包茂高速公路桥梁桩基病害加固处治设计分析

尹云厅

摘要 运营中的高速公路涉水桥梁桩基受河水或山坡雨水侵蚀和冲刷影响，极易发生冲刷病害，出现桩基缩颈，露筋等现象，严重影响了结构的耐久性，也削弱了桩基的承载能力。文章结合包茂高速公路桥梁桩基出现的病害，分析了桩基受损后的承载能力，针对不同的病害类型，提出了两种桩基加固处治方式，可以为类似工程提供参考借鉴。

关键词 高速公路；桩基病害；耐久性；加固处治

中图分类号 U443.15文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0111-03

0 引言

运营中的桥梁在荷载、温度变化、雨水侵害等作用下逐渐出现各类病害，导致外部结构的美观性受到影响，同时还对行车舒适性和安全性构成威胁。水流对桥梁结构基础的冲刷破坏是造成桥梁破坏的重要因素，特别是山区桥梁工程的桩基础在水流的冲刷作用下会产生露筋、保护层厚度不足等现象，影响桩承载能力[1]。为确保桥梁承载能力满足设计要求，研究分析了水流冲刷对山区桥梁桩基的损害，制定防护设计是桥梁工程的重点工作。该文将结合对包茂高速公路桥梁桩基病害的分析，提出两种桩基加固处治方式，希望可供类似工程参考借鉴。

1 工程背景

G65包茂高速公路（达陕段）起自陕西境大巴山隧道北口，止于达州徐家坝互通式立交。主线全长139.52 km，双向四车道，车辆荷载等级为公路-I级，路基宽度24.5 m，设计时速80 km/h，于2012年4月建成通车。最新的桥检报告显示，部分位于河流中的桥墩桩基受到不同程度的冲刷，出现桩基缩颈、露筋等病害，对高速公路的运营安全有一定的威胁。

2 摩擦桩基承载能力分析

经现场检查，部分桩基经冲刷出现桩底外露情况，其单桩受压承载力较原设计值减小，为了评价当前冲刷状态下摩擦桩的承载力是否滿足使用需求，对部分较不利的摩擦桩进行单桩受压承载力验算。该次验算的基本原则和地基基本参数取值均严格按照《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363—2019）执行。摩擦桩承载力验算结果如表1所示。

3 桩基加固处治措施

3.1 病害原因及处治必要性分析

受河水或山坡雨水侵蚀和冲刷影响，导致部分桩基出露或河道挡墙破损，为避免桩基截面进一步损伤，导致钢筋外露锈蚀，削弱桩基承载能力，保障桥梁结构安全，有必要对桥梁桩基进行防护。

3.2 处治原则

从保障结构耐久性的角度出发，对检测报告和巡检发现的桩基外露病害进行防护设计，确保桥梁结构的运营安全。

若在河流冲刷影响下，河床进一步下切，导致桩基的外露长度超出该次设计采用的基础数据，且结合设计资料可推断出桩基的有效埋深不足，应另行立项设计。

3.3 桩基处治方案设计

设计针对委托书所列桥梁中的桩基外露现象，防止桥墩基础病害进一步发展。在开展施工图设计前，提出扩大截面法、钢护筒法、夹克法[2]进行方案比较。比较内容见表2。综合考虑施工效果、施工周期、施工造价等因素后，针对不同场景，选用钢护筒法、扩大混凝土截面法作为施工图设计方案[3]。

3.3.1 钢护筒法

钢护筒法实施措施：先认真调查拟处治的各个桥墩桩基状况（包括水下桩基截面损失情况、实际水中桩长、现状河床线），再布设围堰，围堰形成及完成开挖后先对桩基表面清理松散混凝土和夹砂夹泥、凿毛、浇筑垫层混凝土、梅花型植筋、绑扎环向及竖向钢筋，再外套一圈钢管（钢材选用Q235b钢材，板厚8 mm，内径比原桩基大40 cm），最后浇筑C30自密实混凝土。考虑到河床逐步下切的趋势及桩基现状较差的实际情况，每个桥墩处治范围采用：上至桩柱分界线上方2 m，下至现状河床以下1 m。具体加固设计如图1所示。

3.3.2 扩大混凝土截面法

扩大混凝土截面法实施措施：先认真调查拟处治的各个桥墩桩基状况（包括桩基外露长度、现状坡面稳定情况），先清理桩基表面松散混凝土和夹砂夹泥、凿毛、立模（内径比原桩基大40 cm），最后浇筑C30自密实混凝土。每个桥墩处治范围采用：上至桩柱分界线，下至地面线以下1 m。具体加固设计如图2所示。

