CN108411802A - 一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,包括以下步骤:步骤1)、在需要修复的桥墩局部冲刷坑周围采用钢板桩围堰施工;步骤2)、在距桥墩2m的范围内铺设混凝土垫层;步骤3)、检查桥墩受冲刷侵蚀而破坏的情况,先对桥墩进行修复处理;步骤4)、向冲刷坑内填充天然回填土;步骤5)、向冲刷坑内填入若干石块;步骤6)、在碎石灌浆防护层上用普通硅酸盐水泥砂浆铺平,并在剩余冲刷坑深度的15%内填充RPC材料,形成RPC层,直至RPC层与河床底面相齐平,在RPC层四周的冲刷坑内回填土层。通过本发明,能够达到修复已受冲刷破坏的桥墩基础及冲刷坑的作用、提高原结构的承载能力,采用RPC材料可延长结构寿命、免除维护费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,属于桥墩局部冲刷坑的修复设计技术领域。
背景技术
近年来发生了连阳大桥、西安灞河大桥、巴河特大桥、台湾高屏大桥和浙江长风大桥等桥梁的水毁事件,都是由于水流通过桥墩圆柱体时加速,造成平头墩的侧翼形成较高的流速。在水流接近桥墩处形成一静止面,而在沿墩的静止面形成垂直压力梯度。此压力梯度导致墩前沿产生下向水流,从而形成了冲刷坑,造成墩柱承载力降低,易发生倾覆的危害。因此,在形成冲刷坑形成之后,如何修复成了必须要考虑的防护工程问题。
现有常规修复冲刷坑方法为抛石防冲和填充混凝土模袋防护等,抛石防护至今仍是大、中型桥梁桥墩最广泛采用的防护形式,它具有取材方便、施工简单、能适应地形变化等优点,但其整体性较差,维护费用和工作量较大,维护周期较短。混凝土模袋防护的缺陷在于施工较复杂,当水下地形较陡时防护效果不是很好,特别是当水深较大、水流较急时,水下施工难度大,施工后适应河床变形的能力较差,下部边缘处易受淘刷。这些传统方法存在诸多不足,尚不完善,具有一定的使用局限性,不能完全解决冲刷坑的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题,提供了一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,主要解决目前防护措施的不足与局限性,修复桥墩基础及冲刷坑的同时,甚至能提高原结构的承载能力。
本发明的目的是这样实现的,一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)、在需要修复的桥墩局部冲刷坑周围采用钢板桩围堰施工,在钢板桩围堰内抽水堵漏,直至钢板桩围堰内的水被抽出以及钢板桩围堰不漏水,以达到便于施工的条件;
步骤2)、在距桥墩2m的范围内铺设混凝土垫层,并使用混凝土速凝剂加快达到施工强度要求;
步骤3)、检查桥墩受冲刷侵蚀而破坏的情况,先对桥墩受损后露出的钢筋表面进行除锈处理,然后利用压浆混凝土修补桥墩裂缝,修补完毕后,在距桥墩边缘0.2m处绑扎、铺设钢筋网,完毕后在钢筋网外侧安装模板,模板高出冲刷前河床表面1m,然后将RPC材料灌注于模板内的钢筋网上;
步骤4)、灌注有RPC材料的钢筋网达到设定的强度后,拆除模板,向冲刷坑内填充天然回填土,并压实紧密,其填充深度为冲刷坑坑底至整个冲刷坑深度的55%处;
步骤5)、在天然回填土层基础上,向冲刷坑内填入若干石块,并在若干石块之间注有灌浆,形成碎石灌浆防护层,碎石灌浆防护层的深度为天然回填土层至整个冲刷坑深度的30%处;
步骤6)、在碎石灌浆防护层上用普通硅酸盐水泥砂浆铺平,并在剩余冲刷坑深度的内填充RPC材料,形成RPC层,所述RPC层为圆台形,RPC层侧边与冲刷坑内侧壁之间留有间隙,在RPC层四周的冲刷坑内回填土层,实现桥墩局部冲刷坑的修复。
所述步骤1)中,钢板桩围堰为单层钢板桩围堰或双层钢板桩围堰,根据钢板桩围堰需要达到的强度、止水性以及施工的难度、桥墩局部冲刷坑的实际情况,合理选用单层钢板桩围堰、双层钢板桩围堰;
