水下混凝土樁基表面保護(hù)處理措施

張佑明，李 焰

（1.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)國(guó)際工程有限公司，北京，100022；2.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，湖北宜昌，443002）

水下混凝土樁基表面保護(hù)處理措施

張佑明1，李 焰2

（1.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)國(guó)際工程有限公司，北京，100022；2.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，湖北宜昌，443002）

某工程水下混凝土樁基采用鉆孔灌注嵌巖樁設(shè)計(jì)。運(yùn)行多年后經(jīng)檢查，因樁基附近的河床被水流沖刷、掏空，不僅使基樁承受一定的側(cè)壓力造成基樁處于不利的受力狀態(tài)，且造成樁基表面混凝土剝落、露筋及鋼筋銹蝕等病害。為保證長(zhǎng)久安全運(yùn)行，經(jīng)比選，采用鋼模保護(hù)、澆注聚合物混凝土處理措施。筆者擬就保護(hù)處理技術(shù)措施進(jìn)行介紹，供同類工程借鑒。

樁基；保護(hù)處理；PBM混凝土；澆注

1 概述

湖北某橋全長(zhǎng)605 m，下部共有墩、臺(tái)2×17個(gè)。根據(jù)地質(zhì)和受力要求，除橋臺(tái)外其余各墩均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，全部為嵌巖樁。

運(yùn)行多年后檢查，坐落在河心段的一部分樁基因河床被水流沖刷、掏空，不僅基樁承受一定的側(cè)壓力使基樁處于不利的受力狀態(tài)，而且造成樁基表面混凝土剝落、露筋及鋼筋銹蝕等病害。為保證安全運(yùn)行，決定對(duì)樁基進(jìn)行水下保護(hù)性加固處理。

2 設(shè)計(jì)驗(yàn)算及保護(hù)處理方案

考慮樁基因周圍土層流失對(duì)地基承載能力帶來(lái)的影響，以及對(duì)樁身強(qiáng)度及穩(wěn)定性的折減等，設(shè)計(jì)進(jìn)行了地基承載力校核、樁身強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核、樁基水平抗力等計(jì)算。

計(jì)算結(jié)論：地基承載能力、樁身強(qiáng)度及穩(wěn)定性、樁基水平抗力均滿足原設(shè)計(jì)要求，安全儲(chǔ)備折減相對(duì)較小，因此只需對(duì)樁基外表進(jìn)行外包式保護(hù)加固即可，具體方案如下。

沿樁基四周下挖1 m，樁基外采用4～6 mm圓形鋼板（兼模板）外包，樁基與鋼模板間澆注混凝土，混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于6 cm，如圖1所示。當(dāng)厚度大于10 cm時(shí)，應(yīng)考慮敷設(shè)鋼筋網(wǎng)。

圖1 水中樁保護(hù)處理措施示意圖Fig.1 Schematic drawing of the treatment of the underwater pile

3 材料選擇

樁基與鋼模板間澆注的混凝土由于需在水下澆注，因此必須采用水下不分散混凝土。水下不分散混凝土是將以絮凝劑為主的抗分散劑加入新拌混凝土，通過(guò)絮凝劑的高分子長(zhǎng)鏈的“橋架”作用，使拌和物形成穩(wěn)定的空間柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高新拌混凝土的粘聚力，限制新拌混凝土的分散、離析以及避免水泥流失，并能在水下自流平、自密實(shí)，形成優(yōu)質(zhì)的、均勻的混凝土。

根據(jù)本工程特點(diǎn)，當(dāng)保護(hù)層混凝土厚度大于10 cm時(shí)需敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，敷設(shè)鋼筋不僅加工麻煩而且水下綁鋼筋難度更大，工期不能保證；厚度小于10 cm時(shí)又需在狹小的水下空間內(nèi)澆注混凝土，且混凝土不可震搗、不可泵送，其混凝土的流動(dòng)性必須要好，要有自流平、自密實(shí)的特點(diǎn)。因此經(jīng)比選，采用了一種PBM聚合物混凝土。

