CN112942333A - 振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法。针对桥梁水下桩基嵌入河床部分，通过现场围绕桩基拼装预制超高性能混凝土模壳，并利用环向与纵向预应力约束使其形成筒体结构，然后利用激振器将模壳筒体振动锤入河床，使之成为永久结构及模板，最后在模壳内部灌浆使模壳筒体与原结构形成受力整体。该方法利用预制混凝土模壳充当模板及加固结构，施工过程无需围堰排水，以水面以上干作业施工为主，浇筑前无需封底处理，现场浇筑量小，可大幅缩短施工工期与节约施工成本。

Description

振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程公路桥梁水下加固技术领域，特别是一种利用小型激振器振动锤入超高性能预制混凝土膜壳快速加固桥梁水下桩基的方法。

背景技术

我国是一个江河湖泊众多的国家，大量的桥梁使陆上交通连成网络，已成为我国经济飞速发展的重要保障。随着运行时间的增长和交通量的与日俱增，各种各样的病害不断出现，如支座老化、梁体开裂、露筋等已引起工程技术人员的注意。相对于桥梁上部结构而言，下部水下结构由于其使用环境和使用条件更为恶劣，水下较高的静态应力和疲劳应力、河水冲刷、淘刷、磨损、气蚀、严寒地区的冻融和侵蚀、船舶碰撞、浮冰及地震袭击、环境载荷(如生物附着)和工作载荷等，均易导致桥梁水下结构形成各类损伤缺陷，且不易被发现。调查发现，在上部结构基本能满足使用要求的条件下，许多桥梁水下桥墩、桩柱会出现不同程度的混凝土表面脱落、蜂窝、裂缝、露筋、淘空等病害，这些损伤、缺陷将导致桥梁承载能力和耐久性能的降低，严重危及使用安全。因此，对水下结构的加固维修应引起高度的重视。

目前，对于水下结构的病害整治多集中对于水中主体部分的维修加固。公知方法之一是围堰弃水外包钢筋混凝土法，但是，该方法面临着弃水、防水等难题，而且往往会耗费大量的时间和费用，并且在施工过程中占用航道空间。因此又发展出了很多水下不排水加固的方法，如纤维网格加固、环向FRP管加固、FRP复合管加固、预制混凝土模壳加固等，这些方法通过加固材料将水下结构与水环境隔离开来，保护了水下主体结构免受环境侵害，同时加固材料本身又大大增加了结构的承载力性能。但值得注意的是，位于河床内部的桩基主体结构部分，在横向荷载作用下其截面内力往往远远大于水中主体结构部分，因此在受到同样恶劣的环境侵蚀的同时更应该关注对于位于河床内部水下桩基结构部分的加固。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，包括包括以下步骤：

S1：施工准备 视现场情况搭设临时水上作业平台，在施工区域设置污染预防膜，防止加固过程对周围水域造成污染；

S2：水下桩基表面处理 采用钢丝刷、高压水枪等工具水下清除桩基表面附着物与劣化混凝土层，以露出新鲜结构面；

S3：拼装底部楔形钢套环 在临时水下施工平台上拼装底部楔形钢套环，以形成钢套环受力整体；

S4：拼装模壳筒体并同步下沉 在已形成的底层楔形钢套环上逐层拼装模壳，张拉环向预应力筋完成环向拼装，期间采用手拉葫芦等将已拼装完成的模壳筒体同步下沉，直至拼装至设计高度；当水面上方施工空间不足，难以一次拼装至设计高度时，先将模壳筒体边拼装边下沉至河床位置；

S5：拼装顶部钢套环 在模壳筒体上方安装顶部钢套环，之后张拉贯通底部楔形钢套环、模壳筒体与顶部钢套环的纵向预应力筋，使拼装结构形成纵向受力整体；

S6：振动锤入模壳筒体 在顶部钢套环上方沿环向安装数个激振器，通过控制激振器产生的竖向作用力将模壳筒体锤入河床直至达到设计深度，后拆除激振器；当水面上方施工空间不足，难以满足一次拼装完成至设计高度后再将模壳筒体锤入至设计深度时，锤入河床后拆除顶部钢套环，继续在上方逐层拼装模壳后循环进行S5、S6施工步骤，直至锤入至设计深度；

S7：露出桩基表面处理 采用带长导管的高压水枪冲洗模壳筒体与桩基之间间隙，露出桩基表面，以除去桩基表面覆土直至露出结构面层；

S8：灌浆 在模壳筒体与桩基之间灌注水下不分散砂浆、水下不分散混凝土或水下固化环氧树脂等材料；

S9：拆除临时设施 加固完成后拆除临时作业平台，去除污染预防膜等。

进一步，超高性能混凝土，其抗压强度不低于100MPa。

进一步，底部楔形钢套环可分段拆卸拼装，拼装完成后与混凝土模壳外形一致，钢套环上预留有与混凝土模壳对应的竖向预应力张拉孔道和锚固凹槽。。

进一步，混凝土模壳采用分块预制拼装的形式，模壳具有纵向与横向拼接接头，能够方便的围绕待加固水下结构进行拼装，起到外侧模板的作用，同时作为加强结构共同参与受力；混凝土模壳内部预留纵向和环向预应力张拉孔道，通过张拉预应力实现模壳的环向和纵向拼装，预应力大小可根据加固目标进行设计。