3.4 临时工程

经现场调查，池家坝大桥和两河口大桥部分桩基位于河流中，桥下存在通行空间，可作为临时便道，鉴于地方环保要求，涉水施工不能采用土石围堰，该次涉水桩基防护施工统一考虑在枯水期搭设钢平台，布设钢围堰施工[4]。其他未处于河流中的受冲刷桩基，可利用旱地进行搭设支架，开展施工作业。

3.5 交通组织

该次处治桩基的桥梁位于G65包茂高速公路上，桥上交通量较大，为保证处治效果，建议在该工程实施时安排人员加强对桥上交通进行监控，采取措施将桥上行车速度限为60 km/h，即处治时在对应桥面设置标志标牌提示过往车辆减速，并安排安全员对桥面交通状况进行观测。若桥上发生拥堵和事故时，应立即停止施工，并准备好相关的交通疏通、事故处理等应急预案。

4 施工要点及注意事项

4.1 混凝土表面清理、凿毛处理

首先对混凝土构件表面进行清理，清理完成后再进行凿毛。混凝土构件表面凿毛的主要作用是增加混凝土表面与自流平砂浆间的黏结能力。凿毛深度不小于10 mm，凿毛痕的间距为30 mm。凿毛过程中要轻微细致，选用小号的气动冲击锤将混凝土表面浮浆、夹泥及松软层全部剔除掉，不能把粗骨料剔松散，避免条状、点坑或坑式凿毛。凿毛完成后清除面层浮灰和油渍。若凿除缺陷混凝土后露出一半钢筋，需对钢筋进行除锈和防锈处理，除去浮碴与尘土，并用高压水冲洗干净，再采用界面剂涂刷结合面。

4.2 钢筋植筋工艺

植筋主要工艺流程：植筋准备→钻孔→孔洞清理→配胶和注胶→植筋→养护。

4.3 钢护筒的支护

该次采用的耐候钢钢管既作为结构的一部分，也作为施工期浇筑混凝土时的模板。钢护筒的拼接和支护要求比较高，需坚固和稳定。

（1）钢板切割。耐候钢材进场后，在材料加工区完成制作，现场试拼接，确保拼接后尺寸无误。切割模板前按图纸及实际测量情况进行放样。

（2）现场焊接。把加工完成的套筒拉到施工场地进行焊接，焊接工艺需满足相关规范要求。

（3）注意预留注浆口和观察口。浇筑时可采用高位漏斗法分段浇筑，在每段的相对最高点设置注浆口，在保证浇筑质量的前提下，在适当的位置设置观察口和出气口。

（4）钢套筒固定。钢套筒支护完成后用钢筋圈形包裹外膜，充分固定，大约间隔50 cm设置一套加固钢圈，特别需要注意是模板的邊角位置需特殊加强，内侧与钢筋接触面设置垫块保证保护层厚度。

（5）检查与调整。混凝土浇筑前留有保护层，厚度不小于9 cm，检查垫块是否有破损，钢筋是否有外伸部位。更换调整后进行浇筑。

4.4 混凝土的浇筑

混凝土搅拌时严格控制水量的加入，一次搅拌，一次用完。混凝土浇筑前，新老混凝土结合面需要充分湿润，湿润完成后留在模板内的水要清理干净。混凝土自吊斗口下落的自由倾落高度不得超过2 m，如超过2 m时采用滑槽注入钢套筒板内；浇筑竖向结构混凝土时，如浇筑高度超过3 m时，采用串筒、导管、溜槽或在钢套筒侧面开门子洞。

5 结语

该文针对包茂高速中桥梁出现的桩基缩颈、露筋等现象，提出了使用钢套筒和外包混凝土法加固桩基，加固效果良好，可用于同类型的病害处治中。由于该次未对桩基的承载能力进行补强设计，处治完成后建议按照《公路桥涵养护规范》（JTG 5120—2021）对桥梁进行日常养护，并对桥墩基础冲刷情况加强巡查，定期检查应加强处治桥墩处河床冲刷情况及变迁状况的相关检查工作。

参考文献

[1]马磊. 桥基安全防护技术研究[D]. 西安：长安大学， 2009.

[2]王磊. 黄土沟谷地区桥梁桩基加固技术的应用研究[D]. 西安：长安大学， 2014.

[3]戴玮， 席进. 山区桥梁灌注桩常见受冲刷病害处理措施与设计改进[J]. 公路交通科技： 应用技术版， 2012（4）： 1-3+19.

[4]操川. 高速公路桥梁桩基冲刷加固处理[J]. 交通建设与管理， 2014（18）： 116-117+120.