玻纤套筒加固技术在桥梁水下桩基耐久性病害修复中的应用

钟 明

(广西北部湾投资集团有限公司沿海高速公路分公司,广西 钦州 535009)

0 引言

在多年的桥梁桩基加固、养护实践中发展出了大量的施工工艺及材料,其中玻纤套筒的应用得到更加广泛的认可。郑万成[1]对桥梁桩基加固施工技术进行分析,桩基加固技术有增补桩基加固、扩大基础、桩基自身补强等工法。刘伟杰[2]指出玻纤材料可以在水下施工且无须拆除,施工方便、施工工期短。董党等[3]研究了水下玻纤套筒在引江济淮工程桥梁加固中的应用,认为水下玻纤套筒加固技术无须修筑围堰且可降低施工成本。何勇勇等[4]研究发现在桩基修复工程中应用玻纤套筒加固具有高抗腐蚀、便于水下施工、高耐久性三大特征。玻纤套筒加固技术作为一种经济的桥梁桩基加固技术,进一步优化了传统技术高造价、工艺复杂等问题,具有广阔的应用前景。本文以钦东高速公路西江大桥水下桩基耐久性病害修复工程为例,研究玻纤套筒加固技术在桥梁水下桩基耐久性病害修复中的优势。

1 桥梁水下桩基病害分析

1.1 桥梁概况

西江大桥位于广西钦州市境内,是钦东高速公路G7511主线桥梁,上跨西江,全长223.937 m,单幅桥梁宽度为25 m,与路线交角为120 °,位于缓和曲线段。上部结构采用7×30 m后张法预应力混凝土T梁,下部结构盖梁拆除新建,桥墩采用四柱式墩,基础除6#墩为明挖扩大基础外,其余均为桩基础。

1.2 桥梁水下桩基病害情况及原因分析

2021年桥梁开展特殊检查时发现,西江大桥左幅有5个桩基础在设计河床线以下有空洞、露筋、轻度冲蚀等不同程度的病害,极大降低了桥梁耐久性,影响桥梁长期结构安全。经分析,以上病害的形成主要有以下几个原因:(1)大桥运营已有25年,所处的河床出现下切,桥梁桩基部分暴露于河水当中,受到常年的河水冲刷而出现病害;(2)大桥桩基在施工过程中位于河床以下,混凝土浇筑过程中无法完整监管浇筑过程,存在露筋、混凝土破损等缺陷,河床下切后缺陷得以被发现。

2 玻纤套筒比较优势

根据西江大桥水下桩基病害的具体情况及分析的原因,经结构验算可初步了解其病害特点:(1)病害总体轻微,尚未对桥梁结构造成安全性影响;(2)病害均集中于水面以下,未采取围堰等工程措施的情况下无法单独对病害进行修补;(3)以上病害导致桩基础出现一定程度的缩径,虽经验算尚满足要求,但影响桥梁耐久性。

鉴于以上病害特点,考虑以外包混凝土处理和修复病害,同时解决桩基础缩径的问题,提升水下桩基的耐久性及桥梁结构的安全性。常用的外包混凝土主要有三种方案:(1)安装钢套筒后灌注混凝土修复;(2)对水下桩基部分进行钢护筒围堰、直埋钢筋外包混凝土面;(3)外包玻纤套筒后灌注灌浆料加固。根据施工难度、交通影响、施工工期、施工造价等情况对三种方案进行比选,详见下页表1。

由表1可知,从结构安全性、加固有效性、耐久性及施工便利性、造价等综合考虑,钢套筒加固造价较高、防腐性与耐久性较差;围堰后外包混凝土加固措施复杂、造价高、长时间影响航道;而玻纤套筒加固技术工艺简单、工期短、造价低,虽防撞性能较差,但该桥梁设置有航道灯、防撞墩等防撞保护设施,该技术的防撞性能无须过多考虑,总体优于其他方案,因此采用玻纤套筒加固技术较为适当。

根据原设计地质、图纸资料,考虑桩基保护层失效情况下,对该桩基加固前后进行承载能力计算对比,在桩基病害发展位置外包5 mm玻纤套筒后,灌注水下环氧灌浆料、水泥基灌浆料进行加固,加固部位桩基直径增大10 cm,加固后承载能力计算桩基承载能力明显提升,有较高富余,最大裂缝宽度减小(见表2)。

表2 承载能力验算结果表

3 工艺简介

3.1 材料要求

玻纤套筒由玻璃纤维和聚合树脂材料加工而成,聚合树脂应添加稳定剂以防止紫外线影响下导致的过快老化,抗拉强度应>400 MPa且各向均匀。灌浆料应具有流动性、微膨胀、不离析、不泌水、硬化快、早期强度高等性能特点,灌浆料中氯离子总量不应超过胶凝材料质量的0.06%。采用水下环氧灌浆料封底,水下水泥基灌浆料包裹桥墩。其中水下环氧灌浆料抗压强度应>80 MPa,水下水泥基灌浆料初始流动度应>25 s,抗压强度应>15 MPa。

3.2 施工流程

玻纤套筒施工流程大体可分为三个阶段:准备阶段、套筒安装阶段、灌浆料灌注阶段。主要施工流程详见图1。

图1 玻纤套筒主要施工流程图

套筒安装阶段有两个要点需重点控制:(1)控制好玻纤套筒与桩基间距的均匀性,保证灌浆厚度;(2)采用可压缩密封条、水下环氧封口胶等封闭锁扣槽与玻纤套筒底部,保证密封效果、不漏浆。

灌注阶段需先灌注20 cm水下环氧灌浆料,待固化后确认套筒内液面的标高与外水位存在稳定高差,确保底部密实;其后灌注水下水泥基灌浆料,潜水员实时检查灌浆料注入情况,出现堵塞或空鼓时,对注入灌浆管进行调整或在套筒外壁进行震动,使灌浆料填充密实。

4 存在问题及解决思路

受限于水下施工与隐蔽施工,灌注水下水泥基灌浆料过程控制难度较大,容易出现堵塞、松散、漏浆等问题。为保证施工质量,实现加固部位桩基直径增大10 cm的效果,建议采取以下措施:

(1)施工过程中应控制水泥基灌浆料用量,保证用量不低于理论用量的95%。

(2)潜水员应采用灯照做好检查及震动,确保灌浆料填充密实。

(3)采取有效措施保证套筒密封,尤其采用液面检查确认密封成果。

(4)按要求拌和水下水泥基灌浆料,保证材料无结块、流动度满足要求。

5 结语

西江大桥水下桩基因其病害较轻,采用玻纤套筒加固,施工工期短、工程造价低,玻纤套筒外包灌浆后不需要拆除套筒,具有较好的防腐蚀性和耐久性,有效提升了桩基承载能力。其作为一种快速施工技术,无须围堰,直接水中作业、工艺简单,是一种新型的桥梁水下桩基加固技术,使用该技术工艺和材料,可提高桥梁维修加固技术水平,促进高速公路养护行业的发展,在桥梁工程维修加固中具广阔的应用前景。