PBM聚合物混凝土是以PBM樹(shù)脂為粘結(jié)劑，將其與骨料（石子、砂、水泥）固結(jié)而成的混凝土。它具有高分子材料和無(wú)機(jī)材料的綜合性能，可在水中快速固化，力學(xué)強(qiáng)度高。由于樹(shù)脂不溶于水，又賦予包裹的骨料具有很高的粘稠性，因此拌和料在水中不分散。施工時(shí)可不需導(dǎo)管，直接經(jīng)過(guò)幾十米的水層澆入水中，澆注后不需震搗，即可形成自流平、自密實(shí)的水下聚合物?？蓪?duì)水下混凝土缺陷進(jìn)行薄層、大體積和快速的修補(bǔ)。其性能指標(biāo)見(jiàn)表1。其特點(diǎn)如下：

表1 PBM混凝土主要性能指標(biāo)Table 1 Main properties of the PBM concrete

（1）可在水中快速固化，固化時(shí)間可在十幾分鐘至數(shù)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)；

（2）在水下不分散、不離析，可不需導(dǎo)管，直接澆入水下處理部位；

（3）不需震搗，可自流平、自密實(shí)；

（4）水下混凝土的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)較高；

（5）可在水下進(jìn)行以厘米計(jì)的薄層修補(bǔ)，并可進(jìn)行垂直立面的立模澆注；

（6）與金屬粘結(jié)牢固，可對(duì)水下金屬管道進(jìn)行快速修補(bǔ)處理。

4 保護(hù)處理施工

4.1 施工方案比選

根據(jù)本工程PBM聚合物混凝土澆注特點(diǎn)，為求能在干地施工，首先比選了鋼板樁方案。工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 鋼板樁施工流程圖Fig.2 Construction process of the steel plate pile

鋼板樁自身強(qiáng)度高，容易打入堅(jiān)硬土層，可在淺或深水中施工，必要時(shí)加斜支撐成為一個(gè)圍籠。防水性能好，能按需要組成各種外形的圍堰，并可多次重復(fù)使用。但本工程量小、工期短，采用該方案工藝復(fù)雜，造價(jià)高，因此該方案不適用。

其次，比選了潛水員水下作業(yè)方案，即潛水員在水下進(jìn)行鋼模安裝、澆注等工作。該方案的缺點(diǎn)是不能在干地施工，但優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，有利于搶工期，可采用。

4.2 保護(hù)處理施工

工藝流程如圖3。

圖3 保護(hù)處理施工工藝流程圖Fig.3 Process of the protection treatment

（1）開(kāi)挖、鑿毛施工。采用百噸級(jí)潛水工作船，上置挖機(jī)對(duì)水下2～3 m深的堆積物進(jìn)行開(kāi)挖清理，清理不到的部位采用氣升式清淤裝置由潛水員在水下進(jìn)行除泥清理。若有大石塊，人工裝入吊籃移出作業(yè)區(qū)，同時(shí)用高壓水槍配合清理。堆積物清理完畢后，樁柱面由施工人員和潛水員用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿毛處理，并將柱面風(fēng)化層清理干凈，因樁柱為水下灌注樁，成樁時(shí)樁徑會(huì)有不規(guī)則情況，發(fā)現(xiàn)樁徑偏大或不規(guī)則情況時(shí)，則修整至不影響鋼模安裝。

（2）鋼模安裝。鑿毛處理完成后進(jìn)行鋼模安裝，鋼模加工成兩個(gè)半圓，利用工作船吊裝至待保護(hù)基樁，水位條件允許則在水面進(jìn)行安裝拼接后放至基樁底部；水位條件不允許則由潛水員在水下完成拼接，并封好底部，堵住外圍。

