玻纖套筒加固技術在橋梁水下樁基耐久性病害修復中的應用

鐘 明

(廣西北部灣投資集團有限公司沿海高速公路分公司,廣西 欽州 535009)

0 引言

在多年的橋梁樁基加固、養護實踐中發展出了大量的施工工藝及材料,其中玻纖套筒的應用得到更加廣泛的認可。鄭萬成[1]對橋梁樁基加固施工技術進行分析,樁基加固技術有增補樁基加固、擴大基礎、樁基自身補強等工法。劉偉杰[2]指出玻纖材料可以在水下施工且無須拆除,施工方便、施工工期短。董黨等[3]研究了水下玻纖套筒在引江濟淮工程橋梁加固中的應用,認為水下玻纖套筒加固技術無須修筑圍堰且可降低施工成本。何勇勇等[4]研究發現在樁基修復工程中應用玻纖套筒加固具有高抗腐蝕、便于水下施工、高耐久性三大特征。玻纖套筒加固技術作為一種經濟的橋梁樁基加固技術,進一步優化了傳統技術高造價、工藝復雜等問題,具有廣闊的應用前景。本文以欽東高速公路西江大橋水下樁基耐久性病害修復工程為例,研究玻纖套筒加固技術在橋梁水下樁基耐久性病害修復中的優勢。

1 橋梁水下樁基病害分析

1.1 橋梁概況

西江大橋位于廣西欽州市境內,是欽東高速公路G7511主線橋梁,上跨西江,全長223.937 m,單幅橋梁寬度為25 m,與路線交角為120 °,位于緩和曲線段。上部結構采用7×30 m后張法預應力混凝土T梁,下部結構蓋梁拆除新建,橋墩采用四柱式墩,基礎除6#墩為明挖擴大基礎外,其余均為樁基礎。

1.2 橋梁水下樁基病害情況及原因分析

2021年橋梁開展特殊檢查時發現,西江大橋左幅有5個樁基礎在設計河床線以下有空洞、露筋、輕度沖蝕等不同程度的病害,極大降低了橋梁耐久性,影響橋梁長期結構安全。經分析,以上病害的形成主要有以下幾個原因:(1)大橋運營已有25年,所處的河床出現下切,橋梁樁基部分暴露于河水當中,受到常年的河水沖刷而出現病害;(2)大橋樁基在施工過程中位于河床以下,混凝土澆筑過程中無法完整監管澆筑過程,存在露筋、混凝土破損等缺陷,河床下切后缺陷得以被發現。

2 玻纖套筒比較優勢

根據西江大橋水下樁基病害的具體情況及分析的原因,經結構驗算可初步了解其病害特點:(1)病害總體輕微,尚未對橋梁結構造成安全性影響;(2)病害均集中于水面以下,未采取圍堰等工程措施的情況下無法單獨對病害進行修補;(3)以上病害導致樁基礎出現一定程度的縮徑,雖經驗算尚滿足要求,但影響橋梁耐久性。

鑒于以上病害特點,考慮以外包混凝土處理和修復病害,同時解決樁基礎縮徑的問題,提升水下樁基的耐久性及橋梁結構的安全性。常用的外包混凝土主要有三種方案:(1)安裝鋼套筒后灌注混凝土修復;(2)對水下樁基部分進行鋼護筒圍堰、直埋鋼筋外包混凝土面;(3)外包玻纖套筒后灌注灌漿料加固。根據施工難度、交通影響、施工工期、施工造價等情況對三種方案進行比選,詳見下頁表1。

由表1可知,從結構安全性、加固有效性、耐久性及施工便利性、造價等綜合考慮,鋼套筒加固造價較高、防腐性與耐久性較差;圍堰后外包混凝土加固措施復雜、造價高、長時間影響航道;而玻纖套筒加固技術工藝簡單、工期短、造價低,雖防撞性能較差,但該橋梁設置有航道燈、防撞墩等防撞保護設施,該技術的防撞性能無須過多考慮,總體優于其他方案,因此采用玻纖套筒加固技術較為適當。

根據原設計地質、圖紙資料,考慮樁基保護層失效情況下,對該樁基加固前后進行承載能力計算對比,在樁基病害發展位置外包5 mm玻纖套筒后,灌注水下環氧灌漿料、水泥基灌漿料進行加固,加固部位樁基直徑增大10 cm,加固后承載能力計算樁基承載能力明顯提升,有較高富余,最大裂縫寬度減小(見表2)。

表2 承載能力驗算結果表

3 工藝簡介

3.1 材料要求

玻纖套筒由玻璃纖維和聚合樹脂材料加工而成,聚合樹脂應添加穩定劑以防止紫外線影響下導致的過快老化,抗拉強度應>400 MPa且各向均勻。灌漿料應具有流動性、微膨脹、不離析、不泌水、硬化快、早期強度高等性能特點,灌漿料中氯離子總量不應超過膠凝材料質量的0.06%。采用水下環氧灌漿料封底,水下水泥基灌漿料包裹橋墩。其中水下環氧灌漿料抗壓強度應>80 MPa,水下水泥基灌漿料初始流動度應>25 s,抗壓強度應>15 MPa。

3.2 施工流程

玻纖套筒施工流程大體可分為三個階段:準備階段、套筒安裝階段、灌漿料灌注階段。主要施工流程詳見圖1。

圖1 玻纖套筒主要施工流程圖

套筒安裝階段有兩個要點需重點控制:(1)控制好玻纖套筒與樁基間距的均勻性,保證灌漿厚度;(2)采用可壓縮密封條、水下環氧封口膠等封閉鎖扣槽與玻纖套筒底部,保證密封效果、不漏漿。

灌注階段需先灌注20 cm水下環氧灌漿料,待固化后確認套筒內液面的標高與外水位存在穩定高差,確保底部密實;其后灌注水下水泥基灌漿料,潛水員實時檢查灌漿料注入情況,出現堵塞或空鼓時,對注入灌漿管進行調整或在套筒外壁進行震動,使灌漿料填充密實。

4 存在問題及解決思路

受限于水下施工與隱蔽施工,灌注水下水泥基灌漿料過程控制難度較大,容易出現堵塞、松散、漏漿等問題。為保證施工質量,實現加固部位樁基直徑增大10 cm的效果,建議采取以下措施:

(1)施工過程中應控制水泥基灌漿料用量,保證用量不低于理論用量的95%。

(2)潛水員應采用燈照做好檢查及震動,確保灌漿料填充密實。

(3)采取有效措施保證套筒密封,尤其采用液面檢查確認密封成果。

(4)按要求拌和水下水泥基灌漿料,保證材料無結塊、流動度滿足要求。

5 結語

西江大橋水下樁基因其病害較輕,采用玻纖套筒加固,施工工期短、工程造價低,玻纖套筒外包灌漿后不需要拆除套筒,具有較好的防腐蝕性和耐久性,有效提升了樁基承載能力。其作為一種快速施工技術,無須圍堰,直接水中作業、工藝簡單,是一種新型的橋梁水下樁基加固技術,使用該技術工藝和材料,可提高橋梁維修加固技術水平,促進高速公路養護行業的發展,在橋梁工程維修加固中具廣闊的應用前景。