某簡支小箱梁橋墩、樁主要病害分析及加固處理

鄧勇邦

(四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610017)

1 引言

橋梁在長時間使用后墩柱、樁等結構易出現裂縫等病害，在內外部因素共同作用下其逐步向外擴寬并威脅到橋梁的穩定性，甚至引發安全事故，造成極為嚴重的負面影響[1]。因此，做好對既有病害的加固處理工作非常重要，以下圍繞具體問題展開探討。

2 工程概況

某橋梁建設工程位于大渡河南岸，連接S211、S303，于2010年正式建成通車。該橋為預應力混凝土簡支小箱梁橋，總長度316 m，隨著使用時間的延長，4～7號橋墩受沖刷異常明顯，且5～7號橋墩常年處于浸水環境中。橋梁所處河道洪水期水量大、持續時間長，3～14號橋墩均有受沖擊的風險。樁基受嚴重影響，部分鋼筋外露，縮頸量約20 cm。

3 橋墩的主要病害分析

3.1 墩柱裂縫成因分析

3.1.1 保護層厚度不足

5#、6#墩承受全聯制動力，對該處的墩結構穩定性造成影響，與此同時R=130 m彎道上存在較明顯的制動力作用。以最不利工況為分析前提(沖刷深度約3 m)，經分析后確定橋墩裂縫發生于沖刷截面處，但從實際表現來看，裂縫集中在樁頂1.5 m以上區域，具體情況如圖1所示。由此可對5#、6#墩柱的環向裂縫成因形成更準確的認識，即并非受力裂縫。

圖1 橋墩裂縫

原設計橋墩選擇的是樁柱同徑的方案，柱與樁均設置厚度為9 cm的保護層。根據實測結果可知，D=150 cm雙柱墩主筋混凝土厚6 cm，相比之下D=200 cm獨柱墩則增加至9 cm。可以發現，獨柱墩的保護層厚度過大，在混凝土用量增多的條件下易發生干縮現象，且濕度與溫度的循環作用明顯，更易產生裂縫。實測結果表明，墩柱裂縫均集中發生于獨柱墩上，表明裂縫的出現與保護層厚度過大有關。

3.1.2 施工工藝不合理

環向裂縫集中在5#、6#、9#墩，高度方面則依次為樁頂以上2 m、1.5 m、2.5 m，雖然墩底最不利區域受力條件特殊，但該處結構依然較為完整，裂縫反而集中在柱兩節段模板交線區域，最大寬度為9#墩的1.34 mm。混凝土裂縫的成因錯綜復雜，包含拆模時間過早、混凝土澆注缺乏連續性等。

3.2 墩、臺剝落露筋

根據原設計文件可以得知，橋位總沖刷深度為2.5 m，通過與實際情況的對比來看，存在沖刷深度設計不足的情況。地勢方面，橋位岸坡相對較陡，較特殊的是4～7號橋墩，該結構間的坡體未采取岸坡防護設計，導致在水流作用下坡面整體沖刷下切，至少達到2.5 m，縮頸深度約20 cm，部分結構內部的主筋外露，經過沖刷處理后受侵蝕的部分依然附著剝落的粘土，用手便可將其剝離，相比于設計要求而言實際施工質量欠佳，在水流沖刷作用下必然會發生大幅度的縮頸現象。相較之下，3#、11#橋墩樁基較為完整，該處的施工質量較佳，雖然表面可見細微沖刷現象，但鋼筋依然完整被包裹于結構內，穩定性相對較好。經上述分析，總結出樁基沖蝕的基本成因如下。

(1)原橋梁設計缺乏可行性，即沖刷深度不足，未配置完善的防沖刷鋼護筒，經沖刷后出現露筋現象，具體如圖2所示。

(2)樁基混凝土施工質量欠佳，導致樁結構缺乏抗沖刷能力，水流對其的影響較為明顯。

(3)橋梁順河布置，施工現場的地質條件特殊，對橋梁建設形成限制性作用，4～8號橋墩布設在不利位置，易受到水流沖刷作用。

圖2 樁基外露

4 針對既有病害的加固措施

4.1 鉆孔

確定裂縫發生部位，于該處騎縫鉆孔以便給后續的灌漿提供良好條件。鉆孔工藝要求為孔深5 cm、孔徑8 mm、孔距35 cm。

4.2 清孔及裂縫表面處理

通過高壓空氣深度清孔，以免發生灰渣阻塞現象，在裂縫兩側分別擴寬3～4 cm，由施工人員利用鋼刷等工具清理雜物，將突出部分鑿除干凈，若無誤則使用丙酮擦洗，保證裂縫兩側不存在油污附著現象[2]。

