接筋层采用钢筋网，与刚性板层焊接连接；刚性板层与防腐隔离层粘贴连接。

作为优选：所述横向连接筋呈L形，一端植入待加固桥桩内，另一端与竖向加筋体绑扎连接；分离式钢板环箍采用卡箍，设于竖向加筋体外侧，沿竖向加筋体间隔布设，在竖向加筋体布设位置设置钢筋嵌入凹槽。

这种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工方法，包括以下施工步骤：

1)、半圆分离式异形不拆卸模板预制：根据桩身直径情况，制备包含防腐隔离层、刚性板层、内侧连接筋层的半圆分离式异形不拆卸模板；

2)、抱箍式简易施工平台搭设：在水位以上的桥墩柱部位搭设型钢支架，型钢支架上部铺设平台钢板；型钢支架与桥墩柱通过斜向支撑梁连接；

3)、桥桩表面植入横向连接筋：施工人员潜入水下至桥桩缺陷段，先沿桥桩环向钻孔，向孔内植入横向连接筋，并进行注胶锚固；

4)、清除桥桩外侧污染物：施工人员在水下采用高压水清除待加固桥桩外侧、承台底部的泥土、杂物；

5)、安装增大截面部分主筋笼：先将竖向加筋体和分离式钢板环箍在抱箍式简易施工平台上绑扎或焊接连接，再将竖向加筋体连同分离式钢板环箍吊装至待加固桥桩外侧，将竖向加筋体与相接的横向连接筋绑扎连接，将分离式钢板环箍紧固；

6)、半圆分离式异形不拆卸模板安装：向半圆分离式异形不拆卸模板的连接插槽内插入与之相对应的连接凸榫，并通过底层紧固件和顶层紧固件使两块半圆分离式异形不拆卸模板在桥桩外侧形成混凝土浇筑腔；半圆分离式异形不拆卸模板与承台通过接螺栓连接牢固；

7)、自密实混凝土浇筑层：向半圆分离式异形不拆卸模板与桥桩间隙内插入混凝土浇筑管和排水管，进行自密实混凝土浇筑，同步排除间隙内的水分，当模板顶部横板部位有水泥浆流出时停止混凝土灌注；

8)、混凝土养护：自密实混凝土浇筑完成后进行混凝土养护，并通过预设的密实度观察孔观测混凝土的密实程度；

9)、模板顶部空隙注浆：待半圆分离式异形不拆卸模板与桥桩间隙内混凝土终凝后，通过后注浆管向半圆分离式异形不拆卸模板顶部空隙内压注细石混凝土，形成顶部后注浆带。

作为优选：步骤7)所述混凝土浇筑管和排水管同步插入半圆分离式异形不拆卸模板与桥桩间隙内，使混凝土浇筑管的管口底部标高低于排水管的管口底部标高，混凝土浇筑过程中混凝土浇筑管和排水管同步向上提升。

本发明的有益效果是：

1)混凝土浇筑时采用半圆分离式异形不拆卸模板，既可减少混凝土浇筑时模板拆装工序，又可起到竖向加筋作用，还可提升桩身结构的耐久性。

2)施工过程中，通过设置排水孔、排水管，同步排除混凝土浇筑过程中半圆分离式异形不拆卸模板内的水分，不但可以提升水下混凝土浇筑的质量，而且可以避免围堰施工。

3)半圆分离式异形不拆卸模板上部与桩顶承台连接，沿桩身设置底层紧固件、顶层紧固件，可很好的解决半圆分离式异形不拆卸模板的空间定位问题。

附图说明

图1是本发明一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工结构横断面示意图。

图2是图1半圆分离式异形不拆卸模板横断面示意图。

图3是图1型钢支架示意图。

图4是一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工流程图。

图5是图4注浆施工断面图。

附图标记说明：1-抱箍式简易施工平台；2-桥桩；3-横向连接筋；4-竖向加筋体；5-分离式钢板环箍；6-半圆分离式异形不拆卸模板；7-防腐隔离层；8-刚性板层；9-内侧连接筋层；10-底层紧固件；11-顶层紧固件；12-连接螺栓；13-承台；14-自密实混凝土浇筑层；15-顶部后注浆带；16-顶部横板；17-横向密闭层；18-底部竖板；19-下部密闭层；20-连接插槽；21-连接凸榫；22-橡胶密封层；23-排水孔；24-密实度观察孔；25-观察孔皮塞；26-混凝土浇筑管；27-排水管；28-后注浆管；29-底层紧固件限位槽；30-顶层紧固件限位槽；31-吊装环；32-型钢支架；33-压力扩散板；34-斜向支撑梁；35-平台钢板；36-连接转轴；37-竖向弧形钢板；38-弧形钢板紧固件；39-竖向支墩；40-横梁；41-纵梁；42钢筋嵌入凹槽；43-桥墩柱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

