摘要 通過(guò)對(duì)棠墅港大橋的涉水樁基礎(chǔ)實(shí)地考察研究，分析其主要病害及成因，并將其與自制的水下玻纖加固系統(tǒng)相結(jié)合。結(jié)果表明：基于玻纖復(fù)合材料的加固系統(tǒng)能有效地解決此類(lèi)問(wèn)題根源，隨后討論了在國(guó)內(nèi)水域中使用此種水下玻纖加固系統(tǒng)的實(shí)用性和技術(shù)優(yōu)化的可能性，最后以我國(guó)水下玻纖加固系統(tǒng)工程為例，提出關(guān)于其實(shí)用價(jià)值和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞 橋梁涉水樁基；玻纖復(fù)合材料；水下玻纖套筒；樁基修復(fù)

中圖分類(lèi)號(hào) U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0114-04

0 引言

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)分析，截至2022年，我國(guó)橋梁已超150萬(wàn)座，因其建造特性，涉水樁基維護(hù)和操作條件相較于陸地上更為嚴(yán)格。受限于水流影響，橋墩、樁基常常面臨著混凝土脫落、露筋的問(wèn)題。目前常見(jiàn)的解決方案受到防汛抗旱等各種外部條件的限制，已不再適用于有效補(bǔ)強(qiáng)。因此，急需研發(fā)一套能夠適應(yīng)各類(lèi)環(huán)境中橋梁基礎(chǔ)加強(qiáng)工程新方法[1-3]。

自1970年開(kāi)始，首個(gè)使用于蘭州市中山橋的水下玻璃纖維套管加強(qiáng)體系被引入，其對(duì)于遭受侵蝕或混凝土剝離問(wèn)題的橋墩及基礎(chǔ)修補(bǔ)與強(qiáng)化效果顯著，同時(shí)也展現(xiàn)出在新建橋梁中的良好預(yù)固性能[4]。該研究基于現(xiàn)存的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)系統(tǒng)，融合了自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)——玻纖復(fù)合材料加固系統(tǒng)，以實(shí)施溫厚高速公路棠墅港大橋的維護(hù)與強(qiáng)化工作，并依據(jù)橋梁損傷狀況來(lái)決定相應(yīng)的維修策略，為后續(xù)進(jìn)一步推廣水下玻璃纖維加強(qiáng)系統(tǒng)的工程實(shí)踐提供了借鑒性的建議。

1 工程概況

溫厚高速坐落于該省的中部地區(qū)，其總長(zhǎng)度為35 km，路基寬為28 m，路面寬度21 m，瀝青混凝土路面，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h。建設(shè)時(shí)長(zhǎng)3年，1999年2月投入使用。

棠墅港大橋中心樁號(hào)K720+144.5，下部結(jié)構(gòu)采用了柱式墩配鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)配鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 病害分析

經(jīng)檢測(cè)，棠墅港大橋部分涉水樁基產(chǎn)生了露筋病害。具體病變情況如表1所示。其中，圖1～7為不同樁號(hào)水下病害情況。

根據(jù)表1中的棠墅港大橋樁基病害狀況，可知棠墅港橋梁存在嚴(yán)重的混凝土剝落、鋼筋裸露和腐蝕問(wèn)題。以下是對(duì)此類(lèi)病害原因的具體分析：

（1）由于長(zhǎng)期的自然條件的影響，河川的人工作業(yè)導(dǎo)致河床脫落，樁基露出水面。另外，橋墩妨礙水流，水流加快，形成旋渦會(huì)侵蝕橋墩周?chē)幕A(chǔ)。

（2）樁基基礎(chǔ)的鋼筋裸露問(wèn)題是由加固護(hù)柵的位置誤差引起的。樁基基礎(chǔ)施工時(shí)，如果鋼圈沒(méi)有充分固定或有錯(cuò)誤的位置，保護(hù)層會(huì)變薄甚至消失。在水的沖擊下，導(dǎo)致鋼筋裸露。

（3）剝落和干燥時(shí)水位變化，暴露的樁鋼筋會(huì)生銹膨脹，造成混凝土松動(dòng)的剝落。

3 橋梁維修方案

對(duì)棠墅港橋梁進(jìn)行修復(fù)研究時(shí)，選取了樁基6-1 #和7-2 #進(jìn)行詳細(xì)修復(fù)分析。

3.1 施工流程

在對(duì)樁基6-1 #和7-2 #進(jìn)行病害評(píng)估后，確定修復(fù)的范圍和大小，詳細(xì)情況如表2所示。

3.2 施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)準(zhǔn)備：修改設(shè)計(jì)圖和相關(guān)文件，確認(rèn)工程內(nèi)容的正確性，將工程進(jìn)展情況書(shū)面化。同時(shí)，組織各級(jí)部門(mén)明確技術(shù)說(shuō)明、工藝說(shuō)明、工藝內(nèi)容、操作方法、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全注意事項(xiàng)等。并且，必須計(jì)劃人員配置，訓(xùn)練員工。

