■陳學(xué)健

（1.福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州 350001；2.福建省海絲高速公路工程設(shè)計有限公司，福州 350007）

截至2021 年底，我國運營公路橋梁有96.11 萬座，總里程達到7380.21 萬m[1]。 橋梁作為道路的咽喉，在保障道路安全通行方面具有舉足輕重作用。 然而， 近年來關(guān)于橋梁病害引發(fā)的事故報道層出不窮，在跨江、河橋梁中出現(xiàn)的事故頻率較高，一方面是因為水下樁基屬于隱蔽工程， 存在可視性差、檢測難度大等局限，導(dǎo)致病害未能及時發(fā)現(xiàn)；另一方面是因為水下樁基施工受水流速度、 氣候條件、施工機械設(shè)備等條件制約，施工質(zhì)量得不到保障。 如何有效保障橋梁健康運營成為社會關(guān)注焦點。 以閩侯縣甘竹大橋水中樁基加固工程為工程背景，分別對該橋的水中樁基病害特征、處置方案以及加固施工技術(shù)要點展開全方面分析，可為同類梁橋樁基病害處置提供參考。

1 工程概況

甘竹大橋位于三福高速公路閩侯連接線上，跨越閩江流域，全長1376 m，主橋采用（65+120+65）m的預(yù)應(yīng)力混凝土箱形變截面連續(xù)剛構(gòu)，下部為薄壁墩，群樁基礎(chǔ)；引橋跨徑均為35 m，共32 孔，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T 形截面連續(xù)梁，雙柱式墩基礎(chǔ)。設(shè)計洪水頻率：1/100。 橋址處江面寬約1200 m，由主槽和淺灘組成，其中14#～28# 墩樁基常年處于水中，水深為3.4～15.6 m，大部分樁基水深為7～12 m。受上游水口電站泄洪及潮水影響，高低水位差約2 m。該橋于2002 年開工，2004 年竣工通車。全橋?qū)嵕叭鐖D1 所示。

圖1 全橋?qū)嵕皥D

2 樁基病害

2019 年某檢測機構(gòu)對該橋的14#～28# 墩水中樁基構(gòu)件進行專項檢測，發(fā)現(xiàn)該橋42 根樁基均存在不同程度的病害，嚴重影響到橋梁的健康運營，亟需加固處置。

2.1 樁基病害分類

根據(jù)該橋水中樁基病害檢測報告，根據(jù)樁基表面混凝土侵蝕剝落、鋼筋外露銹蝕等病害程度的不同，可將全橋42 根樁基病害分為3 類：第一類是表面有輕微沖蝕、小面積砼剝落、暫未出現(xiàn)鋼筋裸露現(xiàn)象；第二類是樁基表面混凝土大量剝落并有小面積的縱筋及箍筋裸露；第三類是樁基表面混凝土被侵蝕嚴重（縮頸）并有大面積鋼筋網(wǎng)（嚴重銹蝕、斷裂）裸露。 典型樁基病害示意如圖2 所示。

圖2 不同類別典型病害樁基示意圖

2.2 病害成因分析

通過查閱該橋水文資料、病害特征分析及查閱相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上， 該橋樁基病害成因可歸為環(huán)境、管養(yǎng)、施工3 個主要方面因素[2-3]。

2.2.1 環(huán)境因素

橋址地處閩江下游，距海岸口較近，下游水質(zhì)受海水潮汐倒灌影響，水中氯鹽濃度高；樁頂與系梁接連處（浪尖區(qū)）每天承受海水沖刷及潮汐漲落的干濕交替循環(huán)，使得42 根樁的樁頂段均出現(xiàn)混凝土剝落、疏松等病害現(xiàn)象。

2.2.2 管養(yǎng)因素

早年閩江沿線居民生活用水及化工污水未經(jīng)處理直接排入江中，加快促進鋼筋銹蝕速率；另一方面一些不法商家盲目開采閩江河沙，造成河床急劇下切、沖刷變遷，嚴重影響到了樁基的穩(wěn)定性與承載力。

2.2.3 施工因素

橋梁樁基采用鉆孔灌注樁法工藝施工，施工過程中未采取有效的措施保證鋼筋籠下放、保護層厚度控制精準定位，導(dǎo)致部分樁基表面混凝土剝落層較薄出現(xiàn)大面積鋼筋網(wǎng)、縮徑等現(xiàn)象；也存在樁頂混凝土超灌量不足、未嚴格按照規(guī)范進行樁頂鑿除，造成樁頂段混凝土施工質(zhì)量得不到有效保障，成為薄弱環(huán)節(jié)段。