半圆分离式异形不拆卸模板预制制作及吊装施工技术要求、桥桩表面处理施工技术要求、混凝土浇筑施工技术要求、抱箍式简易施工平台设计及施工技术要求等，本实施方式中不再赘述，重点阐述本发明涉及方法的实施方式。

图1是本发明一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工结构横断面示意图，图2是图1半圆分离式异形不拆卸模板横断面示意图，图3是图1型钢支架示意图。参照图1～图3所示，本发明结构在常水位以上设置抱箍式简易施工平台1，在待加固桥桩2外侧设置横向连接筋3、竖向加筋体4、分离式钢板环箍5；半圆分离式异形不拆卸模板6设于待加固桥桩2最外侧，包括防腐隔离层7、刚性板层8、内侧连接筋层9，通过底层紧固件10、顶层紧固件11、连接螺栓12与桥桩2、承台13连接牢固；在半圆分离式异形不拆卸模板6与待加固桥桩2的间隙设置自密实混凝土浇筑层14和顶部后注浆带15。

抱箍式简易施工平台1包括型钢支架32、压力扩散板33、斜向支撑梁34、平台钢板35；型钢支架32由横梁40和纵梁41组成，呈“#”形，在型钢支架32上表面铺设平台钢板35。横梁40和纵梁41均采用长8m、强度等级为Q235、高度和宽度均为300mm的H型钢，横梁40和纵梁41相接处采用螺栓连接；平台钢板35采用厚10mm、强度等级为Q235钢板，包括1块长9m、宽4m的钢板和1块长9m、宽5m的钢板，在长9m、宽5m钢板的中间设1m见方的缺口；斜向支撑梁34采用长3.5m、强度等级为Q235、高度和宽度均为150mm的H型钢；压力扩散板33采用厚20mm、强度等级为Q235钢板，长0.5m、宽0.5m。在斜向支撑梁34与压力扩散板33之间设置连接转轴36、与桥墩柱43相接处设竖向弧形钢板37、弧形钢板紧固件38，在竖向弧形钢板37上焊接竖向支墩39。连接转轴36采用直径40mm的不锈钢转轴；竖向弧形钢板37高0.5m，内径1m，呈半圆形，采用厚2cm、强度等级为Q235钢板预制而成；弧形钢板紧固件38采用内径1.05m的管箍；竖向支墩39采用厚5cm、强度等级为Q235的钢板预制而成。

桥桩2为钢筋混凝土灌注桩，桥桩直径1m。

横向连接筋3呈“L”形，一端植入待加固桥桩内，另一端与竖向加筋体绑扎连接；采用直径为10mm的光面钢筋，横向长度为200mm、高100mm。

竖向加筋体4采用直径为25mm、强度等级为HRB335的螺纹钢筋。

分离式钢板环箍5采用卡箍，设于竖向加筋体4外侧，沿竖向加筋体4间隔布设，在竖向加筋体4布设位置设置钢筋嵌入凹槽42，钢筋嵌入凹槽42内径为25mm。

半圆分离式异形不拆卸模板6横断面呈半圆形，中间部位内径1.5m，顶部内径1.9m，底部内径1.2m，总高度3m；在半圆分离式异形不拆卸模板6的顶部横板16的上部设置横向密闭层17、底部竖板18的内侧设置下部密闭层19；顶部横板16长20cm；横向封闭层17呈圆弧形，圆弧内角60度，内外径差10cm，在顶部横板16的上部共设置4块；底部竖板18高30cm、内径1.1m；下部密闭层19呈圆环形，采用厚5cm的橡胶板；在半圆分离式异形不拆卸模板6竖向对接处对称设置连接插槽20和连接凸榫21，在连接插槽20内侧设置橡胶密封层22。连接插槽20呈弧形，槽深5cm；连接凸榫21呈弧形，凸榫伸出段的高度为5cm；橡胶密封层22采用厚5mm的人造橡胶。

在半圆分离式异形不拆卸模板6的下端部和上端部设置排水孔23，排水孔23直径为30mm，沿半圆分离式异形不拆卸模板6环向设置3个；在半圆分离式异形不拆卸模板6的断面形状改变处设置密实度观察孔24和观察孔皮塞25；密实度观察孔24直径30mm；观察孔皮塞25外径与密实度观察孔24直径相同，采用人工橡胶材料制成。在相邻横向封闭层之间插入混凝土浇筑管26、排水管27、后注浆管28；混凝土浇筑管26、排水管27、后注浆管28均采用直径60mm的橡胶软管。

