歐錦

（黔東南公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司，貴州凱里 556000）

0 引言

水中樁基病害會降低橋梁的承載力，加速橋梁老化損壞，甚至導(dǎo)致橋梁坍塌。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治理水中樁基病害是橋梁養(yǎng)護(hù)的重要內(nèi)容。目前，針對水中樁基病害的治理方法主要有外包鋼筋混凝土法、鋼套筒法、玻纖套筒法等，其各具優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)具體工程條件和病害特征進(jìn)行合理選擇和優(yōu)化[1-3]。

1 工程概況

某跨河公路橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)形式，上部為T 形梁，下部為群樁基礎(chǔ)。該橋總長1250m，分三個(gè)跨度，分別為65m、120m、65m。該橋的主跨為連續(xù)剛構(gòu)橋的最大跨徑，具有較高的跨越能力和抗震性能。上部結(jié)構(gòu)采用懸臂施工法，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁法，樁徑為1.5m，樁長為25m。

2 樁基病害

根據(jù)該橋梁15#～29#墩檢測結(jié)果，樁基出現(xiàn)病害。

2.1 樁基病害分類

結(jié)合檢測信息及現(xiàn)場情況可確定該公路橋梁水中樁基病害主要如下：第一，水流沖刷導(dǎo)致樁身表面混凝土剝蝕，暴露鋼筋。第二，樁身混凝土碳化導(dǎo)致樁身表面混凝土剝落，鋼筋外露。第三，樁身混凝土密實(shí)性差、夾泥，樁身內(nèi)部鋼筋裸露，影響樁身承載力。第四，樁身混凝土存在裂縫、剝落、掏空等現(xiàn)象，樁外部鋼筋網(wǎng)裸露，影響樁身整體性、抗?jié)B性[4]。

2.2 病害成因分析

結(jié)合文獻(xiàn)及工程資料，分析該橋梁樁基病害成因。

第一，環(huán)境因素。水中樁基受水流、波浪、船舶等沖擊侵蝕，樁身表面混凝土剝落。且水中鹽分較多，加速樁身混凝土碳化、腐蝕鋼筋。第二，管養(yǎng)因素。橋梁使用過程中維護(hù)管理不當(dāng)，如橋梁荷載超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成樁基超載變形，橋梁檢測和維護(hù)不及時(shí)，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治理樁基病害。第三，施工因素。施工過程中，樁基成孔、灌注、截樁等環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，造成樁基偏位、斷樁[5]。

3 樁基病害治理方案

由于水中有害物質(zhì)的侵蝕，樁基混凝土逐漸劣化，樁基承載力下降，甚至坍塌[6]。為避免該情況持續(xù)擴(kuò)展，需驗(yàn)算樁基承載力，并采取有效的治理措施。

3.1 外包鋼筋混凝土法

外包鋼筋混凝土法適用于病害嚴(yán)重的樁基，其原理為在原樁基外部包裹鋼筋網(wǎng)，澆筑高強(qiáng)度混凝土，形成新保護(hù)層，提高樁基承載力，施工步驟如下：第一，水中設(shè)立作業(yè)平臺，清理樁基表面，去除松散混凝土，鑿出麻坑或溝槽，增加黏結(jié)面積。第二，樁基外部安裝鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的直徑、間距和覆蓋厚度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與樁基保持一定的距離，可用支撐件固定。第三，鋼筋網(wǎng)外部套上模板，模板應(yīng)密實(shí)無縫，且應(yīng)高于水面，以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。第四，樁基、鋼筋網(wǎng)之間澆筑高強(qiáng)度混凝土，混凝土采用泵送或吊桶輸送[7]。第五，拆除模板，檢查混凝土質(zhì)量，采取必要的防護(hù)措施。

外包鋼筋混凝土法加固施工如圖1 所示。

圖1 外包鋼筋混凝土法加固示意圖

3.2 鋼套筒法

鋼套筒法適用于病害程度較輕的樁基，在樁身外套鋼筒，鋼筒內(nèi)灌水泥漿，形成新的承載體，以提高樁基的抗壓強(qiáng)度和抗沖刷能力。

3.3 玻纖套筒法

玻纖套筒法的原理是在樁身外部套玻纖套筒，灌注環(huán)氧砂漿液，構(gòu)成加固層，玻纖套筒材質(zhì)輕，水中操作性強(qiáng)，適用于多種樁基加固。玻纖套筒施工過程中需做好對原樁基表面的清潔工作，以確保最終的加固效果[8]。

