水下玻纤套筒在引江济淮工程桥梁加固中的应用

董党 卫振 王华震 史静静

摘 要：引江济淮工程为国务院要求加快推进的172项重点工程之一，也是河南省十大水利工程之首，河道沿线桥梁涉及较多。通过查看引江济淮工程（河南段）的现状桥梁桩基，本文对比分析了不同桥梁桩基加固的处理方法。研究发现，玻纤套筒技术在处理桥梁桩基时能够加快施工进度，并能很好地克服水下环境的影响，为类似工程施工提供一定的借鉴经验。

关键词：玻纤套筒;桩基加固;水下环境

中图分类号：U445.7文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）09-0085-03

Abstract： The project of diversion from the Yangtze River to the Huaihe River is one of the 172 key projects that the State Council requires to speed up， which is also the first of the ten major water conservancy projects in Henan Province， and there are many bridges along the river. By looking at the current bridge pile foundations of the River Diversion Project （Henan Section）， this paper compared and analyzed the treatment methods of different bridge pile foundations. The study found that the glass fiber sleeve technology can speed up the construction progress when dealing with bridge pile foundations， and can well overcome the impact of the underwater environment， providing a certain reference experience for the construction of similar projects.

Keywords： glass fiber sleeve;pile foundation reinforcement;underwater environment

引江濟淮工程是历次淮河流域综合规划和长江流域综合规划中明确提出的由长江下游向淮河中游地区跨流域补水的重大水资源配置工程。按工程地段所在位置、受益范围和主要功能，引江济淮工程自南向北划分为引江济巢、江淮沟通、江水北送三大组成部分。引江济淮工程（河南段）属于江水北送的一部分，对于河南省水效益发挥具有重大战略意义，本工程包含的清水河通过疏浚开挖现有河道满足输水流量要求，清水河输水线路总长为47.46 km。受河道河底高程影响，人们需要进行规划疏浚，导致沿线桥梁下部结构的桩基显露，显露桩基部位面临河道冲刷的问题。但是，沿线涉及桥梁众多，涉及桥梁质量状态较好，拆除重建会造成工程投资浪费，人们需要及时加固受影响的桥梁桩基并采取相应的预防性措施，这是消除结构安全隐患的重要保障[1]。

1 现状桥梁危害分析

现状河道需要进行规划疏浚，导致清水河全部桥梁桩基显露，经部分河道开挖后，桩基存在较多混凝土剥落及露筋情况（见图1），若不及时处理，将造成不可估量的安全隐患。下面将对桥梁存在的问题进行分析，涉及的桥梁多联通附近村庄、城镇，人们需要寻找一种更为快捷、安全、有效的施工技术。

1.1 桩基承载力降低

经河道疏浚，桩基外露面增大，钢筋、水、空气形成恶性循环反应后，混凝土将进一步剥落，露筋部位进一步腐蚀，将造成桩基的承载力降低。

1.2 桩基发生挠曲

清水河设计流量为40 m3/s，桩基处于河道中，随着河流的不断冲刷，桩基必将受到水流的水平冲击力影响。当水平作用力达到一定值时，桩基将发生挠曲。

1.3 桩基发生偏移

桩基发生偏移的主要原因是桩基有效桩长减小。疏浚开挖造成桩身裸露，桩基与土体之间的摩擦力降低，极易造成桩基发生偏移。

2 水下玻纤套筒加固技术与传统工艺的对比

受河道河底高程影响，本工程需要进行规划疏浚，导致沿线桥梁下部结构的桩基显露。显露桩基部位面临河道冲刷的问题，危及结构安全，大大缩短桥梁的使用寿命。另外，交通量不断增大，重型车辆增加，超载现象严重，超限运输频繁出现，因此旧桥的检测和加固非常迫切[2]。