在半圆分离式异形不拆卸模板6外侧设置底层紧固件限位槽29、顶层紧固件限位槽30、吊装环31。底层紧固件限位槽29和顶层紧固件限位槽30均呈环形，深5mm、高100mm。吊装环31呈半圆形，采用直径25mm、强度等级为HRB335的螺纹钢筋预制，半径为200mm。

底层紧固件10、顶层紧固件11均采用高强度的不锈钢抱箍。

防腐隔离层7采用厚10mm的橡胶片，刚性板层8采用厚20mm的钢板预制，内侧连接筋层9采用钢筋网，与刚性板层8焊接连接；刚性板层8与防腐隔离层7粘贴连接。

连接螺栓12采用采用直径20mm的不锈钢膨胀螺栓。

承台13平面尺寸为6m长、6m宽、2m高，钢筋混凝土材料。

自密实混凝土浇筑层14采用细粒式混凝土，混凝土强度等级为C35；顶部后注浆带15采用细粒式混凝土，混凝土强度等级为C30。

桥墩柱直径1m、高5m，混凝土强度等级C35。

图4是一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工流程图，图5是图4注浆施工断面图。参照图4～图5所示，一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工方法，其特征在于包括以下施工步骤：

1)、半圆分离式异形不拆卸模板6预制：根据桩身直径情况，制备包含防腐隔离层7、刚性板层8、内侧连接筋层9的半圆分离式异形不拆卸模板6；

2)、抱箍式简易施工平台1搭设：在水位以上的桥墩柱43部位搭设型钢支架32，型钢支架32上部铺设平台钢板35；型钢支架32与桥墩柱43通过斜向支撑梁34连接；

3)、桥桩2表面植入横向连接筋3：施工人员潜入水下至桥桩2缺陷段，先沿桥桩2环向钻孔，向孔内植入横向连接筋3，并进行注胶锚固；

4)、清除桥桩2外侧污染物：施工人员在水下采用高压水清除待加固桥桩2外侧、承台底部的泥土、杂物；

5)、安装增大截面部分主筋笼：先将竖向加筋体4和分离式钢板环箍5在抱箍式简易施工平台1上绑扎或焊接连接，再将竖向加筋体4连同分离式钢板环箍5吊装至待加固桥桩2外侧，将竖向加筋体4与相接的横向连接筋3绑扎连接，将分离式钢板环箍5紧固。

6)、半圆分离式异形不拆卸模板6安装：向半圆分离式异形不拆卸模板6的连接插槽20内插入与之相对应的连接凸榫21，并通过底层紧固件10、顶层紧固件11使两块半圆分离式异形不拆卸模板6在桥桩2外侧形成混凝土浇筑腔；半圆分离式异形不拆卸模板6与承台13通过接螺栓12连接牢固；

7)、自密实混凝土浇筑层14：向半圆分离式异形不拆卸模板6与桥桩2间隙内插入混凝土浇筑管26和排水管27，进行自密实混凝土浇筑，同步排除间隙内的水分，当模板顶部横板16部位有水泥浆流出时停止混凝土灌注；

8)、混凝土养护：自密实混凝土浇筑完成后进行混凝土养护，并通过预设的密实度观察孔24观测混凝土的密实程度；

9)、模板顶部空隙注浆：待半圆分离式异形不拆卸模板6与桥桩2间隙内混凝土终凝后，通过后注浆管28向半圆分离式异形不拆卸模板6顶部空隙内压注细石混凝土，形成顶部后注浆带15。

Claims (6)

1.一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构，其特征在于：在常水位以上设置抱箍式简易施工平台(1)，在待加固桥桩(2)外侧设置横向连接筋(3)、竖向加筋体(4)和分离式钢板环箍(5)；半圆分离式异形不拆卸模板(6)设于待加固桥桩(2)最外侧，包括防腐隔离层(7)、刚性板层(8)和内侧连接筋层(9)，通过底层紧固件(10)、顶层紧固件(11)、连接螺栓(12)与桥桩(2)、承台(13)连接牢固；在半圆分离式异形不拆卸模板(6)与待加固桥桩(2)的间隙设置自密实混凝土浇筑层(14)和顶部后注浆带(15)；所述半圆分离式异形不拆卸模板(6)横断面呈半圆形，在半圆分离式异形不拆卸模板(6)的顶部横板(16)的上部设置横向密闭层(17)、底部竖板(18)的内侧设置下部密闭层(19)，在半圆分离式异形不拆卸模板(6)竖向对接处对称设置连接插槽(20)和连接凸榫(21)，在连接插槽(20)内侧设置橡胶密封层(22)，在半圆分离式异形不拆卸模板(6)的下端部和上端部设置排水孔(23)，断面形状改变处设置密实度观察孔(24)和观察孔皮塞(25)；横向密闭层(17)横断面呈圆弧形，相邻横向封闭层(17)之间插入混凝土浇筑管(26)、排水管(27)、后注浆管(28)；在半圆分离式异形不拆卸模板(6)外侧设置底层紧固件限位槽(29)、顶层紧固件限位槽(30)和吊装环(31)；所述抱箍式简易施工平台(1)包括型钢支架(32)、压力扩散板(33)、斜向支撑梁(34)和平台钢板(35)；在斜向支撑梁(34)与压力扩散板(33)之间设置连接转轴(36)，斜向支撑梁(34)与桥墩柱(43)相接处设竖向弧形钢板(37)和弧形钢板紧固件(38)，在竖向弧形钢板(37)上焊接竖向支墩(39)；型钢支架(32)由横梁(40)和纵梁(41)组成，呈#字形，在型钢支架(32)上表面铺设平台钢板(35)。