进一步，拼装的纵向接合面和横向接合面之间的连接处均设有密封垫，使拼装完成后的预制混凝土模壳形成一个密封体。

进一步，混凝土模壳内的配筋可根据模壳制作工艺、转运要求及加固目标进行设计。

进一步，预制混凝土模壳拼装完成后，可嵌入底部楔形钢套环的凹槽内，并随施工同步下沉。

进一步，顶部钢套环可分段拆卸拼装，拼装完成后与混凝土模壳外形一致，可通过自身凹槽套在混凝土顶部模壳上，钢套环上预留有与混凝土模壳对应的竖向预应力张拉孔道。

进一步，冲洗露出桩基表面后，无需进行模壳下部的封底处理，减小了施工难度和成本。

进一步，在张拉预应力结束后，在所述预应力筋的锚固节点与张拉节点处采用水下固化树脂进行密封。

有益效果：本发明公开了一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明中，混凝土模壳的结构形式根据桩基截面形式而定，可预制拼装，无需排水施工，减小了时间成本和对周围水域的污染，实现了快速加固的目的，且不会对河道通航造成太大的影响；

2)使用本发明方法对河床内的桩基部分进行加固，无需开挖施工，无需封底处理，经济效益高。

3)预制混凝土管片在工厂制作、实行工业化生产，加固质量有保证；

4)预制混凝土模壳拼装迅速，它既是灌浆操作时的模板，又是结构加固的一部分，加固后不用拆除；

5)本发明方法，可设计性较强，包括模壳的形式、配筋量、预应力度及灌浆材料的选择等；

附图说明

图1为本发明具体实施方式中振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法工艺流程图；

图2为本发明具体实施方式中加固施工完成效果图；

图3为本发明具体实施方式中混凝土膜壳示意图；

图4为本发明具体实施方式中钢套环(半环)示意图；

图5为本发明具体实施方式中施工区段设置污染预防膜示意图；

图6为本发明具体实施方式中拼装底部楔形钢套环示意图；

图7为本发明具体实施方式中张拉环向预应力筋拼装模壳筒体并同步下沉示意图；

图8为本发明具体实施方式中拼装顶部钢套环并张拉纵向预应力筋示意图。

图9为本发明具体实施方式中振动锤入模壳筒体示意图。

图10为本发明具体实施方式中灌浆示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。

本具体实施方式公开了振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，如图1，5～10所示，包括以下步骤：

S1：施工准备 视现场情况搭设临时水上作业平台，在施工区域设置污染预防膜4，防止加固过程对周围水域造成污染；如图5所示；

S2：水下桩基表面处理 采用钢丝刷、高压水枪等工具水下清除桩基3表面附着物与劣化混凝土层，以露出新鲜结构面；

S3：拼装底部楔形钢套环 在临时水下施工平台上拼装底部楔形钢套环5，以形成钢套环受力整体；如图6所示；

S4：拼装模壳筒体并同步下沉 在已形成的底层楔形钢套环5上逐层拼装模壳6，预张拉环向预应力筋81完成环向拼装，期间采用手拉葫芦等将已拼装完成的模壳6筒体同步下沉，直至拼装至设计高度；当水面1上方施工空间不足，难以一次拼装至设计高度时，先将模壳6筒体边拼装边下沉至河床2位置；如图7所示；

S5：拼装顶部钢套环 在模壳6筒体上方安装顶部钢套环7，之后张拉贯通底部楔形钢套环5、模壳6筒体与顶部钢套环7的纵向预应力筋82，使拼装结构形成纵向受力整体；如图8所示；

S6：振动锤入模壳筒体 在顶部钢套环7上方沿环向安装数个激振器9，通过控制激振器9产生的竖向作用力将模壳6筒体锤入河床2直至达到设计深度，后拆除激振器9；当水面1上方施工空间不足，难以满足一次拼装完成至设计高度后再将模壳6筒体锤入至设计深度时，锤入河床2后拆除顶部钢套环7，继续在上方逐层拼装模壳6后循环进行S5、S6施工步骤，直至锤入至设计深度；如图9所示；