3 樁基處置方案

水中有害離子介質(zhì)在不斷侵蝕樁基混凝土，若未得到有效處置將會導(dǎo)致樁基承載力不足而失效坍塌。 結(jié)合竣工圖資料及檢測報告對該橋樁基承載力進行檢算，當(dāng)前樁基承載力滿足要求。 因此，對該橋樁基處置時，應(yīng)重點考慮樁基耐久性處置，且盡可能提高結(jié)構(gòu)承載力。 常見的橋梁水中樁基病害處置方法較多， 有抬樁法 （適用于摩擦樁承載力不足）、外包鋼筋混凝土法、鋼套筒法、混凝土缺陷修復(fù)法（輕微病害）、夾克法等幾類[4-5]。 以下分別對外包鋼筋混凝土法、鋼套筒法、夾克法這3 種方式進行比較分析。

3.1 外包鋼筋混凝土法

外包鋼筋混凝土法指在原有樁基基礎(chǔ)上，外澆筑一層鋼筋混凝土層，可有效遏制樁基病害進一步擴散，還能增大樁基構(gòu)件的穩(wěn)定性。 該方案需要搭設(shè)圍堰干作業(yè)平臺，為樁基表面病害處置、鋼筋補強、植筋、綁扎鋼筋、澆筑混凝土等工藝提供干作業(yè)環(huán)境。 該方法適用于樁基表觀病害嚴重且水深小于18 m 的情況。 外包鋼筋混凝土法加固示意如圖3所示。

圖3 外包鋼筋混凝土法加固示意圖

3.2 鋼套筒法

鋼套筒法是指采用特殊防腐處理的鋼套筒將原有樁基包裹起來，并在縫隙中注入水泥漿的一種方法。 其原理為通過將樁基與外界空氣、水等介質(zhì)隔離，起到延緩樁基混凝土脫落、鋼筋銹蝕速率原理的效果。 該方法可有效增強樁基的軸向抗壓強度，具有施工速度快、費用較低的優(yōu)點，但水中施工作業(yè)復(fù)雜、安全系數(shù)底低，加固質(zhì)量可控性弱。 該方法適用于水流速度小、病害較輕且水深在8 m 內(nèi)的情況。 鋼套筒法加固示意見如圖4 所示。

圖4 鋼套筒法加固示意圖

3.3 玻纖套筒法

玻纖套筒法是近年來常用的一種橋梁樁基加固方法。 加固前需要按以下工序進行：對原有樁基表面銹蝕鋼筋進行防銹與補強處置→舊混凝土表面鑿除至露出新鮮混凝土→清洗→玻纖套筒安裝→灌注環(huán)氧砂漿液。 該方法可有效提高樁基的耐久性與耐腐蝕性，具有材質(zhì)輕、水中操作性強的優(yōu)點，但存在一定的局限性，如若原樁基表面鑿除、清洗不到位，將嚴重影響加固效果。 該方法適用于淺水（6 m 內(nèi)）樁基耐久性處置。 玻纖套筒法加固示意如圖5 所示。

圖5 玻纖套筒法加固示意圖

3.4 方案比選

綜合上述3 種水中樁基加固處置方法分析，可以得出以下結(jié)論：外包鋼筋混凝土法需要在干作業(yè)環(huán)境下實施，搭設(shè)輔助圍堰平臺措施費用高、工期長，加固質(zhì)量可以得到有效保證還可以增加樁基的承載力；鋼套筒法施工周期較短、費用較低，但加固質(zhì)量得不到有效控制， 對于群樁基礎(chǔ)實施難度大、風(fēng)險系數(shù)高；玻纖套筒法造價低、施工便捷，適用于水深淺且病害較輕的一、二類樁基。3 種不同的樁基加固方案對比結(jié)果如表1 所示。

表1 3 種水中樁基病害處置方案對比

通過對比2017、2019 年水中樁基定檢報告可知，該橋42 根樁基病害發(fā)展速度快：2017 年三類病害樁基數(shù)量僅占5%、二類樁基占14%、一類樁基占81%；而2019 年三類病害樁基達數(shù)量達到48%、二類樁基占19%、一類樁基占33%。 綜合樁基病害發(fā)展速率、水文條件等各方面因素考慮，該橋推薦采用外包鋼筋混凝土法對其進行加固處置。

4 外包鋼筋混凝土法施工關(guān)鍵技術(shù)

外包鋼筋混凝土法樁基加固處置的施工技術(shù)難點最關(guān)鍵的是圍堰輔助平臺搭設(shè)；其次是病害處置過程中的鋼筋除銹防銹補強、樁基植筋、樁基鑿毛、鋼筋板扎、澆筑混凝土等主要工序。

