跨海橋梁樁基露筋原因分析及其治理加固方案介紹

■郭貴花

（福建省第二公路工程有限公司，福州 350007）

0 前言

隨著中國交通基礎設施的跨越式發展，所實施橋梁工程不計其數，橋梁綜合技術也不斷創新與提高，橋梁施工技術已日漸成熟。但像橋梁樁基露筋、表面缺陷等病害仍是橋梁建設中難以徹底根治的問題之一，特別是90年代以前建成通車的工程，鑒于當初施工經驗的缺乏、監管制度的不夠完善以及樁基檢測手段的局限性，有些病害未能及時得以發現，存在一定“盲區”，錯過了在施工過程中及時處置的時機；經過二三十年來的運營，在水流或潮汐的沖刷影響下，像露筋、凹槽等砼缺陷病害逐漸顯露出來，致使樁基斷面減小，削減樁基的承載能力，嚴重者將影響橋梁結構安全，甚至縮短橋梁使用壽命。

1 工程概況及樁基露筋情況

1.1 工程概況

沈海高速公路田螺特大橋（原福寧高速22合同段），橋長1.293km，橋寬30m，設計技術指標為：汽超20級、掛-120，主橋上部為53m+2×95m+53m現澆變截面連續箱梁雙向預應力，下部薄壁墩、承臺、灌注樁群樁基礎（1承臺/4根樁），灌注樁直徑Ф2.5m，樁長35～45m嵌巖樁，樁基施工完成于1999年，橋梁跨越田螺海灣，受潮汐影響，水深最深處19m，多年潮汐檢測平均最高潮位3.82m，最低潮位-3.32m，給樁基施工帶來極大的施工難度。鑒此，該橋梁樁基采用搭設鋼便橋及鋼管樁型鋼搭設樁基施工平臺施工措施，工藝流程為：測量定位→安放鋼護筒→樁機就位→造漿護孔→沖擊鉆成孔→清孔→鋼筋籠吊裝就位→灌注水下砼。

1.2 樁基露筋情況

根據2010年對該橋的技術狀況檢測報告，主橋水中樁主要病害為：所有樁基均存在不同程度的露筋、凹槽等砼缺陷病害，露筋長度不等，最長為承臺底以下3m，露筋根數最多占樁基鋼筋數量的一半以上，個別樁基局部還有縮頸情況。以上露筋等病害削減了樁身的有效面積，將對樁基的承載能力產生一定影響。為確保大橋安全運營，需對橋梁樁基露筋、凹槽等砼缺陷進行加固處治。

圖1 樁基露筋圖

2 樁基露筋成因分析

2.1 工程地質環境的影響

本工程位于海灣純潮區，屬海洋環境，海水中含有大量的氯離子等會從混凝土的毛細結構孔隙滲入混凝土，隨著時間的推移與積累，鋼筋銹蝕膨脹導致混凝土開裂，脫落，出現露筋現象。

在水下混凝土灌注過程中，如果護筒長度不足或原護筒四周土體（特別是海泥層）受潮汐的漲落作用，出現脫空狀況，海水將對初凝前的混凝土產生沖刷，從而導致混凝土離析，影響成樁質量，為露筋創造充分的條件。

2.2 施工方面的原因

施工控制不到位導致樁基露筋等病害的產生：

（1）由于在成孔過程中采取黏土造漿，出現泥漿膠體率低、砂率偏高的情況，加上本工程樁基長、樁徑大（Ф2.5m），樁基成孔的施工時間長，在此過程中泥漿泥皮粘附孔壁使孔壁不斷增厚，縮小孔徑，造成保護層厚度不足。

（2）鋼筋籠定位把控不嚴。鑒于樁長較長，鋼筋籠需分多節段在現場連接，逐級吊裝下放，在此過程中，可能出現墊塊掉落、鋼筋接頭（多節連接）不在同一軸心的情況，但在鋼筋的重力作用下，即使出現輕微掛壁，也能順利將鋼筋籠放置孔內，但掛壁部位將不可避免出現露筋問題。

（3）鑒于在海上搭工作平臺，混凝土的澆筑平臺高度有限，加之泥漿質量方面原因，沉淀量大，在混凝土澆筑至接近樁頂時，混凝土上升能力過小，無法形成全斷面有效的頂托泥漿。特別是孔壁四周存在的鋼筋、檢測管加大了混凝土上升摩阻力，從而出現孔壁周圍泥漿與混凝土共存狀況，在施工結束、護筒拆除后再經海潮不斷的沖刷作用下，部分夾泥混凝土被沖刷脫落，最終出現露筋、混凝土缺塊的病害。

（4）施工配合比使用不當或配合比材料未嚴格把關，所拌制的混凝土未能達到設計的要求，真正具備防滲、防腐作用。

3 樁基露筋治理加固原則與方案的確定

3.1 治理加固原則

（1）鑒于本工程是沈海高速的一個組成部分，要保持正常交通，不能封閉施工，同時，主橋5～6#墩與6～7#墩為通航孔，加固后不能影響航道的尺度，保證通航順暢。

（2）根據露筋等病害情況，應本著安全性、經濟性、合理性的原則，制定可行方案，確保修復加固后的工程安全可靠，能達到預期效果。

3.2 治理加固方案的確定

根據以往工程實例，對樁基的加固方案有：拋填片石+注漿保護、增加樁基承擔部分承載力，增套鋼護筒等，基于本項目樁基大部分存在不同程度的露筋、凹陷情況，且考慮海洋環境、保證通車、保持航道尺度不變等工程自身特點，通過綜合考慮施工安全、施工操作可行性及經濟投資等多方面因素，最終確定的治理加固方案是：對所有存在病害的樁基采用加大砼截面方案進行加固處治，即外套一圈鋼筋混凝土“保護套”，既保護外露的鋼筋不再受侵害，也確保樁基受力截面不削減，從而實現一勞永逸。