2.根据权利要求1所述的现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构，其特征在于：所述底层紧固件(10)、顶层紧固件(11)和弧形钢板紧固件(38)采用高强度的不锈钢喉箍、卡箍、抱箍或管箍。

3.根据权利要求1所述的现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构，其特征在于：所述防腐隔离层(7)采用橡胶片或土工膜，刚性板层(8)采用钢板预制；内侧连接筋层(9)采用钢筋网，与刚性板层(8)焊接连接；刚性板层(8)与防腐隔离层(7)粘贴连接。

4.根据权利要求1所述的现役桥梁水下桩头缺陷修复加固结构，其特征在于：所述横向连接筋(3)呈L形，一端植入待加固桥桩(2)内，另一端与竖向加筋体(4)绑扎连接；分离式钢板环箍(5)采用卡箍，设于竖向加筋体(4)外侧，沿竖向加筋体(4)间隔布设，在竖向加筋体(4)布设位置设置钢筋嵌入凹槽(42)。

5.一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

1)、半圆分离式异形不拆卸模板(6)预制：根据桩身直径情况，制备包含防腐隔离层(7)、刚性板层(8)、内侧连接筋层(9)的半圆分离式异形不拆卸模板(6)；

2)、抱箍式简易施工平台(1)搭设：在水位以上的桥墩柱(43)部位搭设型钢支架(32)，型钢支架(32)上部铺设平台钢板(35)；型钢支架(32)与桥墩柱(43)通过斜向支撑梁(34)连接；

3)、桥桩(2)表面植入横向连接筋(3)：施工人员潜入水下至桥桩(2)缺陷段，先沿桥桩(2)环向钻孔，向孔内植入横向连接筋(3)，并进行注胶锚固；

4)、清除桥桩(2)外侧污染物：施工人员在水下采用高压水清除待加固桥桩(2)外侧、承台底部的泥土、杂物；

5)、安装增大截面部分主筋笼：先将竖向加筋体(4)和分离式钢板环箍(5)在抱箍式简易施工平台(1)上绑扎或焊接连接，再将竖向加筋体(4)连同分离式钢板环箍(5)吊装至待加固桥桩(2)外侧，将竖向加筋体(4)与相接的横向连接筋(3)绑扎连接，将分离式钢板环箍(5)紧固；

6)、半圆分离式异形不拆卸模板(6)安装：向半圆分离式异形不拆卸模板(6)的连接插槽(20)内插入与之相对应的连接凸榫(21)，并通过底层紧固件(10)和顶层紧固件(11)使两块半圆分离式异形不拆卸模板(6)在桥桩(2)外侧形成混凝土浇筑腔；半圆分离式异形不拆卸模板(6)与承台(13)通过接螺栓(12)连接牢固；

7)、自密实混凝土浇筑层(14)：向半圆分离式异形不拆卸模板(6)与桥桩(2)间隙内插入混凝土浇筑管(26)和排水管(27)，进行自密实混凝土浇筑，同步排除间隙内的水分，当模板顶部横板(16)部位有水泥浆流出时停止混凝土灌注；

8)、混凝土养护：自密实混凝土浇筑完成后进行混凝土养护，并通过预设的密实度观察孔(24)观测混凝土的密实程度；

9)、模板顶部空隙注浆：待半圆分离式异形不拆卸模板(6)与桥桩(2)间隙内混凝土终凝后，通过后注浆管(28)向半圆分离式异形不拆卸模板(6)顶部空隙内压注细石混凝土，形成顶部后注浆带(15)。

6.根据权利要求5所述的一种现役桥梁水下桩头缺陷修复加固施工方法，其特征在于：步骤7)所述混凝土浇筑管(26)和排水管(27)同步插入半圆分离式异形不拆卸模板(6)与桥桩(2)间隙内，使混凝土浇筑管(26)的管口底部标高低于排水管(27)的管口底部标高，混凝土浇筑过程中混凝土浇筑管(26)和排水管(27)同步向上提升。