（3）PBM聚合物混凝土澆注。

根據(jù)施工時(shí)的氣溫、砂石料的粒徑、允許施工時(shí)間等情況先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以合適的稠度和固化時(shí)間來(lái)確定各組份的比例及促進(jìn)劑和引發(fā)劑的用量。凝固時(shí)間以不超過(guò)60 min為宜。聚合物混凝土參考配比（重量比）見(jiàn)表2。

拌和：首先將砂、石、水泥等骨料按比例干拌均勻，待用；然后按A:B=10:1的比例將樹(shù)脂混合均勻，再加入促進(jìn)劑攪拌均勻，最后加入引發(fā)劑，拌勻即成為樹(shù)脂組份；將配制好的樹(shù)脂組份立即倒入骨料中，拌和均勻。

表2 聚合物混凝土參考配比（重量比）Table 2 Mix proportion of the polymer concrete

澆注：采用強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)，由底開(kāi)門(mén)的吊罐進(jìn)行澆注；對(duì)水深大于30 m的混凝土修補(bǔ)，在陸上拌料，通過(guò)水中導(dǎo)管，直接澆注；對(duì)立面或斜面的處理，須立模后澆注。

在鋼護(hù)筒頂部呈對(duì)角開(kāi)兩個(gè)20 cm×60 cm的進(jìn)料口，澆筑時(shí)兩個(gè)進(jìn)料口同時(shí)澆筑。澆筑過(guò)程中，密切注意是否有泄漏情況，若遇泄漏，潛水員隨時(shí)進(jìn)行水下封堵處理，確保其澆筑質(zhì)量，防止跑模。澆筑完畢后，由潛水員攜帶水下攝像機(jī)對(duì)澆筑部位進(jìn)行水下檢查。

在PBM混凝土澆筑開(kāi)始30 min到結(jié)束前隨時(shí)取樣。同強(qiáng)度、同工藝的構(gòu)件至少取一組標(biāo)準(zhǔn)條件試塊。試塊取樣、入模、成型后由潛水員帶入工作部位放置7 d。7 d后提取試塊送至檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè)。

拌和用的砂、石等骨料必須干燥（含水量宜小于1%）。一定要先將骨料拌勻后再開(kāi)始配制樹(shù)脂，且拌好的樹(shù)脂組份必須立即倒入骨料中拌和，以免因樹(shù)脂快速固化而導(dǎo)致混凝土來(lái)不及拌制。促進(jìn)劑加入樹(shù)脂后，必須先攪勻，再加引發(fā)劑，以免引起劇烈反應(yīng)。

（4）澆注完成后進(jìn)行水下河床地形測(cè)量。根據(jù)測(cè)量資料進(jìn)行水下拋塊石護(hù)樁。拋石要求不高于原河床頂面高程，以免影響河道交通。

5 結(jié)語(yǔ)

施工完成，通過(guò)水下敲擊檢查，混凝土無(wú)脫空現(xiàn)象，鋼模相對(duì)樁基居中，保證了聚合物混凝土的厚度基本一致，且與樁基粘結(jié)牢固。

總之，樁基通過(guò)以上的保護(hù)措施處理，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，經(jīng)河水多年再?zèng)_刷，鋼模和PBM混凝土完好無(wú)損。但拋石一項(xiàng)，每年還需例行檢查，發(fā)現(xiàn)掏空時(shí)需及時(shí)補(bǔ)拋。 ■

The underwater concrete pile of a project was designed as bore pouring rock-socketed pile. After years of operation,it was found that the river bed was scoured and the side pressure on the pile was unfavorable.As well,the concrete scaling,bare bar and corrosion was caused.For safe operation, steel formwork for protection and pouring of polymer concrete was adopted.The paper introduced the protection treatment,for reference.

pile;protection treatment;PBM concrete;pouring

TV698.2

B

1671-1092（2014）04-0058-03

2014-06-03

張佑明（1970-），男，湖北宜昌人，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事水電工程建設(shè)施工管理工作。

Title:Protection measures for the pile surface by underwater concrete//by ZHANG You-ming and LI Yan//China Gezhouba Group International