3.4 方案比選

上述3 種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，需綜合考慮加固質(zhì)量、造價(jià)、工期和風(fēng)險(xiǎn)等因素，選擇最適合的方案，方案對比結(jié)果如表1 所示。

表1 3 種水中樁基病害治理方案效果對比

根據(jù)2017 年、2019 年的定檢報(bào)告，該橋的42 根樁基病害發(fā)展速率較快，三類病害樁基的比例從6%增加至50%，一類病害樁基的比例從79%降低至31%，表明樁基結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損，需進(jìn)行加固。綜合考慮樁基病害的類型、程度、分布、水文條件等因素，推薦采用外包鋼筋混凝土法。

4 外包鋼筋混凝土法施工要點(diǎn)

4.1 圍堰類型選擇

橋梁水中樁基加固工程需在水中搭設(shè)作業(yè)平臺，為避免影響交通，選擇施工速度快的圍堰方式[9]。綜合比較各圍堰方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選用鋼套箱圍堰形式。由鋼板樁組成圍堰，其結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)、施工便捷、易于拆除，適用于深水或深基坑，以及流速較大的河床，可有效保證樁基施工質(zhì)量，節(jié)約工期。

4.2 鋼套箱圍堰施工要點(diǎn)

第一，施工準(zhǔn)備。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)場條件確定鋼套箱的結(jié)構(gòu)形式、尺寸等，由工廠預(yù)制或現(xiàn)場制作。制作時(shí)需避免鋼套箱接縫處漏水，且鋼套箱內(nèi)設(shè)置足夠的支撐，鋼套箱外設(shè)吊耳、導(dǎo)向架等。

第二，定位導(dǎo)向框。根據(jù)圖紙及勘測結(jié)果，設(shè)置打樁定位軸線、觀測點(diǎn)，確定鋼套箱下放位置、高程。鋼套箱四角安裝導(dǎo)向框，導(dǎo)向框應(yīng)與鋼套箱保持一定間隙，以便調(diào)整鋼套箱。

第三，單元板安裝。鋼套箱分若干個(gè)單元板，每個(gè)單元板由若干個(gè)鋼板或鋼絲網(wǎng)水泥板組成，單元板之間用螺栓連接。安裝時(shí)按照預(yù)定順序?qū)卧宓跹b至水中與導(dǎo)向框?qū)?，調(diào)整單元板水平度、垂直度，確保位置正確。

第四，陰陽接頭處理。所有單元板安裝完畢后處理鋼套箱陰陽接頭，其寬度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。陰陽接頭處理方法有多種，如用鋼板或木板墊填、用水泥砂漿灌注、用止水材料捻縫等，以防止水流、泥沙進(jìn)入鋼套箱內(nèi)部，具體采用何種接頭處理方法需根據(jù)實(shí)際情況確定。

第五，圍堰封底。將鋼套箱下放至基坑底部后處理地基，清除渾濁土壤，確?；讏?jiān)實(shí)、平整。在鋼套箱底部澆筑混凝土，形成封底層。澆筑混凝土?xí)r采用泵送方式，澆筑時(shí)安排專人進(jìn)行封底混凝土面標(biāo)高測量，同時(shí)安排專人檢查各吊桿螺帽的松緊情況，發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)需立即擰緊。

4.3 加固施工要點(diǎn)

外包鋼筋混凝土法施工流程如圖2 所示。

圖2 包鋼筋混凝土法施工流程

4.3.1 混凝土表面處理

在水中設(shè)立作業(yè)平臺，清理樁身表面，將樁身表面裂縫、空洞、塌孔等缺陷清理至密實(shí)部位，表面鑿毛，要求鑿成麻坑或溝槽，麻坑或溝槽深度不宜小于6mm，間距不宜大于箍筋間距；酸洗去除樁身表面的碳化層，用環(huán)氧樹脂涂抹在樁身表面，以提高新舊混凝土之間的黏結(jié)性。

4.3.2 舊鋼筋處理

在樁身表面開設(shè)檢查孔，檢查樁身內(nèi)部鋼筋狀況，確定需要處理的鋼筋位置、數(shù)量；切除樁身內(nèi)部的病害鋼筋，保留完好鋼筋；酸洗去除樁身內(nèi)部鋼筋表面的銹蝕、油污等雜物，提高鋼筋表面的清潔度；用焊接方式連接新設(shè)鋼筋與原鋼筋，保證連接牢固、可靠，避免連接處應(yīng)力集中變形。

