包茂高速公路橋梁樁基病害加固處治設計分析

尹云廳

摘要 運營中的高速公路涉水橋梁樁基受河水或山坡雨水侵蝕和沖刷影響，極易發(fā)生沖刷病害，出現(xiàn)樁基縮頸，露筋等現(xiàn)象，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的耐久性，也削弱了樁基的承載能力。文章結(jié)合包茂高速公路橋梁樁基出現(xiàn)的病害，分析了樁基受損后的承載能力，針對不同的病害類型，提出了兩種樁基加固處治方式，可以為類似工程提供參考借鑒。

關鍵詞 高速公路；樁基病害；耐久性；加固處治

中圖分類號 U443.15文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0111-03

0 引言

運營中的橋梁在荷載、溫度變化、雨水侵害等作用下逐漸出現(xiàn)各類病害，導致外部結(jié)構(gòu)的美觀性受到影響，同時還對行車舒適性和安全性構(gòu)成威脅。水流對橋梁結(jié)構(gòu)基礎的沖刷破壞是造成橋梁破壞的重要因素，特別是山區(qū)橋梁工程的樁基礎在水流的沖刷作用下會產(chǎn)生露筋、保護層厚度不足等現(xiàn)象，影響樁承載能力[1]。為確保橋梁承載能力滿足設計要求，研究分析了水流沖刷對山區(qū)橋梁樁基的損害，制定防護設計是橋梁工程的重點工作。該文將結(jié)合對包茂高速公路橋梁樁基病害的分析，提出兩種樁基加固處治方式，希望可供類似工程參考借鑒。

1 工程背景

G65包茂高速公路（達陜段）起自陜西境大巴山隧道北口，止于達州徐家壩互通式立交。主線全長139.52 km，雙向四車道，車輛荷載等級為公路-I級，路基寬度24.5 m，設計時速80 km/h，于2012年4月建成通車。最新的橋檢報告顯示，部分位于河流中的橋墩樁基受到不同程度的沖刷，出現(xiàn)樁基縮頸、露筋等病害，對高速公路的運營安全有一定的威脅。

2 摩擦樁基承載能力分析

經(jīng)現(xiàn)場檢查，部分樁基經(jīng)沖刷出現(xiàn)樁底外露情況，其單樁受壓承載力較原設計值減小，為了評價當前沖刷狀態(tài)下摩擦樁的承載力是否滿足使用需求，對部分較不利的摩擦樁進行單樁受壓承載力驗算。該次驗算的基本原則和地基基本參數(shù)取值均嚴格按照《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTG3363—2019）執(zhí)行。摩擦樁承載力驗算結(jié)果如表1所示。

3 樁基加固處治措施

3.1 病害原因及處治必要性分析

受河水或山坡雨水侵蝕和沖刷影響，導致部分樁基出露或河道擋墻破損，為避免樁基截面進一步損傷，導致鋼筋外露銹蝕，削弱樁基承載能力，保障橋梁結(jié)構(gòu)安全，有必要對橋梁樁基進行防護。

3.2 處治原則

從保障結(jié)構(gòu)耐久性的角度出發(fā)，對檢測報告和巡檢發(fā)現(xiàn)的樁基外露病害進行防護設計，確保橋梁結(jié)構(gòu)的運營安全。

若在河流沖刷影響下，河床進一步下切，導致樁基的外露長度超出該次設計采用的基礎數(shù)據(jù)，且結(jié)合設計資料可推斷出樁基的有效埋深不足，應另行立項設計。

3.3 樁基處治方案設計

設計針對委托書所列橋梁中的樁基外露現(xiàn)象，防止橋墩基礎病害進一步發(fā)展。在開展施工圖設計前，提出擴大截面法、鋼護筒法、夾克法[2]進行方案比較。比較內(nèi)容見表2。綜合考慮施工效果、施工周期、施工造價等因素后，針對不同場景，選用鋼護筒法、擴大混凝土截面法作為施工圖設計方案[3]。

3.3.1 鋼護筒法

鋼護筒法實施措施：先認真調(diào)查擬處治的各個橋墩樁基狀況（包括水下樁基截面損失情況、實際水中樁長、現(xiàn)狀河床線），再布設圍堰，圍堰形成及完成開挖后先對樁基表面清理松散混凝土和夾砂夾泥、鑿毛、澆筑墊層混凝土、梅花型植筋、綁扎環(huán)向及豎向鋼筋，再外套一圈鋼管（鋼材選用Q235b鋼材，板厚8 mm，內(nèi)徑比原樁基大40 cm），最后澆筑C30自密實混凝土?？紤]到河床逐步下切的趨勢及樁基現(xiàn)狀較差的實際情況，每個橋墩處治范圍采用：上至樁柱分界線上方2 m，下至現(xiàn)狀河床以下1 m。具體加固設計如圖1所示。

3.3.2 擴大混凝土截面法

擴大混凝土截面法實施措施：先認真調(diào)查擬處治的各個橋墩樁基狀況（包括樁基外露長度、現(xiàn)狀坡面穩(wěn)定情況），先清理樁基表面松散混凝土和夾砂夾泥、鑿毛、立模（內(nèi)徑比原樁基大40 cm），最后澆筑C30自密實混凝土。每個橋墩處治范圍采用：上至樁柱分界線，下至地面線以下1 m。具體加固設計如圖2所示。