（2）施工前準(zhǔn)備工作：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求和建筑平面布告圖，設(shè)置施工警戒線，懸掛警示標(biāo)志，保證材料和機(jī)械的防火、防潮、防雨等防護(hù)措施得到執(zhí)行；檢查所有的設(shè)備，確認(rèn)完好的狀態(tài)和文件等。

（3）在施工過(guò)程中，所有的機(jī)械設(shè)備都必須具備相應(yīng)的檢定證書(shū)或合格證明。一旦施工機(jī)械進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，需立即進(jìn)行防護(hù)和安全警告標(biāo)識(shí)的設(shè)置。同時(shí)，在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的位置上，也需嚴(yán)格按照施工平面布置圖來(lái)安排。

3.3 鋼筋混凝土樁清理

在清理鋼筋混凝土樁的過(guò)程中，首先需進(jìn)行水下探測(cè)，以確定套筒安裝的具體位置。同時(shí)，也需記錄清理區(qū)域內(nèi)混凝土的緊實(shí)程度、表面的粗糙度以及周?chē)炷恋木o密程度等信息。潛入作業(yè)小組對(duì)原有樁基不穩(wěn)固部分進(jìn)行沖洗，并將斷裂處松動(dòng)的水泥及其他不穩(wěn)定的附屬材料進(jìn)行清除，直至露出堅(jiān)硬、密實(shí)的水泥[5-6]。

3.3.1 混凝土樁開(kāi)挖深度確定

經(jīng)過(guò)深海潛水員的探索與研究，依據(jù)現(xiàn)有的測(cè)試數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)文件，確認(rèn)6-1 #基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的螺栓長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)定為5.4 m，并將其定位于從樁頂向下的5.4 m區(qū)域內(nèi)。因?yàn)闃俄斚路降?.5 m范圍內(nèi)的樁體直徑相對(duì)較大，其周?chē)幕炷脸^(guò)了護(hù)甲裝置的長(zhǎng)度，所以需要對(duì)這部分混凝土進(jìn)行切割，以方便玻璃纖維套管的裝配和后續(xù)填充工作。此外，自樁頂往下的3.4 m以?xún)?nèi)，所有的樁基都被流沙所掩蓋，按照設(shè)計(jì)的要求，必須清除2 m左右的積砂。然而，由于施工現(xiàn)場(chǎng)的水流湍急且河沙易動(dòng)，難以挖掘，因此將套管安裝的長(zhǎng)度縮短到3.9 m，同時(shí)決定挖掘深度定為0.5 m。

7-2 #的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，預(yù)設(shè)了長(zhǎng)達(dá)2.3 m的套筒，其定位點(diǎn)位于樁體底部下方2.3 m的位置?？紤]施工區(qū)域的水流量較大且含有大量砂礫可能造成挖掘樁體的難度增加的情況，決定沿用6-1 #的設(shè)計(jì)理念，縮短套筒的長(zhǎng)度到1.7 m，并設(shè)定挖掘深度為0.5 m。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該次樁基清理主要包括以下兩部分：

（1）在樁頂下方0.5 m的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行混凝土樁基的鑿除操作。

（2）在樁頂下方3.4 m～0.5 m的區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行流沙的挖掘和清理。

3.3.2混凝土鑿除方式確定

通常情況下，混凝土樁基礎(chǔ)的拆除任務(wù)會(huì)采取兩種方法來(lái)完成：一種是在水中操作的大型風(fēng)鎬方式，其具有強(qiáng)大的力量且能高效地清除障礙物，同時(shí)可以在水下施工而無(wú)電力風(fēng)險(xiǎn)。然而，此方式也有一些缺陷，如設(shè)備重量較大、難以搬運(yùn)等。另一種則是利用小型電鎬的方式，雖然它的重量較小，方便運(yùn)輸與攜帶，但是由于功率相對(duì)較弱，所以清理速度上不如前者。當(dāng)它在水域邊緣執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電氣安全的潛在問(wèn)題。

在開(kāi)始拆除樁基礎(chǔ)混凝土之前，需要考慮水的流動(dòng)情況、水位和周邊建設(shè)的環(huán)境等各種因素，并通過(guò)解決水流帶來(lái)的風(fēng)力干擾來(lái)決定采用電動(dòng)錘作為混凝土破碎工具。在清理樁基基礎(chǔ)土沙的過(guò)程中，要去除掉在上部混凝土上的異物，然后去除大型混凝土碎片，最終將小塊和流沙一同沖走。具體的操作過(guò)程可以參考圖8～14。

