某橋梁水中樁基病害治理外包鋼筋混凝土方案分析

歐錦

（黔東南公路建設養護有限公司，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，甚至導致橋梁坍塌。因此，及時發現和治理水中樁基病害是橋梁養護的重要內容。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，其各具優缺點，需根據具體工程條件和病害特征進行合理選擇和優化[1-3]。

1 工程概況

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

2 樁基病害

根據該橋梁15#～29#墩檢測結果，樁基出現病害。

2.1 樁基病害分類

結合檢測信息及現場情況可確定該公路橋梁水中樁基病害主要如下：第一，水流沖刷導致樁身表面混凝土剝蝕，暴露鋼筋。第二，樁身混凝土碳化導致樁身表面混凝土剝落，鋼筋外露。第三，樁身混凝土密實性差、夾泥，樁身內部鋼筋裸露，影響樁身承載力。第四，樁身混凝土存在裂縫、剝落、掏空等現象，樁外部鋼筋網裸露，影響樁身整體性、抗滲性[4]。

2.2 病害成因分析

結合文獻及工程資料，分析該橋梁樁基病害成因。

第一，環境因素。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，管養因素。橋梁使用過程中維護管理不當，如橋梁荷載超過設計標準，造成樁基超載變形，橋梁檢測和維護不及時，未及時發現和治理樁基病害。第三，施工因素。施工過程中，樁基成孔、灌注、截樁等環節出現偏差，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]。為避免該情況持續擴展，需驗算樁基承載力，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重的樁基，其原理為在原樁基外部包裹鋼筋網，澆筑高強度混凝土，形成新保護層，提高樁基承載力，施工步驟如下：第一，水中設立作業平臺，清理樁基表面，去除松散混凝土，鑿出麻坑或溝槽，增加黏結面積。第二，樁基外部安裝鋼筋網，鋼筋網的直徑、間距和覆蓋厚度應根據設計要求確定，鋼筋網應與樁基保持一定的距離，可用支撐件固定。第三，鋼筋網外部套上模板，模板應密實無縫，且應高于水面，以便進行后續作業。第四，樁基、鋼筋網之間澆筑高強度混凝土，混凝土采用泵送或吊桶輸送[7]。第五，拆除模板，檢查混凝土質量，采取必要的防護措施。

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，鋼筒內灌水泥漿，形成新的承載體，以提高樁基的抗壓強度和抗沖刷能力。

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，灌注環氧砂漿液，構成加固層，玻纖套筒材質輕，水中操作性強，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 種方案各有優缺點，需綜合考慮加固質量、造價、工期和風險等因素，選擇最適合的方案，方案對比結果如表1 所示。

表1 3 種水中樁基病害治理方案效果對比

根據2017 年、2019 年的定檢報告，該橋的42 根樁基病害發展速率較快，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%，表明樁基結構嚴重受損，需進行加固。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

4.1 圍堰類型選擇

橋梁水中樁基加固工程需在水中搭設作業平臺，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缺點，選用鋼套箱圍堰形式。由鋼板樁組成圍堰，其結構剛度強、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量，節約工期。

4.2 鋼套箱圍堰施工要點

第一，施工準備。根據設計要求、現場條件確定鋼套箱的結構形式、尺寸等，由工廠預制或現場制作。制作時需避免鋼套箱接縫處漏水，且鋼套箱內設置足夠的支撐，鋼套箱外設吊耳、導向架等。

第二，定位導向框。根據圖紙及勘測結果，設置打樁定位軸線、觀測點，確定鋼套箱下放位置、高程。鋼套箱四角安裝導向框，導向框應與鋼套箱保持一定間隙，以便調整鋼套箱。

第三，單元板安裝。鋼套箱分若干個單元板，每個單元板由若干個鋼板或鋼絲網水泥板組成，單元板之間用螺栓連接。安裝時按照預定順序將單元板吊裝至水中與導向框對接，調整單元板水平度、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，其寬度根據設計要求確定。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、泥沙進入鋼套箱內部，具體采用何種接頭處理方法需根據實際情況確定。

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，確保基底堅實、平整。在鋼套箱底部澆筑混凝土，形成封底層。澆筑混凝土時采用泵送方式，澆筑時安排專人進行封底混凝土面標高測量，同時安排專人檢查各吊桿螺帽的松緊情況，發現有松動需立即擰緊。

4.3 加固施工要點

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

在水中設立作業平臺，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，用環氧樹脂涂抹在樁身表面，以提高新舊混凝土之間的黏結性。

4.3.2 舊鋼筋處理

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

4.3.3 植筋

在樁身外部鉆孔，插入鋼筋，用植筋膠黏結，確保新、舊混凝土協同受力，以提高樁基承載力。按梅花狀于樁身表面布孔位，精確標注每個孔位，避免與現有鋼筋碰撞，如有碰撞，需適當調整孔位，但不得改變鉆孔深度；沖擊鉆鉆孔，孔徑比植筋直徑大2～5mm，孔深比設計要求深5～10mm，以保證鋼筋錨固長度；鉆孔后立即用空壓機吹除孔內粉塵，用毛刷刷凈孔壁；孔壁保持干燥，若孔內有水或油污，用電熱或化學方法干燥處理；用丙酮擦拭孔壁，去除殘留雜質；將植筋膠注滿鉆孔，將鋼筋插入孔中，旋轉一周，使鋼筋與植筋膠充分混合，牢固黏結。

4.3.4 鋼筋與模板工程

先在鋼筋棚中將鋼筋網加工成半圓狀，預留足夠箍筋長度，用于搭接固定。鋼筋接頭錯開設置，避免應力集中和變形。鋼筋間距、保護層厚度需符合設計要求，必要時采用輔助措施進行調控。由于樁基所在圍堰空間較小，不便使用大型機械，鋼筋籠先分段加工成1/2 圓周形狀，預留箍筋長度，用于拼接固定。每段鋼筋籠接頭位置錯開，滿足穩定性要求。鋼筋籠主筋、樁身內部植筋應采用焊接方式，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、施工周期短等優點。

4.3.5 混凝土工程

樁身外部澆筑高強度自密實混凝土（具有高流動性、高穩定性和高均勻性），形成新保護層，延緩樁基表面混凝土侵蝕速率。混凝土施工步驟如下：

第一，根據澆筑段高度分節安裝木模板，模板應結實、嚴密、平整，防止混凝土滲漏和變形。

第二，將混凝土從樁側緩緩倒入模板內，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行振搗，使混凝土充分密實，排出空氣，提高強度和耐久性[10]。

第四，振搗過程需實時監測木模板變形量，發現異常時及時調整，避免塌模等施工事故。

第五，待混凝土強度達到設計要求，拆除木模板，檢查混凝土質量和尺寸，如有缺陷應及時修補。

第六，混凝土后期養護采用覆蓋、澆水、噴霧等方法，防止產生裂縫和縮孔。

5 結語

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，澆筑高強度自密實混凝土，延緩樁基表面混凝土侵蝕速率，提升樁基結構承載力。該方法適用于樁基病害嚴重的情況，可有效提高樁基抗彎、抗剪、抗壓能力，提高樁基安全系數，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；自密實混凝土具有高流動性，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。