水下樁基病害檢測及玻纖套筒加固方法

周武軍,楊小藝

(廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司沿海高速公路分公司,廣西 欽州 535009)

0 引言

橋墩樁基作為橋梁的主要受力構(gòu)件,對橋梁的承載能力和運營安全起到?jīng)Q定性作用。水下樁基由于施工難度大,且容易受到水流沖刷、海水腐蝕、潮汐等因素的影響而出現(xiàn)病害。樁基病害嚴(yán)重時將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全,需要進(jìn)行詳細(xì)的病害檢測和承載能力評估,并針對性進(jìn)行橋梁樁基病害維修加固。本文以實際項目為背景,開展了對水下樁基檢測評估和加固方案的研究比選,總結(jié)了3種維修加固方法的優(yōu)缺點,研究采用玻纖套筒加固技術(shù)進(jìn)行本項目水下樁基病害加固,詳細(xì)論述了該加固方法的施工工藝,并給出其檢查驗收標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

西江大橋是位于廣西壯族自治區(qū)欽州市G7511線欽州至東興高速公路(欽州至防城港段)上的一座跨河梁橋。欽州至防城港段于1997年10月通車,2016年11月欽州至防城港段開工進(jìn)行“四改八”改擴(kuò)建,左幅橋(左幅橋梁水下基礎(chǔ)為舊橋利用部分結(jié)構(gòu))為改擴(kuò)建,右幅橋為新建。2021年水下樁基檢測發(fā)現(xiàn)部分樁基存在嚴(yán)重病害,對橋梁樁基進(jìn)行承載能力評定,并開展水下樁基專項加固設(shè)計和施工。

2 水下樁基檢測評定結(jié)果

該橋于2021年開展了水下基礎(chǔ)的專項檢測,檢測結(jié)果表明,左幅L2-1#、L2-2#、L3-1#、L3-4#、L4-1#共5根樁基存在較為嚴(yán)重的空洞、露筋病害,造成了樁基截面的削弱,降低了橋梁原有承載能力。

根據(jù)業(yè)主提供的原設(shè)計地質(zhì)、圖紙資料,考慮樁基保護(hù)層失效情況下,對病害較嚴(yán)重的L3#樁基進(jìn)行了承載能力計算。計算表明橋梁目前的承載能力仍符合設(shè)計荷載等級要求,詳見表1。

表1 樁基承載能力計算結(jié)果表

3 原因分析及維修加固方案比選

該橋樁基主要病害為樁基空洞露筋、沖蝕,其主要原因為施工質(zhì)量控制不當(dāng)及流水沖刷所致。為了消除安全隱患,保證結(jié)構(gòu)的長期安全和耐久性,恢復(fù)樁基原有的狀態(tài),滿足橋梁養(yǎng)護(hù)要求,對存在較嚴(yán)重病害的5根水下樁基進(jìn)行維修加固。設(shè)計方案比選見表2。

表2 改造方案比選一覽表

從結(jié)構(gòu)安全性、加固有效性、耐久性及施工便利性綜合考慮,推薦采用方案一。在樁基病害發(fā)展位置用外包5 mm玻纖套筒后,灌注水下環(huán)氧灌漿料、水泥基灌漿料進(jìn)行加固,加固部位樁基直徑增大10 cm,采用玻纖套筒加固后,樁基承載能力明顯提升,有較高富余,最大裂縫寬度減小。詳見表3和圖1。

(a)L2-1#、L2-2#、L3-1#、L3-4#樁基 (b)L4-1#樁基

表3 加固后承載能力驗算結(jié)果表

4 玻纖套筒水下加固方法

玻纖套筒水下加固方法,又稱“夾克法”,該方法防腐性和耐久性優(yōu)良,且可以在水下施工,具有很好的經(jīng)濟(jì)性,因此,在對水下混凝土構(gòu)件表觀缺陷等修復(fù)和結(jié)構(gòu)維修加固方面有較好的應(yīng)用[1]。詳見下頁圖2。

圖2 橋梁水下樁基采用玻纖套筒水下加固方法示意圖

玻纖套筒水下加固方法的優(yōu)點:(1)高強耐腐蝕,無須維護(hù);(2)各自材料之間的粘結(jié)強度高,適用性廣;(3)耐化學(xué)腐蝕、耐電解侵蝕;(4)耐復(fù)雜環(huán)境變化;(5)材料可水下施工,無須圍堰,且適用于淡水、海水等各種環(huán)境;(6)施工對現(xiàn)有交通影響小;(7)施工方法多樣,可人工灌注或泵送;(8)工廠預(yù)制現(xiàn)場加工相結(jié)合,適應(yīng)性強。