外套混凝土厚度與強度的選擇：對于受海水侵蝕的混凝土，主要防止氯離子等對混凝土的滲入，從物理、化學角度理論上分析，越厚的混凝土保護層，有利于保護混凝土內部鋼筋不受侵蝕，但從混凝土結構本身特性考慮，越厚的保護層，混凝土結構受水化熱作用，容易產生裂隙；同時，又會讓海水氯離子等有機可乘；為此，對于如何合理的確定保護層厚度尤為重要，通過查閱相關權威資料并參考其他類似環境的工程設計，最終確定保護層厚度為7.5cm。對于混凝土強度的選擇，結合原樁基混凝土強度為C25海工混凝土，本次混凝土按提高一級設置，采用C30海工混凝土。為了使外套混凝土能很好地與原樁基混凝土緊密粘結共同受力，除新舊混凝土間涂刷一道界面結合劑外，套內采用植筋外掛鋼筋方案給予解決。植入鋼筋直徑、深度、間距筋見下圖2，受力主筋②采用Ф25鋼筋，間距15cm。水平箍筋④采用Ф10鋼筋，間距20cm。加固范圍為缺陷處各外延50m。再者，考慮阻止氯離子從混凝土表面侵蝕混凝土，新澆筑混凝土表面涂刷一層高性能環氧樹脂涂料，用以保護混凝土免受外界物理、化學因素的影響。詳見圖2。

圖2 樁基加固示意圖

4 樁基加大截面的加固治理主要工藝

（1）鑿除松散的砼，對于原未產生病害混凝土面也需進行鑿毛處理，且鑿面要用鋼絲刷凈，高壓水沖清干凈，對外露或斷裂的鋼筋進行除銹和焊接。

（2）確定合理的錨固參數，植入樁基處的鋼筋最外層采用U型筋，孔口稍微向上，鉆孔完成后清洗植筋孔并向孔內注入專用結構錨固用膠漿 （膠體配制時計量必須準確），使鋼筋與混凝土粘結，施工完成達到強度后，進行植筋拉拔實驗，待結果滿足要求后進行下道工序。

（3）對海洋環境的混凝土保護層厚度的確定至關重要，必須采取使用標準墊塊且綁扎牢靠。

（4）為了使新舊混凝土能結合緊密，在接觸面先涂刷一道界面結合劑，以保證新舊混凝土的承載作用。

（5）根據相關規定要求選配海工耐久性混凝土，是防腐蝕的一個重要措施，混凝土的配置既要滿足自密實混凝要求，又要保證強度、防腐性能。為保險起見，在工程實施前進行了模擬實驗，在模擬實驗成功后進入應用。

（6）掌握潮汐情況，合理安排施工時間，保證混凝土澆搗后8h內，未受到海水的沖刷、浸泡，確保施工質量。

5 工程實施效果評價

田螺大橋共實施樁基露筋加固治理25根樁，在本工程實施中采取的措施有：采取加大截面法加強了樁基的承載能力，針對海水環境，選配以氯離子擴散、侵蝕為主要控制指標的海工耐久性混凝土，預防了后續樁基混凝土、鋼筋再次腐蝕。對新舊混凝土的結合采取了涂刷界面結合劑措施，有效保證了新舊混凝土的緊密結合；進行植筋、增設鋼筋骨架，形成共同工作狀態；在施工完成后進行取芯實驗，其結合面的抗剪、抗拉性能均滿足要求；同時，在混凝土表層涂刷一層高性能環氧樹脂涂料，形成了優質的混凝土表面，封堵了混凝土本身的結構毛細孔隙，有效抵制外界環境的侵蝕、破壞。自施工至現在，經加固處治的樁基混凝土表面無脫落情況，表觀質量良好。

6 結束語

交通基礎設施的建設中橋梁的興建越來越多，而橋梁基礎是橋梁的重要組成部分，尤其對于水中基礎仍大量的選擇灌注樁，應在結構設計、材料選用、施工管理控制等方面加強，力求在源頭上減少樁基露筋等質量缺陷：

（1）設計階段：應根據環境、地質條件結合結構類型、荷載特征合理計算配筋率，確定混凝土強度及是否需防滲、防腐功能，并確定保護層厚度。

（2）嚴格按設計要求進行混凝土配合比試配，在獲取穩定、合格的配合比后，對混凝土拌合材料要嚴格把關，避免不合格材料的使用，避免混凝土喪失應有的防腐蝕、防滲功能。

（3）加強施工過程管理，從泥漿配制、鉆孔成孔、鋼筋籠安放就位、水下混凝土澆筑等每一個工序著手，確保成樁質量。

（4）采用較為先進的檢測方式、方法，發現問題，及時處理。

但作為水下隱蔽工程的樁基施工，受地質、環境影響與制約，難免存在施工“盲區”的情況，諸如本文所述的樁基露筋、混凝土凹陷的缺陷，在實施此類病害處治時按本工程所述加固治理方案具有安全、經濟，可操作性強等特點，并且處理效果顯著，值得借鑒與推廣。

[1]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術規范.北京：人民交通出版社，2008.

[2]GB50367-2006，混凝土結構加固技術規范.北京：中國建筑工業出版，2006.

[3]王增賢，等.海水對橋梁樁基礎質量影響評價與防護技術.福建交通科技（應用技術版）2010(11):119.

[4]馮忠居.特殊地區基礎工程.北京：人民交通出版社，2008.