在施工钢板桩围堰时,在插打钢板桩至预定河床土体深度之前,应先在钢板桩的锁口内涂抹防水混合料,组拼桩时应用油灰和棉絮搪塞拼接缝;钢板桩顶达到设计高程的平面位置偏差,在水上打桩时不得大于20cm,在陆地打桩时不得大于10cm;在插打钢板桩时,如插打钢板桩的起重设备高度不够,允许改变吊点位置,但吊点位置不得低于钢板桩顶以下1/3桩的长度;在拔除钢板桩前,向钢板桩围堰内灌水,使堰内水面高出河水面1~1.5m。
所述步骤2)中,混凝土垫层的厚度≥60mm,使用混凝土速凝剂前应针对所用水泥品种进行试配试验,确定最佳掺入量,并严格将混凝土中水灰比控制在0.40-0.45之间。
所述步骤3)中,所述压浆混凝土的粗骨料采用多级中断级配,最大粒径尽可能采用最大值,最小一级的粒径不得小于2mm,保持适当的空隙以便压浆;压浆混凝土中的砂料宜使用细砂,其细度模数控制在1. 2~2.4之间,大于2.5mm的颗粒应予筛除;压浆混凝土施工时,从桥墩的最底部开始,逐渐上升,而且不得间断;
所述模板选用钢模拼装,使用前要经过打磨除锈,然后涂抹一层机油,模板之间采用双面胶带进行密封,模板外侧用钢管支撑至河床底内,并辅以角钢材料进行加固。
所述步骤4)中,选用比河底土层强度高的天然回填土进行填充。
所述步骤5)中要重复考虑所填的石块大小、灌浆材料,石块的外径控制在10-15cm之间,灌浆所选用材料为普通硅酸盐水泥。
所述步骤6)中,在进行RPC材料填充时,形成的RPC层为上端小、下端大的圆台形。
本发明结构合理简单、生产制造容易、使用方便,通过本发明,一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,主要包括六大施工工序:(1)在局部冲刷坑周围进行钢板桩围堰施工,并进行抽水堵漏;(2)铺设混凝土垫层;(3)对桥墩受损钢筋表面除锈,压浆混凝土修补裂缝,绑扎钢筋网,外置模板,灌注RPC并对其养护;(4)在冲刷坑内填充天然回填土,并压实紧密;(5)填入碎石块并灌浆防护;(6)在抛石灌浆防护层上,用普通硅酸盐水泥砂浆铺平,填充RPC致与河床底面相齐平。
上述工序(1)中的钢围堰,需考虑强度、止水性、施工难度的有所不同,根据项目实际情况,合理选用双层和单层钢围堰。工序(1)中,在插打钢板桩之前,应先在锁口内涂抹防水混合料,组拼桩时应用油灰和棉絮搪塞拼接缝。钢板桩顶达到设计高程的平面位置偏差,在水上打桩时不得大于20cm,在陆地打桩时不得大于10cm。在插打钢板桩时,如起重设备高度不够,允许改变吊点位置,但吊点位置不得低于桩顶以下1/3桩的长度。在拔除钢板桩前,向围堰内灌水,使堰内水面高出河水面1~1.5m。
上述工序(2)中,混凝土垫层的厚度≥60mm,使用混凝土速凝剂前应针对所用水泥品种进行试配试验,确定最佳掺入量,并严格将混凝土中水灰比控制在0.40-0.45之间;
上述工序(3)中,合理配置压浆混凝土,压浆混凝土施工时,从桥墩的最底部开始,逐渐上升,而且不得间断;模板选用钢模拼装,使用前要经过打磨除锈,然后涂抹一层机油。模板之间采用双面胶带进行密封。模板外侧用钢管支撑至河床底内,并辅以角钢等材料进行加固。
上述工序(4)中,选用较河底土层强度高的天然回填土进行填充。
上述工序(5)中,为达到较好的防护效果,要重复考虑碎石的大小,基础灌浆材料,过滤层,布设范围等。工序(5)中,抛石的外径控制在10-15cm之间,基础灌浆所选用材料为普通硅酸盐水泥。
上述工序(6)中,所述RPC层的形状为圆台形,在进行RPC材料填充时,将其上下游端部做成向下倾斜,类似于圆台形。工序(6)中,考虑到制备与养护RPC材料的成本,减少高强度钢纤维的投入,以保证工程经济性。
本发明的有益效果在于:
(1)钢围堰可以回收,施工比较方便,钢围堰的制造加工不难;
(2)修复已锈蚀破坏的桥墩,恢复其承载能力,并在外层加固处理,能防止再次受到侵蚀而被破坏,并能提高承载力强度;
(3)注浆碎石在受到水流冲击时,它具有一定的柔韧性,碎石和回填土材料廉价且易获取;
(4)填充新型高性能材料RPC,相较于普通硅酸盐混凝土,具备抗流水冲击能力、抗压强度和抗剪强度及稳定性能好的优点,同时能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀,从整体上提高了体系均匀性、强度和耐久性,采用RPC材料可以极大地减少或免除了维护费用,延长了使用寿命,具有很高的性能价格比;