3.4 臨時工程

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，池家壩大橋和兩河口大橋部分樁基位于河流中，橋下存在通行空間，可作為臨時便道，鑒于地方環(huán)保要求，涉水施工不能采用土石圍堰，該次涉水樁基防護施工統(tǒng)一考慮在枯水期搭設鋼平臺，布設鋼圍堰施工[4]。其他未處于河流中的受沖刷樁基，可利用旱地進行搭設支架，開展施工作業(yè)。

3.5 交通組織

該次處治樁基的橋梁位于G65包茂高速公路上，橋上交通量較大，為保證處治效果，建議在該工程實施時安排人員加強對橋上交通進行監(jiān)控，采取措施將橋上行車速度限為60 km/h，即處治時在對應橋面設置標志標牌提示過往車輛減速，并安排安全員對橋面交通狀況進行觀測。若橋上發(fā)生擁堵和事故時，應立即停止施工，并準備好相關的交通疏通、事故處理等應急預案。

4 施工要點及注意事項

4.1 混凝土表面清理、鑿毛處理

首先對混凝土構(gòu)件表面進行清理，清理完成后再進行鑿毛?；炷翗?gòu)件表面鑿毛的主要作用是增加混凝土表面與自流平砂漿間的黏結(jié)能力。鑿毛深度不小于10 mm，鑿毛痕的間距為30 mm。鑿毛過程中要輕微細致，選用小號的氣動沖擊錘將混凝土表面浮漿、夾泥及松軟層全部剔除掉，不能把粗骨料剔松散，避免條狀、點坑或坑式鑿毛。鑿毛完成后清除面層浮灰和油漬。若鑿除缺陷混凝土后露出一半鋼筋，需對鋼筋進行除銹和防銹處理，除去浮碴與塵土，并用高壓水沖洗干凈，再采用界面劑涂刷結(jié)合面。

4.2 鋼筋植筋工藝

植筋主要工藝流程：植筋準備→鉆孔→孔洞清理→配膠和注膠→植筋→養(yǎng)護。

4.3 鋼護筒的支護

該次采用的耐候鋼鋼管既作為結(jié)構(gòu)的一部分，也作為施工期澆筑混凝土時的模板。鋼護筒的拼接和支護要求比較高，需堅固和穩(wěn)定。

（1）鋼板切割。耐候鋼材進場后，在材料加工區(qū)完成制作，現(xiàn)場試拼接，確保拼接后尺寸無誤。切割模板前按圖紙及實際測量情況進行放樣。

（2）現(xiàn)場焊接。把加工完成的套筒拉到施工場地進行焊接，焊接工藝需滿足相關規(guī)范要求。

（3）注意預留注漿口和觀察口。澆筑時可采用高位漏斗法分段澆筑，在每段的相對最高點設置注漿口，在保證澆筑質(zhì)量的前提下，在適當?shù)奈恢迷O置觀察口和出氣口。

（4）鋼套筒固定。鋼套筒支護完成后用鋼筋圈形包裹外膜，充分固定，大約間隔50 cm設置一套加固鋼圈，特別需要注意是模板的邊角位置需特殊加強，內(nèi)側(cè)與鋼筋接觸面設置墊塊保證保護層厚度。

（5）檢查與調(diào)整?；炷翝仓傲粲斜Ｗo層，厚度不小于9 cm，檢查墊塊是否有破損，鋼筋是否有外伸部位。更換調(diào)整后進行澆筑。

4.4 混凝土的澆筑

混凝土攪拌時嚴格控制水量的加入，一次攪拌，一次用完?；炷翝仓?，新老混凝土結(jié)合面需要充分濕潤，濕潤完成后留在模板內(nèi)的水要清理干凈。混凝土自吊斗口下落的自由傾落高度不得超過2 m，如超過2 m時采用滑槽注入鋼套筒板內(nèi)；澆筑豎向結(jié)構(gòu)混凝土時，如澆筑高度超過3 m時，采用串筒、導管、溜槽或在鋼套筒側(cè)面開門子洞。

5 結(jié)語

該文針對包茂高速中橋梁出現(xiàn)的樁基縮頸、露筋等現(xiàn)象，提出了使用鋼套筒和外包混凝土法加固樁基，加固效果良好，可用于同類型的病害處治中。由于該次未對樁基的承載能力進行補強設計，處治完成后建議按照《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG 5120—2021）對橋梁進行日常養(yǎng)護，并對橋墩基礎沖刷情況加強巡查，定期檢查應加強處治橋墩處河床沖刷情況及變遷狀況的相關檢查工作。

參考文獻

[1]馬磊. 橋基安全防護技術(shù)研究[D]. 西安：長安大學， 2009.

[2]王磊. 黃土溝谷地區(qū)橋梁樁基加固技術(shù)的應用研究[D]. 西安：長安大學， 2014.

[3]戴瑋， 席進. 山區(qū)橋梁灌注樁常見受沖刷病害處理措施與設計改進[J]. 公路交通科技： 應用技術(shù)版， 2012（4）： 1-3+19.

[4]操川. 高速公路橋梁樁基沖刷加固處理[J]. 交通建設與管理， 2014（18）： 116-117+120.