3.4 安裝玻纖套筒

在實(shí)施玻璃纖維套筒之前，需要根據(jù)設(shè)計(jì)和實(shí)際環(huán)境來(lái)確定安裝的位置。首先，通過(guò)測(cè)量?jī)x表如線纜和量角器等工具，精確地標(biāo)定出天的安裝點(diǎn)位。接著，潛水人員會(huì)運(yùn)用高壓力的水流清潔這些已定的安裝區(qū)域。當(dāng)所有清理工作完畢之后，助手們將會(huì)把套筒帶到水面上，按照潛水人員的指示，放置到預(yù)設(shè)的地方并且確保穩(wěn)定。隨后，會(huì)在這個(gè)地方裝配好套筒，同時(shí)借助束縛設(shè)備將它牢固地系住，使其盡可能靠近樁體（通常情況下，間隔約0.5 m就需要有一個(gè)束縛裝置，在頂部和底部時(shí)需格外注意）。一旦所有的步驟都正確執(zhí)行且被穩(wěn)固后，潛水者即可開(kāi)始應(yīng)用空氣動(dòng)力工具去擰緊套筒接頭處的螺栓（一般情況，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置是10～15 cm長(zhǎng)度的螺栓）。最終，使用密封橡皮圈覆蓋套筒的底部表面，并在施工現(xiàn)場(chǎng)添加一些防滲措施，例如土工布等，以此避免后續(xù)澆筑過(guò)程中的泄露情況發(fā)生。玻纖套筒安裝如下圖15～16所示。

在安裝完玻纖套筒后，開(kāi)始注入環(huán)氧樹(shù)脂。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，注漿材料種類(lèi)和高度如表3所示。

在灌漿操作中，需要持續(xù)監(jiān)測(cè)漿液流動(dòng)情況并檢查是否有泄露現(xiàn)象發(fā)生，保證無(wú)漿液外溢風(fēng)險(xiǎn)。然后，當(dāng)?shù)撞繚{液均勻鋪設(shè)之后，開(kāi)始進(jìn)行后續(xù)的灌注工作，避免漿液過(guò)量導(dǎo)致資源浪費(fèi)。此外，按照規(guī)定，應(yīng)把漿液灌到樁基周邊的空隙處直至充滿為止，等整個(gè)灌注過(guò)程結(jié)束以后，接著用密封劑來(lái)封閉表面。

3.5 加固系統(tǒng)效果分析

通過(guò)對(duì)大橋修復(fù)加固效果研究，發(fā)現(xiàn)該橋跨水樁基礎(chǔ)玻璃纖維復(fù)合材料加固體系具有以下特點(diǎn)：

（1）強(qiáng)度高，耐紫外線，無(wú)需維護(hù)；

（2）環(huán)氧灌漿與碳水化合物的黏接強(qiáng)度高；

（3）適用范圍廣，適用于木材、混凝土、鋼梁等；

（4）耐腐蝕、耐水和化學(xué)能力強(qiáng)；

（5）能承受干濕、冷熱、冰與綠的相互作用；

（6）耐海水潮汐、廢水、電解等腐蝕；

（7）施工速度快、方便，無(wú)需堵橋、堵路；

（8）人工灌漿或送支桿施工材料；

（9）滿足海水、淡水和半咸水中的海洋生物的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

橋墩與基礎(chǔ)在水中環(huán)境下的混凝土脫落及鋼筋暴露問(wèn)題，是一種常見(jiàn)的建筑難題，然而傳統(tǒng)的強(qiáng)化方法既費(fèi)時(shí)又昂貴，且需要多次修復(fù)。相比之下，水底玻璃纖維套管增強(qiáng)體系具有快速實(shí)施的能力，縮短了建設(shè)周期，并能提供良好的結(jié)構(gòu)持久性能。因此，它在中國(guó)高速公路橋梁、港口設(shè)施等方面有廣泛的使用潛力。

為滿足后續(xù)對(duì)水下工程加固技術(shù)的更高防腐需求，可探討在玻纖套筒加固系統(tǒng)夾克內(nèi)部增設(shè)犧牲陽(yáng)極防腐裝置的實(shí)施方案。此舉措能夠提升玻纖套筒加固系統(tǒng)在強(qiáng)烈腐蝕環(huán)境中的耐用性，延長(zhǎng)其使用壽命并增加其使用年限。

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收稿日期：2024-03-22

作者簡(jiǎn)介：孫永文（1969—），男，本科，工程師，研究方向：項(xiàng)目建設(shè)管理。