玻纖套筒加固技術(shù)在橋梁水下樁基耐久性病害修復(fù)中的應(yīng)用

鐘 明

(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

在多年的橋梁樁基加固、養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中發(fā)展出了大量的施工工藝及材料,其中玻纖套筒的應(yīng)用得到更加廣泛的認(rèn)可。鄭萬(wàn)成[1]對(duì)橋梁樁基加固施工技術(shù)進(jìn)行分析,樁基加固技術(shù)有增補(bǔ)樁基加固、擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基自身補(bǔ)強(qiáng)等工法。劉偉杰[2]指出玻纖材料可以在水下施工且無(wú)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(jì)淮工程橋梁加固中的應(yīng)用,認(rèn)為水下玻纖套筒加固技術(shù)無(wú)須修筑圍堰且可降低施工成本。何勇勇等[4]研究發(fā)現(xiàn)在樁基修復(fù)工程中應(yīng)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(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)的橋梁樁基加固技術(shù),進(jìn)一步優(yōu)化了傳統(tǒng)技術(shù)高造價(jià)、工藝復(fù)雜等問(wèn)題,具有廣闊的應(yīng)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(fù)工程為例,研究玻纖套筒加固技術(shù)在橋梁水下樁基耐久性病害修復(fù)中的優(yōu)勢(shì)。

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(nèi),是欽東高速公路G7511主線橋梁,上跨西江,全長(zhǎng)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(jié)構(gòu)采用7×30 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁,下部結(jié)構(gòu)蓋梁拆除新建,橋墩采用四柱式墩,基礎(chǔ)除6#墩為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)外,其余均為樁基礎(chǔ)。

1.2 橋梁水下樁基病害情況及原因分析

2021年橋梁開(kāi)展特殊檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),西江大橋左幅有5個(gè)樁基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)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(zhǎng)期結(jié)構(gòu)安全。經(jīng)分析,以上病害的形成主要有以下幾個(gè)原因:(1)大橋運(yùn)營(yíng)已有25年,所處的河床出現(xiàn)下切,橋梁樁基部分暴露于河水當(dāng)中,受到常年的河水沖刷而出現(xiàn)病害;(2)大橋樁基在施工過(guò)程中位于河床以下,混凝土澆筑過(guò)程中無(wú)法完整監(jiān)管澆筑過(guò)程,存在露筋、混凝土破損等缺陷,河床下切后缺陷得以被發(fā)現(xiàn)。

2 玻纖套筒比較優(yōu)勢(shì)

根據(jù)西江大橋水下樁基病害的具體情況及分析的原因,經(jīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算可初步了解其病害特點(diǎn):(1)病害總體輕微,尚未對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)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(wú)法單獨(dú)對(duì)病害進(jìn)行修補(bǔ);(3)以上病害導(dǎo)致樁基礎(chǔ)出現(xiàn)一定程度的縮徑,雖經(jīng)驗(yàn)算尚滿足要求,但影響橋梁耐久性。

鑒于以上病害特點(diǎn),考慮以外包混凝土處理和修復(fù)病害,同時(shí)解決樁基礎(chǔ)縮徑的問(wèn)題,提升水下樁基的耐久性及橋梁結(jié)構(gòu)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(fù);(2)對(duì)水下樁基部分進(jìn)行鋼護(hù)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(jù)施工難度、交通影響、施工工期、施工造價(jià)等情況對(duì)三種方案進(jìn)行比選,詳見(jiàn)下頁(yè)表1。

由表1可知,從結(jié)構(gòu)安全性、加固有效性、耐久性及施工便利性、造價(jià)等綜合考慮,鋼套筒加固造價(jià)較高、防腐性與耐久性較差;圍堰后外包混凝土加固措施復(fù)雜、造價(jià)高、長(zhǎng)時(shí)間影響航道;而玻纖套筒加固技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)低,雖防撞性能較差,但該橋梁設(shè)置有航道燈、防撞墩等防撞保護(hù)設(shè)施,該技術(shù)的防撞性能無(wú)須過(guò)多考慮,總體優(yōu)于其他方案,因此采用玻纖套筒加固技術(shù)較為適當(dāng)。

根據(jù)原設(shè)計(jì)地質(zhì)、圖紙資料,考慮樁基保護(hù)層失效情況下,對(duì)該樁基加固前后進(jìn)行承載能力計(jì)算對(duì)比,在樁基病害發(fā)展位置外包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,加固后承載能力計(jì)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(jiàn)表2)。

表2 承載能力驗(yàn)算結(jié)果表

3 工藝簡(jiǎn)介

3.1 材料要求

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

3.2 施工流程

玻纖套筒施工流程大體可分為三個(gè)階段:準(zhǔn)備階段、套筒安裝階段、灌漿料灌注階段。主要施工流程詳見(jiàn)圖1。

圖1 玻纖套筒主要施工流程圖

套筒安裝階段有兩個(gè)要點(diǎn)需重點(diǎn)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(huán)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(huán)氧灌漿料,待固化后確認(rèn)套筒內(nèi)液面的標(biāo)高與外水位存在穩(wěn)定高差,確保底部密實(shí);其后灌注水下水泥基灌漿料,潛水員實(shí)時(shí)檢查灌漿料注入情況,出現(xiàn)堵塞或空鼓時(shí),對(duì)注入灌漿管進(jìn)行調(diào)整或在套筒外壁進(jìn)行震動(dòng),使灌漿料填充密實(shí)。

4 存在問(wèn)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(guò)程控制難度較大,容易出現(xiàn)堵塞、松散、漏漿等問(wèn)題。為保證施工質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)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(guò)程中應(yīng)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(yīng)采用燈照做好檢查及震動(dòng),確保灌漿料填充密實(shí)。

(3)采取有效措施保證套筒密封,尤其采用液面檢查確認(rèn)密封成果。

(4)按要求拌和水下水泥基灌漿料,保證材料無(wú)結(jié)塊、流動(dòng)度滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

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(jià)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(shù),無(wú)須圍堰,直接水中作業(yè)、工藝簡(jiǎn)單,是一種新型的橋梁水下樁基加固技術(shù),使用該技術(shù)工藝和材料,可提高橋梁維修加固技術(shù)水平,促進(jìn)高速公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)的發(fā)展,在橋梁工程維修加固中具廣闊的應(yīng)用前景。