(5)填充成表面与河床底面齐平、上下游端部呈向下倾斜的圆台形,除可以防止桥墩局部冲刷作用以外,还可减少前缘端部河床受冲刷,因为做成垂直状态,才会在端部形成类似桥墩受冲性质的冲刷坑,而当端部做成倾斜状态时,就避免和减少了冲刷坑的范围和深度。
通过本发明,公开了一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,对形成的冲刷坑进行钢板桩围堰抽水,搭设施工平台,人工修复已受冲刷侵蚀而破坏的桥墩,并进行加固处理,然后在冲刷坑底部一定范围内进行天然回填土填充,在此基础上采用碎石注浆,用普通硅酸盐水泥浆将碎石块上表面铺平,填充制备好的RPC,能够达到修复冲刷坑的作用,提高原结构的承载能力。RPC较普通混凝土具备抗流水冲击能力强、抗流水腐蚀性能好、抗压强度和抗剪强度高的优点,但其成本较高。为降低修复成本,冲刷坑下部采用填充回填土及碎石注浆,上部采用RPC进行浇灌。采用RPC材料可以延长结构寿命,免除维护费用,拥有明显的技术优势,具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中:1河床土体、2桥墩、3钢板桩围堰、4混凝土垫层、5压浆混凝土、6钢筋网、7模板、8回填土、9石块、10灌浆、11RPC层。
具体实施方式
以下结合附图以及附图说明对本发明作进一步的说明。
一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,进一步详细为:
(1)钢板桩围堰施工
在需要修复的桥墩2局部冲刷坑周围采用钢板桩围堰3施工,在钢板桩围堰3内抽水堵漏,直至钢板桩围堰3内的水被抽出以及钢板桩围堰3不漏水,以达到便于施工的条件;
具体为:
根据实际测量冲刷坑深度的面积和水流形成的冲击强度,确定选用的钢板桩围堰型号,考虑水流流速、风速等影响对其稳定性、安全性进行验算。
搭建临时施工平台,进行测量定位、安装导框、导框制成围笼,内外导梁间距比钢板桩有效厚度多出8~10cm。矩形围笼导梁按设计尺寸直接下料,导梁接头均安排在横撑支点处,接头用夹板螺栓连接。
钢板桩逐块(组)插打到底或全围堰先插合龙后,再逐块(组)打入,矩形围堰先插上游边,在下游合龙。插打钢板桩时从第一块(组)就要保持平整,3~5块插好打稳后即与导框固定,然后继续插打,为了使打桩正常进行,设一台吊机来担负吊桩工作。钢板桩打桩前进方向的锁口下端用木栓塞住,防止泥砂进入锁口内,影响以后插打。凡带有接头的钢板桩应与无接头的桩错开使用,工程要求强度较高时,其接头水平位置至少应上下错开2m以上。
钢板桩插打完成并做好加固措施后即可抽水,抽水时检查各点是否顶紧、板桩与导框间木楔是否挤紧,抽水速度不宜过快,要随时观察围堰的变化情况并做出相应处理。当发生锁口渗漏时,用棉絮在内侧嵌塞,同时在漏缝外侧撒大量木屑或谷糠,使其由水流夹带至漏水处自行堵塞。
(2)在距桥墩2m的范围内铺设混凝土垫层4,并使用混凝土速凝剂加快达到施工强度要求;
具体为:
在这之前搭设施工平台及设备。首先将距桥墩2m范围内冲刷坑底表面的浮土、淤泥、杂物清除干净,并平整地基;然后放线定位、引测高程控制桩,开始铺筑碎石,根据虚铺厚度要求,三轮车铺筑,小挖机平整并在控制桩间拉线,平整度误差不大于3cm;碾压密实,采用平振法施工,用平板振动器往复振捣,夯实的遍数由现场试验确定,边缘和转角碾压应密实,施工时对边角处的碾压不得遗漏;碾压密实后,进行找平验收,对顶面标高及表面平整度进行检查,如果出现高差较大应重新进行人工整平、振实;最后进行混凝土垫层浇筑,垫层厚度依据土体强度与达到施工强度标准,垫层厚度≥60mm,浇筑过程中,混凝土放料要均匀。及时做好压光收面,为防水施工做好基础。严禁在混凝土收面过程中洒水。
(3) 修复及加固桥墩施工
具体为:
检查桥墩2受冲刷侵蚀而破坏的情况,先对桥墩2受损后露出的钢筋表面进行除锈处理,然后利用压浆混凝土5修补桥墩2裂缝,修补完毕后,在距桥墩边缘0.2m处绑扎、铺设钢筋网10,完毕后在钢筋网6外侧安装模板7,模板7高出冲刷前河床表面约1m,然后将RPC材料灌注于模板7内,并对其进行养护;具体为:
通过施工平台,将施工人员投放到冲刷坑内,通过人工检查桥墩柱受冲刷侵蚀而破坏的情况,先对受损钢筋表面进行除锈处理,然后利用压浆混凝土修补桥墩裂缝,压浆混凝土的粗骨料采用多级中断级配,最大粒径尽可能采用最大值,最小一级的粒径不得小于2mm,保持适当的空隙以便压浆。砂料宜使用细砂,其细度模数最好控制在1. 2~2.4之间,大于2.5mm的颗粒应予筛除。压浆混凝土施工时,从桥墩的最底部开始,逐渐上升,而且不得间断。修补完毕后,在距桥墩边缘约0.2m处绑扎、铺设钢筋网,完毕后在其外侧安装模板,模板选用钢模拼装,使用前要经过打磨除锈,然后涂抹一层机油。模板之间采用双面胶带进行密封。模板外侧用钢管支撑至河床底内,钢管背带并辅以角钢等材料进行加固,模板高出冲刷前河床表面约1m,经检查合格后,将已经配置好的RPC材料灌注于模板内,并对其进行养护
(4)回填土层施工
灌注有RPC材料的钢筋网6达到设定的强度后,拆除模板7,向冲刷坑内填充天然回填土8,并压实紧密,其填充深度为冲刷坑坑底至整个冲刷坑深度的55%处;具体为:
船载天然回填土,利用塔吊设备,将施工材料安放到冲刷坑底,通过高强钢臂,利用吊篮将施工人员投放到坑内,人工将回填土均匀填充坑内,并压实紧密。
(5)注浆碎石施工
具体为:
在天然回填土层8基础上,向冲刷坑内填入若干石块9,并在若干石块9之间注有灌浆10,形成碎石灌浆防护层,碎石灌浆防护层的深度为天然回填土层8至整个冲刷坑深度的30%处。
船载外径为10~15cm的石块14,利用设备将其紧密填充在天然回填土层至整个冲刷坑深度的30%处。
采用水泥砂浆填充灌浆,水泥强度为42.5R普通硅酸盐水泥,砂粒径不大于1mm,其细度模数不大于2.0。灌浆孔采用风动潜孔锤跟套管护壁成孔。灌浆孔分排布置,共布置三排,排与排间距约1.5m,并穿透碎石层不少于1.5m。
水泥砂灌浆采用埋设孔口管、纯压式灌浆方法。分为两个次序进行,先灌第一排,再灌第三排,后灌第二排。考虑到碎石空隙多,吸浆量大,先采用无压自重灌浆,然后再利用压力泵进行有压灌浆,压力大小控制参考技术要求。在设计的压力下,灌浆孔停止吸浆,并继续灌注10min即可结束。
(6)填充RPC
具体为:
在碎石灌浆防护层上用普通硅酸盐水泥砂浆铺平,并在剩余冲刷坑深度的内填充RPC材料,形成RPC层11, RPC层11为圆台形,RPC层11侧边与冲刷坑内侧壁之间留有间隙,在RPC层11四周的冲刷坑内回填土层8,实现桥墩2局部冲刷坑的修复。
在碎石块的上表面,用普通硅酸盐水泥浆铺平。按强度要求,将调制好RPC浇筑在特制的模具内。RPC材料的水胶比不能大于0.2,搅拌完毕的RPC材料拌合物在30min内灌注模具完毕。
模具静停6h后,开始升温,升温速度应不大于12℃/h,初养恒温为40℃,降温速度应不大于15℃/h,初养和静停时间总共24小时。人工拆除磨具,考虑到现场施工条件,根据相关规范,对RPC进行热水养护,水温控制在90℃。拆模后立即进行,可缩短养护周期,加快施工速度,节约工程成本。养护时长控制在3~4天。
养护完成后,在余留的边坑内填入天然回填土,最后将钢围堰拆除回收。
修复好的冲刷坑,下部为回填土及注浆碎石部分,因为制备RPC的成本较高,在不影响整体防护效果的同时,经济性得到保障。
在上述工艺中,可以有效的达到修复桥墩基础及局部冲刷坑的目的,并能恢复甚至扩大桥墩的原有承载能力。以上为本发明的实施方法及施工工艺,并非因此限制本发明的专利范围,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以作出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)、在需要修复的桥墩(2)局部冲刷坑周围采用钢板桩围堰(3)施工,在钢板桩围堰(3)内抽水堵漏,直至钢板桩围堰(3)内的水被抽出以及钢板桩围堰(3)不漏水,以达到便于施工的条件;
步骤2)、在距桥墩(2)2m的范围内铺设混凝土垫层(4),并使用混凝土速凝剂加快达到施工强度要求;