4.1 圍堰類型選擇

常見的圍堰方式按材料種類不同，可分為土石圍堰、混凝土圍堰、竹圍堰和鋼圍堰等多種類型。 鑒于本工程為在役橋梁，選用鋼圍堰形式搭設(shè)施工輔助平臺，具有施工速度快、可大量縮短工期優(yōu)勢。 結(jié)合該橋水文環(huán)境與現(xiàn)場實際情況，14#～28# 墩分別采用鋼套筒和鋼套箱2 種圍堰形式，其中鋼護筒圍堰適用于水深在3.4～8.0 m 的較淺樁基施工，鋼套箱圍堰用于8～15.6 m 的深水樁基施工。 近年來，鋼護筒圍堰方法在橋梁淺水樁基圍堰施工中普遍使用，主要施工工序為：施工準備→鋼護筒加工→安裝護筒反力架→鋼護筒下壓→護筒封底混凝土施工→樁基缺陷處置→鋼護筒拆除。 該圍堰施工工藝難度較低、技術(shù)成熟，不再贅述。

4.2 鋼套箱圍堰施工要點

4.2.1 圍堰類型選擇

鋼套箱圍堰施工工序如下：河底泥砂清理→安裝導(dǎo)向框→側(cè)板安裝→圍堰內(nèi)繼續(xù)用空壓機將砂石抽填到圍堰外→澆筑側(cè)板接縫止水砼→鋼套箱圍堰封底→待強、圍堰內(nèi)抽水→樁基缺陷處置→圍堰拆除。 鋼套箱圍堰的施工技術(shù)難點在于圍堰定位安裝及結(jié)構(gòu)防水處理等環(huán)節(jié)。

4.2.2 施工準備

鋼套箱采用現(xiàn)場加工拼接方案。 在圍堰正式安裝前，應(yīng)對其進行預(yù)拼裝試驗環(huán)節(jié)，可有效避免在安裝過程中出現(xiàn)尺寸偏差、安裝錯誤等問題。 并清除干凈河床遺留的建筑垃圾等雜物，為圍堰管樁順利打入土層做鋪墊。

4.2.3 定位導(dǎo)向框

為了保證鋼套箱圍堰準確定位，分別在橋墩四周相應(yīng)位置打入若干根鋼管樁，并用工字鋼將鋼管樁焊接成一個穩(wěn)定、整體框架結(jié)構(gòu)，作為圍堰安裝導(dǎo)向框。

4.2.4 圍堰單元板安裝

側(cè)板從上游水流方向開始拼裝，第一塊具有陰陽轉(zhuǎn)角的側(cè)板應(yīng)精準定位并保證垂直度滿足設(shè)計要求；將第二塊側(cè)板順著第一塊側(cè)的陰陽槽口插入，以此類推，最終將鋼套箱側(cè)模插入形成一個閉合體；最后采用震動錘逐一同步插打至設(shè)計標高。

4.2.5 陰陽接頭處理

為了保證圍堰的密封性效果，先用條狀布袋裝入少量的細石混凝土沿著接頭逐漸導(dǎo)入到孔底，確保止水帶到位后，再用漏斗及導(dǎo)管等輔助工具將止水砂漿灌滿，并適當(dāng)振搗，確保接頭沒有氣泡等空隙。 接頭止水縫處理過程中，應(yīng)由專業(yè)人員嚴格按照規(guī)范要求操作。

4.2.6 圍堰封底

封底混凝土的厚度與樁基水中深度、水頭差等相關(guān)參數(shù)計算，并考慮適當(dāng)?shù)母辉Ｏ禂?shù)。 封底混凝土澆筑前，先確認基底地質(zhì)情況與設(shè)計要求是否相符、底部是否平整。 在滿足要求的前提下，應(yīng)采用高壓水槍沖洗封底段樁基表面附著的淤泥雜質(zhì)，提高封底混凝土與樁基的握裹力與加固效果。 首批混凝土澆筑量嚴格按照相關(guān)施工技術(shù)指南要求，并安排專職人員負責(zé)澆筑過程中導(dǎo)管插拔速率，做到“勤測、勤量”，并做好相關(guān)記錄存檔。 鋼套箱圍堰實景如圖6 所示。

圖6 鋼套箱圍堰示意圖

4.3 處置加固施工要點

外包鋼筋混凝土法施工工序如下：準備→腳手架搭設(shè)→混凝土表面處置→舊鋼筋處置→樁基鑿毛→樁基植筋→鋼筋綁扎→模板安裝→監(jiān)理檢查鋼筋→混凝土灌注→混凝土養(yǎng)生→拆?！善窓z驗。