4.3.3 植筋

在樁身外部鉆孔，插入鋼筋，用植筋膠黏結(jié)，確保新、舊混凝土協(xié)同受力，以提高樁基承載力。按梅花狀于樁身表面布孔位，精確標(biāo)注每個(gè)孔位，避免與現(xiàn)有鋼筋碰撞，如有碰撞，需適當(dāng)調(diào)整孔位，但不得改變鉆孔深度；沖擊鉆鉆孔，孔徑比植筋直徑大2～5mm，孔深比設(shè)計(jì)要求深5～10mm，以保證鋼筋錨固長度；鉆孔后立即用空壓機(jī)吹除孔內(nèi)粉塵，用毛刷刷凈孔壁；孔壁保持干燥，若孔內(nèi)有水或油污，用電熱或化學(xué)方法干燥處理；用丙酮擦拭孔壁，去除殘留雜質(zhì)；將植筋膠注滿鉆孔，將鋼筋插入孔中，旋轉(zhuǎn)一周，使鋼筋與植筋膠充分混合，牢固黏結(jié)。

4.3.4 鋼筋與模板工程

先在鋼筋棚中將鋼筋網(wǎng)加工成半圓狀，預(yù)留足夠箍筋長度，用于搭接固定。鋼筋接頭錯(cuò)開設(shè)置，避免應(yīng)力集中和變形。鋼筋間距、保護(hù)層厚度需符合設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)采用輔助措施進(jìn)行調(diào)控。由于樁基所在圍堰空間較小，不便使用大型機(jī)械，鋼筋籠先分段加工成1/2 圓周形狀，預(yù)留箍筋長度，用于拼接固定。每段鋼筋籠接頭位置錯(cuò)開，滿足穩(wěn)定性要求。鋼筋籠主筋、樁身內(nèi)部植筋應(yīng)采用焊接方式，保證連接牢固、可靠。模板采用兩片半圓木模拼接而成，每片木模由多個(gè)模板塊組成，模板塊之間用雙面膠膠帶襯縫，防止混凝土滲漏。模板塊之間使用法蘭盤螺栓連接，以增加模板的剛度、整體性。法蘭盤上設(shè)有定位銷，用于控制模板的垂直度和位置。與鋼模板相比，木模具有重量輕、操作簡便、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)。

4.3.5 混凝土工程

樁身外部澆筑高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土（具有高流動(dòng)性、高穩(wěn)定性和高均勻性），形成新保護(hù)層，延緩樁基表面混凝土侵蝕速率?；炷潦┕げ襟E如下：

第一，根據(jù)澆筑段高度分節(jié)安裝木模板，模板應(yīng)結(jié)實(shí)、嚴(yán)密、平整，防止混凝土滲漏和變形。

第二，將混凝土從樁側(cè)緩緩倒入模板內(nèi)，不能從樁頂直接倒入，以免造成混凝土離析分層。

第三，采用附著式振搗器對混凝土進(jìn)行振搗，使混凝土充分密實(shí)，排出空氣，提高強(qiáng)度和耐久性[10]。

第四，振搗過程需實(shí)時(shí)監(jiān)測木模板變形量，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)調(diào)整，避免塌模等施工事故。

第五，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，拆除木模板，檢查混凝土質(zhì)量和尺寸，如有缺陷應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。

第六，混凝土后期養(yǎng)護(hù)采用覆蓋、澆水、噴霧等方法，防止產(chǎn)生裂縫和縮孔。

5 結(jié)語

通過比選三種方案，確定外包鋼筋混凝土法為最佳方案，其原理是在樁身外部包裹鋼筋網(wǎng)，澆筑高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土，延緩樁基表面混凝土侵蝕速率，提升樁基結(jié)構(gòu)承載力。該方法適用于樁基病害嚴(yán)重的情況，可有效提高樁基抗彎、抗剪、抗壓能力，提高樁基安全系數(shù)，且不會增大樁基截面尺寸，不影響橋梁正常通行，施工方便，效果顯著；自密實(shí)混凝土具有高流動(dòng)性，可充分填充樁身裂縫、空洞；采用木模板，重量輕、操作簡便、施工周期短，可有效降低現(xiàn)場施工難度。該工程采用的外包鋼筋混凝土方案可為同類型橋梁水中樁基病害治理提供參考。