步骤3)、检查桥墩(2)受冲刷侵蚀而破坏的情况,先对桥墩(2)受损后露出的钢筋表面进行除锈处理,然后利用压浆混凝土(5)修补桥墩(2)裂缝,修补完毕后,在距桥墩边缘0.2m处绑扎、铺设钢筋网(6),完毕后在钢筋网(6)外侧安装模板(7),模板(7)高出冲刷前河床表面1m,然后将RPC材料灌注于模板(7)内的钢筋网(6)上;
步骤4)、灌注有RPC材料的钢筋网(6)达到设定的强度后,拆除模板(7),向冲刷坑内填充天然回填土(8),并压实紧密;
步骤5)、在天然回填土层(8)基础上,继续向冲刷坑内填入若干石块(9),并在若干石块(9)之间注有灌浆(10),形成碎石灌浆防护层;
步骤6)、在碎石灌浆防护层上用普通硅酸盐水泥砂浆铺平,并继续在冲刷坑内填充RPC材料,形成RPC层(11),所述RPC层(11)为圆台形,RPC层(11)侧边与冲刷坑内侧壁之间留有间隙,在RPC层(11)四周的冲刷坑内回填土,实现桥墩(2)局部冲刷坑的修复。
2.根据权利要求1所述的一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,所述步骤1)中,钢板桩围堰(3)为单层钢板桩围堰或双层钢板桩围堰,根据钢板桩围堰(3)需要达到的强度、止水性以及施工的难度、桥墩局部冲刷坑的实际情况,合理选用单层钢板桩围堰、双层钢板桩围堰;
在施工钢板桩围堰(3)时,在插打钢板桩至预定河床土体(1)深度之前,应先在钢板桩的锁口内涂抹防水混合料,组拼桩时应用油灰和棉絮搪塞拼接缝;钢板桩顶达到设计高程的平面位置偏差,在水上打桩时不得大于20cm,在陆地打桩时不得大于10cm;在插打钢板桩时,如插打钢板桩的起重设备高度不够,允许改变吊点位置,但吊点位置不得低于钢板桩顶以下1/3桩的长度;在拔除钢板桩前,向钢板桩围堰(3)内灌水,使堰内水面高出河水面1~1.5m。
3.根据权利要求1所述的一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,所述步骤2)中,混凝土垫层(4)的厚度≥60mm,使用混凝土速凝剂前应针对所用水泥品种进行试配试验,确定最佳掺入量,并严格将混凝土中水灰比控制在0.40-0.45之间。
4.根据权利要求1所述的一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,所述步骤3)中,所述压浆混凝土(5)的粗骨料采用多级中断级配,最大粒径尽可能采用最大值,最小一级的粒径不得小于2mm,保持适当的空隙以便压浆;压浆混凝土(5)中的砂料宜使用细砂,其细度模数控制在1. 2~2.4之间,大于2.5mm的颗粒应予筛除;压浆混凝土(5)施工时,从桥墩(2)的最底部开始,逐渐上升,而且不得间断;
所述模板(7)选用钢模拼装,使用前要经过打磨除锈,然后涂抹一层机油,模板(7)之间采用双面胶带进行密封,模板(7)外侧用钢管支撑至河床底内,并辅以角钢材料进行加固。
5.根据权利要求1所述的一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,所述步骤4)中,选用比河底土层强度高的天然回填土(8)进行填充。
6.根据权利要求1所述的一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,所述步骤5)中要重复考虑所填的石块(9)大小、灌浆(10)材料,石块(9)的外径控制在10-15cm之间,灌浆(10)所选用材料为普通硅酸盐水泥。
7.根据权利要求1所述的一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,所述步骤6)中,在进行RPC材料填充时,形成的RPC层(11)为上端小、下端大的圆台形。
8.根据权利要求1所述的一种水下修复桩基础及冲刷坑的方法,其特征在于,所述步骤4)中,天然回填土(8)填充深度为冲刷坑坑底至整个冲刷坑深度的55%处;步骤5)中,碎石灌浆防护层的深度为天然回填土层(8)至整个冲刷坑深度的30%处;步骤6)中,RPC材料填充在剩余冲刷坑深度的内。
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