4.3.1 混凝土表面處置

對原樁基表面疏松、破損等病害混凝土以人工鑿除為主、氣動及高壓水槍工具為輔，直至露出新鮮堅硬密實的混凝土基面，鑿除施工時，應(yīng)謹慎科學(xué)作業(yè)，避免魯莽、盲目實施對原結(jié)構(gòu)造成不必要的破壞及損傷，鑿除深度在3～4 cm，并采取相應(yīng)措施保證油污、油脂、灰塵等附著物清理干凈。 樁基表面病害處置現(xiàn)場示意如圖7 所示。

圖7 樁基表面病害處置示意圖

4.3.2 舊鋼筋處置

對外露的縱筋、箍筋等采用鋼刷、化學(xué)試劑清除表面銹漬，然后采用噴涂型阻銹劑處理（阻銹劑用量控制在0.4 kg/m2，宜分3～5 遍進行涂刷），阻銹劑具有很強的腐蝕性，若在施工過程中不慎將其滴落在皮膚表面或者眼睛里，應(yīng)立即用清水沖洗干凈并及時就醫(yī)。 對于嚴重銹蝕、斷裂等鋼筋，采用同直徑、同級別的鋼筋對其進行補強，并保證搭接尺寸及焊接質(zhì)量滿足相關(guān)要求。 操作人員上崗前要經(jīng)過嚴格培訓(xùn)，并做好個人防護措施，考核合格方可上崗操作。

4.3.3 植筋

為保證新、舊混凝土協(xié)同受力，提高樁基承載力，應(yīng)將原有樁基按梅花狀進行鉆孔植筋。 首先，應(yīng)精確定位每個孔位位置，若孔位與現(xiàn)有鋼筋碰撞，應(yīng)對孔點進行微調(diào)，不得調(diào)整鉆孔深度；鉆擊孔徑略比植筋直徑大2～5 mm、孔深比設(shè)計要求深5～10 mm；打孔結(jié)束后立即采用無油壓縮空氣機將孔內(nèi)粉塵吹干凈，并用毛刷等工具將孔壁刷凈。 其次，要對孔壁進行干燥處置，如果孔內(nèi)進水造成孔壁潮濕可采用電熱干燥方式，若孔壁被油污染，可采用電熱或者化學(xué)方法保證孔壁干燥。 最后，用丙酮等試劑將孔壁擦拭干凈，再用植筋膠將鋼筋植入孔內(nèi)[6]。 植筋處置現(xiàn)場示意如圖8 所示。

圖8 植筋處置示意圖

4.3.4 鋼筋與模板工程

鋼筋網(wǎng)先在鋼筋棚里加工成半圓產(chǎn)品并預(yù)留足箍筋搭接長度，鋼筋接頭截面位置應(yīng)錯開，并采取相關(guān)輔助措施確保鋼筋間距、混凝土保護層厚度等滿足要求；鑒于圍堰空間狹小，大型機械不好操作， 鋼筋籠先加工成1/2 圓周并預(yù)留箍筋的搭接長度，接頭截面錯開位置、數(shù)量要滿足相關(guān)規(guī)范要求，主筋與植筋采用焊接方式固定。 模板采用兩片半圓木模栓接，每片木模分節(jié)組成，雙面膠膠帶襯縫，模板塊與塊之間采用法蘭盤螺栓連接，豎向法蘭盤設(shè)定位銷，并嚴格控制模板的垂直度和混凝土保護層厚度，與鋼模板相比，采用木?？捎行Ы档同F(xiàn)場操作難度及施工周期。 鋼筋與模板施工工序示意如圖9～10 所示。

圖9 鋼筋綁扎示意圖

圖10 模板安裝示意圖

4.3.5 混凝土工程

為了延緩樁基表面混凝土侵蝕速率、提升樁基耐久性，本項目采用自密實混凝土，其主要性能參數(shù)指標如下：3 d 抗壓強度達到25～40 MPa、24 h 豎向膨脹率≥0.02%、抗?jié)B等級≥P12、抗凍等級≥F150、塌落度為220～280 mm、擴展度為500～680 mm。 澆筑過程中應(yīng)根據(jù)澆筑段高度分節(jié)安裝模板、 澆筑，嚴禁從樁頂直接將混凝土傾倒入模；配附著式振搗器振搗，振搗過程中實時檢測木模板變形量，避免塌模等施工事故；待砼強度滿足施工要求，方可拆模，并做好后期養(yǎng)護作業(yè)。 外包鋼筋混凝土法樁基加固完后的示意如圖11 所示。

圖11 外包鋼筋混凝土法加固示意圖

5 結(jié)語

該橋樁基病害專項處置完工接近2 年，42 根樁基定檢均未有新的病害出現(xiàn)， 結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況良好，達到預(yù)期加固處置目的。 該工程水中樁基加固處置案例可為同類橋梁提供借鑒價值意義。