5 水下玻纖套筒加固施工工藝[2]

5.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作包括:(1)進(jìn)行現(xiàn)場勘查并制定詳細(xì)的實施方案,擬定工作計劃;(2)準(zhǔn)備人力、材料及設(shè)備;(3)檢查人員、設(shè)備及材料,包括核實人員技術(shù)水平、設(shè)備的工作狀態(tài)以及材料性能指標(biāo),確保安全可靠。

5.2 開挖砂礫混卵石層

L2-1#、L2-2#、L3-1#、L3-4#樁基玻纖套筒加固范圍為樁基頂至砂礫混卵石層以下50 cm,故需安排潛水員下挖砂礫混卵石層50 cm,玻纖套筒加固后拋石回填。開挖過程中應(yīng)做好支護(hù)措施。

5.3 基面處理

基面需經(jīng)過鑿毛并清理干凈。潛水作業(yè)清理過程可使用高壓水槍或其他施工器械,為保證基面與灌漿料的粘結(jié)性能,需要徹底清除樁基表面的污物,包括疏松的混凝土、鋼筋表面銹蝕、樁基表面泥漿、水生物等。同時,對存在的鋼筋銹蝕,應(yīng)采用有效手段,如鋼絲刷對銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹和清理。

5.4 安裝套筒施工

根據(jù)設(shè)計要求,裁剪合適尺寸的玻纖套筒。按照水下環(huán)氧灌漿料的使用說明書配制并進(jìn)行底部灌注,待環(huán)氧灌漿料固化以后(23 ℃,約8 h)再進(jìn)行下一步工序。按照使用說明規(guī)定的水:水下水泥基灌漿料(粉料)的比例計算所需的用水量。推薦使用自來水或飲用水,一般分兩次加水,第一次加入2/3的水,使用電動攪拌設(shè)備,攪拌至顏色均勻,無干粉、結(jié)塊,再加入剩余的水。

內(nèi)部灌漿料和頂部灌漿料采用不同的材料。內(nèi)部材料為水下水泥基灌漿料;頂部材料為水下環(huán)氧灌漿料。在灌注施工過程中,需在水下水泥基灌漿料初步固化后,才能用封頂膠進(jìn)行頂部密封。待灌漿料完全固化后,方可拆除緊固帶,施工完成。

6 檢查和驗收

采用套筒加固施工時,環(huán)氧灌漿材料封閉在玻纖套筒內(nèi)部,施工過程中,無法直接觀測材料的密實情況,材料的固化難以直接確認(rèn);施工完成后,也難以采用無損檢測方法進(jìn)行現(xiàn)場檢測;如采用破損檢測進(jìn)行取樣檢測,則會破壞系統(tǒng)的整體性和耐久性。目前,對此類維修加固后的檢測驗收,尚無明確的驗收檢測方法和評定標(biāo)準(zhǔn),難以直接通過施工后的檢測評價加固效果。因此,在采取此類方法進(jìn)行維修加固時,為了保證工程質(zhì)量,需要加強材料檢驗和過程控制:(1)應(yīng)在使用前對材料性能進(jìn)行核對,可送具備檢測資質(zhì)的單位,對材料的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測和試驗,包括對材料的流動性、材料強度、耐腐蝕、凍融、抗疲性能等方面的指標(biāo)檢測;(2)對于每批材料,應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境的模擬試驗,確認(rèn)其實際的固化時間;(3)現(xiàn)場檢測、實測項目可參考表4進(jìn)行,以控制施工質(zhì)量。

表4 建議水下玻纖套筒加固法實測項目表

7 結(jié)語

通過水下玻纖套筒加固,西江大橋水下樁基病害得以及時修復(fù),承載能力得到提高,橋梁的安全性和耐久性得到保障。隨著水下玻纖套筒加固技術(shù)的日益成熟,將大大降低水下樁基維修加固的難度和成本,水下樁基的專項檢測與維修也可作為橋梁養(yǎng)護(hù)檢查和維修中一項常規(guī)內(nèi)容定期進(jìn)行。