S7：露出桩基表面处理 采用带长导管的高压水枪冲洗模壳6筒体与桩基3之间间隙，露出桩基3表面，以除去桩基3表面覆土直至露出结构面层；

S8：灌浆 在模壳6筒体与桩基3之间灌注水下不分散砂浆101、水下不分散混凝土102或水下固化环氧树脂103等材料；如图10所示；

S9：拆除临时设施 加固完成后拆除临时作业平台，去除污染预防膜4等。

加固施工完成后，结构效果示意图如图2所示。

另外，如图3所示，加固用混凝土模壳可分为两大类，即标准块61与张拉端块62，张拉端块62为张拉锚固预应力筋81的模壳，为便于穿束及张拉环向预应力筋81，将张拉端截面扩大设计，并在此部位进行预应力筋张拉关键技术的相关设计。

如图4所示，底部楔形钢套环5与顶部钢套环7可由两个半圆结构组合而成，钢套环的凹槽的宽度应稍稍大于模壳的设计宽度，防止制作或施工误差导致与模壳的拼装不顺利。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：施工准备 视现场情况搭设临时水上作业平台，在施工区域设置污染预防膜(4)，防止加固过程对周围水域造成污染；

S2：水下桩基表面处理 采用钢丝刷、高压水枪等工具水下清除桩基(3)表面附着物与劣化混凝土层，以露出新鲜结构面；

S3：拼装底部楔形钢套环 在临时水上施工平台上拼装底部楔形钢套环(5)，以形成钢套环受力整体；

S4：拼装模壳筒体并同步下沉 在已形成的底层楔形钢套环(5)上方逐层拼装模壳(6)，预张拉环向预应力筋(81)完成环向拼装，期间采用手拉葫芦等将已拼装完成的模壳(6)筒体同步下沉，直至拼装至设计高度；

S5：拼装顶部钢套环 在模壳(6)筒体上方安装顶部钢套环(7)，后张拉贯通底部楔形钢套环(5)、模壳(6)筒体与顶部钢套环(7)的纵向预应力筋(82)，使拼装结构形成纵向受力整体；

S6：振动锤入模壳筒体 在顶部钢套环(7)上方沿环向安装数个激振器(9)，通过控制激振器(9)产生的竖向作用力将模壳(6)筒体锤入河床(2)直至达到设计深度，后拆除激振器(9)；当水面(1)上方空间不足致使模壳(6)筒体未一次拼装达到设计高度时，可先将未达到设计高度的模壳(6)筒体锤入河床(2)一定深度后，拆除顶部钢套环(7)，并重复S5、S6施工步骤，直至将模壳(6)筒体达到设计深度；

S7：露出桩基表面处理 采用高压水枪冲洗桩基(3)原嵌固段，除去桩基(3)表面覆土直至露出结构表面；

S8：灌浆 在模壳(6)筒体与桩基(3)之间灌注水下不分散砂浆(101)、水下不分散混凝土(102)或水下固化环氧树脂(103)等材料；

S9：拆除临时设施 加固完成后拆除临时作业平台，去除污染预防膜(4)等。

2.根据权利要求1所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：所述的超高性能混凝土，其抗压强度不低于100MPa。

3.根据权利要求1所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：底部楔形钢套环(5)可分段拆卸拼装，拼装完成后与混凝土模壳(6)外形一致，钢套环(5)上预留有与混凝土模壳(6)对应的竖向预应力张拉孔道和锚固凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：混凝土模壳(6)采用分块预制拼装的形式，模壳具有纵向与横向拼接接头，能够方便的围绕待加固水下结构进行拼装，起到外侧模板的作用，同时作为增强结构与原结构共同受力；混凝土模壳(6)内部预留纵向和环向预应力张拉孔道，通过张拉预应力实现模壳的环向和纵向拼装，预应力大小可根据加固目标进行设计。

5.根据权利要求1、4所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：拼装的纵向接合面和横向接合面之间的连接处均设有密封垫，使拼装完成后的预制混凝土模壳形成一个密封体。

6.根据权利要求1、4所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：混凝土模壳(6)内的配筋可根据模壳制作工艺、转运要求及加固目标进行设计。

7.根据权利要求1、3、4所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：预制混凝土模壳(6)拼装完成后，可嵌入底部楔形钢套环(5)的凹槽内，并随施工同步下沉。

8.根据权利要求1所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：顶部钢套环(7)可分段拆卸拼装，拼装完成后与混凝土模壳(6)外形一致，可通过自身凹槽套在混凝土顶部模壳(6)上，钢套环(7)上预留有与混凝土模壳(6)对应的竖向预应力张拉孔道。

9.根据权利要求1所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：冲洗露出桩基(3)表面后，无需进行模壳(6)下部的封底处理，减小了施工难度和成本。

10.根据权利要求1所述的一种振动锤入超高性能混凝土模壳加固水下桩基施工方法，其特征在于：在张拉预应力结束后，在所述预应力筋(81)(82)的锚固节点与张拉节点处采用水下固化树脂(103)进行密封。

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