4.3 粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉

灌漿嘴底盤易受到潮濕空氣的作用而形成銹跡，首先需使用丙酮擦拭[3]，再均勻涂抹環氧膠泥，形成1～2 mm厚的土層。灌漿嘴的間距控制應充分考慮到縫長與縫寬兩項工藝參數，以此為依據合理調整灌漿嘴的間距，通常以35～40 cm較為合適。為保證每道裂縫都得到有效的處理，應保證各裂縫的進漿孔和排氣孔各有1處或更多。確保灌漿嘴粘貼穩定，灌漿孔眼必須對中[4]。

通過如下方法做好裂縫表面的封閉作業：縫寬≥0.15 mm時，可通過風鎬鑿縫，使其呈“V”形槽，尺寸要求為寬度5～10 cm、深3～5 cm，再利用高壓風清孔，保持潔凈狀態后用丙酮擦拭，使裂縫處理范圍內的油污都能被清理干凈，再以灰刀為主要工具，選取適量的環氧砂漿并將其涂抹至槽內。

4.4 灌注環氧漿操作

(1)灌注裂縫的可選方法中，以空氣泵壓注法較為合適，配置壓漿罐，通過聚氯乙烯高壓透明管連接至灌漿嘴，應保證各處都具有嚴密性，不可出現漏氣等異常問題。

(2)加強對灌注壓力的控制，對于進漿通暢的情況，壓力以0.2 MPa較為合適；若難以順利進漿可適當增加壓力，泵壓以0.4 MPa較為合適。

(3)按如下流程有序灌漿：水平裂縫施工中遵循從低處向高處的原則；豎向腹板裂縫施工中遵循從上向下的原則；及時檢驗灌漿嘴排出的漿液，若該部分的濃度與灌入漿液濃度保持一致，可隨即暫停壓漿作業。

5 植筋

按如下流程植筋：測量放線→確定鉆孔位置并標識→鉆孔→清孔→填入專用注膠→插入鋼筋→焊接鋼筋→澆筑砼。

膠粘劑是維持錨固件穩定性的關鍵材料，可選擇改性環氧樹脂粘膠劑[5]。混凝土結構施工時也涉及到粘膠劑的使用問題，需對其組織毒性檢驗，準確分析固化后的粘膠劑，若各項指標都無誤即可將其投入使用。此外，在使用粘膠劑時不宜摻入任何揮發性有害溶劑。

根據植筋作業的特點，可以選擇專用植筋粘膠劑，其在小間距作業中具有可行性，可實現快速凝固。植筋鉆孔前應做好全面的探測工作，利用鋼筋探測儀檢測，明確鋼筋的具體位置，確保鉆孔期間原有鋼筋不出現任何損傷。鉆孔的深度、直徑等應滿足要求，以設計圖紙中的尺寸要求為指導，不可隨意變更尺寸，且要盡可能地維持鉆孔方位的穩定性，以免鉆穿相鄰植筋孔。鉆進成孔后需全面清孔，保證內部不存在雜物。根據施工需求配置鉆孔機具，較合適的有專用植筋鉆孔機，不推薦使用沖擊鉆，否則易造成大范圍損傷。植筋前組織抗拔試驗，通過此方式確定可行工藝參數，植筋完成后及時檢測，主要內容包含注膠是否飽滿、外觀是否完整等。植筋鉆孔施工期間應全面確保結構的安全，可采取豎向分批依次推進的方式，沿圓周對稱鉆2排豎向孔，隨時間的延長，若植筋膠恢復至凝固狀態時方可組織下一批次的鉆進作業。

6 結語

本文結合簡支小箱梁橋工程，分析其主要病害類型及具體原因，再探討相適應的加固措施，最終取得了良好的加固效果，有效延長了橋梁的使用壽命，希望所提內容可作為類似工程的參考，從而提高橋梁的建設水平。