2.1 传统的桥梁桩基加固方法

目前，传统的桥梁桩基加固方法主要有4种。一是增大截面加固法。它是指在原有的桩基上重新增加钢筋绑扎和浇筑混凝土，使得桩基的截面增大，增强桩基承载力。二是粘贴钢板加固法。顾名思义，就是在桩基周围利用粘贴剂将钢板固定到桩基上，使得钢板和桩基合为一个整体，起到加固效果。另外，钢板具有一定的挠度，对于抗弯要求的构件尤为有效。三是粘贴纤维片材加固法。这种方法与粘贴钢板加固法的原理相同的，其充分利用片材的特性，纤维片材具有抗弯性能好、质量轻、强度高、抗腐蚀性强、寿命长的特点，施工操作安全便捷。四是体外预应力加固法。它是指在桥梁桩基周围增加预应力钢撑杆及拉杆支撑桥面，大大提高桥面底部支撑力。这种技术可以增强桩基的承载力，抵消部分桥面恒载，并具有抗疲劳特性，对桥面竖向裂缝的产生有较好的控制效果[3]。

传统加固工艺工期长，成本高，必须在干地环境下施工，施工期间需要断行，未来可能需要对墩柱进行重复维修[4]。引江济淮工程（河南段）清水河涉及较多需要处理的桥梁，而桥梁为当地交通必经之路，基于以上要求，人们急需探寻一种水下施工、质量有保证、施工快捷的施工技术。

2.2 水下玻纤套筒加固技术

水下玻纤套筒加固技术是针对桥梁墩柱进行加固的一种新型工艺，可以对存在稳定性问题的桥梁墩柱进行有效加固。该技术施工快捷，无须修筑围堰，并且可在水下作业。水下玻纤套筒加固技术在引江济淮施工中主要有三大特点。

2.2.1 可水下施工。玻纤套筒加固技术所采用的环氧灌浆料可在水下施工，同时施工时可自流平，不离析，并具有较好的粘接力。另外，该技术无须修筑围堰，在保证施工质量的同时，可大大提高施工速度。

2.2.2 材料防腐性较好。环氧灌浆料为高分子聚合物，有高强度的防腐蚀作用，可应对水质碱性和酸性腐蚀。另外，玻纤套筒对化学反应表现出惰性，对碱性和酸性物质也具有较好的抗性。

2.2.3 耐久性强。引江济淮工程（河南段）属于北方区域，四季明显，存在干湿、冻融等环境影响因素。环氧灌浆材料及玻纤套筒抗环境变化的能力强，其适用于该地区。

3 技術参数要求

本工程采用的桩基加固材料有玻璃纤维套筒、环氧灌浆料（按比例配置）、水下环氧封口胶（CMSR）、水下环氧封顶胶（CUCR）、密封条、紧固带和不锈钢钉等。其加固截面示意图如图2所示。玻纤套筒性能指标如表1所示，水下环氧封口胶（CMSR）性能如表2所示，水下环氧封顶胶（CUCR）性能如表3所示。

4 水下玻纤套筒加固技术施工过程

玻纤套筒加固的基本步骤为：现场调查→处理待加固构件表面→玻纤套筒安装→玻纤套筒安装→拌制并灌注水下环氧灌浆料→封顶胶封顶→固化。

4.1 现场调查

现场进行排查，根据设计图纸要求进行现场疏浚开挖，对桥梁底部疏浚开挖后的断面进行调查及测量（包括河底底部高程、桩基外露情况、地层等因素），以便调整桥梁桩基加固方案。排查时，应仔细检查所需加固桥梁每根桩基的现状情况及周围环境，对每座桥梁的桩基进行现场量测，明确每座桥梁桩基所需玻纤套筒的长度及直径，达到物尽其用的目的。

4.2 处理待加固构件表面

河道疏浚开挖后，外露的待加固桥梁桩基表面应进行清理。桥梁桩基长期处于水下环境中，受到水流冲刷，表面附着的杂物、锈蚀、水生物等应清理干净。对于桩基表面存在的影响桩基强度的破损面，应进行表面凿毛处理，将破损处凿毛至新鲜混凝土为止。另外，查看桩基表面是否有露筋现象，若出现露筋现象，应进行钢筋补强加固或者除锈处理，补强钢筋应采用不小于原直径的钢筋进行焊接处理。

4.3 玻纤套筒的安装

根据现场桩基调查结果，将符合现场要求尺寸的玻纤套筒运送至施工工作面，并检查玻纤套筒外观是否存在缺陷，待现场监理验收合格后方可使用。玻纤套筒安装前，首先将可压缩密封条紧紧固定在玻纤套筒底部，固定完成后，应检查可压缩密封条的密闭性和牢固性，避免灌注水下环氧灌注料时出现灌注料漏失而影响加固效果。待密封条加固合格后，在玻纤套筒上、下两端安装限位器，限位器可使桩基加固时桩基与玻纤套筒之间的间隙均匀一致，在灌注完灌注料后能够保证灌注料包裹桩基的厚度一致，可使玻纤套筒与桩基更好地结合为一个整体。安装完玻纤套筒上、下限位器后，在套筒底部均匀灌注CMSR水下环氧封口胶，然后撑开玻纤套筒，包裹住桩基，经待加固区域玻纤套筒精确定位，采用紧固带临时固定套筒，紧固带每条之间的间隔不大于1 m，玻纤套筒节段间的衔接长度为15 cm。

4.4 拌制并灌注水下环氧灌浆料

水下环氧灌浆料分为三种料（料1、料2、料3），现场根据料1∶料2∶料3=2.5∶1.0∶9.0的比例进行拌制，添加先后顺序分别为料1、料2、料3，添加完后，采用拌和器充分搅拌，直至颜色均匀。现场随用随拌，一次拌和不宜超过30 kg。拌和完成后，将拌和料匀速灌入玻纤套筒内，灌注时采用分层灌注法，每次灌注高度为15 cm，每层灌注间隔8 h，以便灌浆料充分固化。由于该技术在水下环境施工，灌注时玻纤套筒内存有水分，灌注完成后，灌浆料将套筒内的水分充分挤压出来，直至灌浆料距离玻纤套筒顶部1～2 cm处，停止灌注。

4.5 使用封顶胶封顶

水下灌注料灌注完成并待其固化后，在玻纤套筒顶部采用CUCR水下环氧封顶胶进行封顶。在涂抹封顶胶时，宜在玻纤套筒顶部抹一个斜坡状，增加封顶胶的稳固性和密封性。

4.6 固化

上述工序完成后，经过24 h，水下环氧灌浆料便可完成固化，这时便可取下临时紧固带，完成此次桩基玻纤套筒加固工作。

5 结语

引江济淮工程是国务院要求加快推进的172项重点工程之一，也是河南省十大水利工程之首，沿线河道涉及桥梁较多，重复修建投资大，不能充分发挥其剩余社会价值，另外，桥梁处于联通两岸村庄、城镇的必经之路，桥梁的安全性尤为重要。传统桥梁桩基加固方法工期长，成本高，人们急需寻找一种快速施工技术应用到现场施工，引进新型桥梁加固技术势在必行。水下玻纤套筒加固技术无须修筑围堰，并且可在水下作业，节约工期，降低施工成本，是一种新型的水下构筑物加固技术，在水利工程施工中有着广阔的应用前景。

参考文献：

[1]王全，刘洪瑞，吴冬亮.河床下切对桥梁桩基承载能力的影响及加固[J].城市道桥与防洪，2010（1）：60-63.

[2]陈强，吴才俊.桥梁病害加固技术探讨[J].现代交通技术，2011（3）：45-47.

[3]练广龙，吴泳钿.桥梁水中桩桩基加固应用研究[J].低温建筑技术，2014（5）：133-134.

[4]肖勇辉.水下玻纤套筒加固技术研究[J].城市道桥与防洪，2017（7）：146-149.