水下桩基病害检测及玻纤套筒加固方法

周武军,杨小艺

(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

桥墩桩基作为桥梁的主要受力构件,对桥梁的承载能力和运营安全起到决定性作用。水下桩基由于施工难度大,且容易受到水流冲刷、海水腐蚀、潮汐等因素的影响而出现病害。桩基病害严重时将严重影响结构安全,需要进行详细的病害检测和承载能力评估,并针对性进行桥梁桩基病害维修加固。本文以实际项目为背景,开展了对水下桩基检测评估和加固方案的研究比选,总结了3种维修加固方法的优缺点,研究采用玻纤套筒加固技术进行本项目水下桩基病害加固,详细论述了该加固方法的施工工艺,并给出其检查验收标准。

1 工程概况

西江大桥是位于广西壮族自治区钦州市G7511线钦州至东兴高速公路(钦州至防城港段)上的一座跨河梁桥。钦州至防城港段于1997年10月通车,2016年11月钦州至防城港段开工进行“四改八”改扩建,左幅桥(左幅桥梁水下基础为旧桥利用部分结构)为改扩建,右幅桥为新建。2021年水下桩基检测发现部分桩基存在严重病害,对桥梁桩基进行承载能力评定,并开展水下桩基专项加固设计和施工。

2 水下桩基检测评定结果

该桥于2021年开展了水下基础的专项检测,检测结果表明,左幅L2-1#、L2-2#、L3-1#、L3-4#、L4-1#共5根桩基存在较为严重的空洞、露筋病害,造成了桩基截面的削弱,降低了桥梁原有承载能力。

根据业主提供的原设计地质、图纸资料,考虑桩基保护层失效情况下,对病害较严重的L3#桩基进行了承载能力计算。计算表明桥梁目前的承载能力仍符合设计荷载等级要求,详见表1。

表1 桩基承载能力计算结果表

3 原因分析及维修加固方案比选

该桥桩基主要病害为桩基空洞露筋、冲蚀,其主要原因为施工质量控制不当及流水冲刷所致。为了消除安全隐患,保证结构的长期安全和耐久性,恢复桩基原有的状态,满足桥梁养护要求,对存在较严重病害的5根水下桩基进行维修加固。设计方案比选见表2。

表2 改造方案比选一览表

从结构安全性、加固有效性、耐久性及施工便利性综合考虑,推荐采用方案一。在桩基病害发展位置用外包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,采用玻纤套筒加固后,桩基承载能力明显提升,有较高富余,最大裂缝宽度减小。详见表3和图1。

(a)L2-1#、L2-2#、L3-1#、L3-4#桩基 (b)L4-1#桩基

表3 加固后承载能力验算结果表

4 玻纤套筒水下加固方法

玻纤套筒水下加固方法,又称“夹克法”,该方法防腐性和耐久性优良,且可以在水下施工,具有很好的经济性,因此,在对水下混凝土构件表观缺陷等修复和结构维修加固方面有较好的应用[1]。详见下页图2。

图2 桥梁水下桩基采用玻纤套筒水下加固方法示意图

玻纤套筒水下加固方法的优点:(1)高强耐腐蚀,无须维护;(2)各自材料之间的粘结强度高,适用性广;(3)耐化学腐蚀、耐电解侵蚀;(4)耐复杂环境变化;(5)材料可水下施工,无须围堰,且适用于淡水、海水等各种环境;(6)施工对现有交通影响小;(7)施工方法多样,可人工灌注或泵送;(8)工厂预制现场加工相结合,适应性强。

5 水下玻纤套筒加固施工工艺[2]

5.1 施工准备

施工准备工作包括:(1)进行现场勘查并制定详细的实施方案,拟定工作计划;(2)准备人力、材料及设备;(3)检查人员、设备及材料,包括核实人员技术水平、设备的工作状态以及材料性能指标,确保安全可靠。

5.2 开挖砂砾混卵石层

L2-1#、L2-2#、L3-1#、L3-4#桩基玻纤套筒加固范围为桩基顶至砂砾混卵石层以下50 cm,故需安排潜水员下挖砂砾混卵石层50 cm,玻纤套筒加固后抛石回填。开挖过程中应做好支护措施。

5.3 基面处理

基面需经过凿毛并清理干净。潜水作业清理过程可使用高压水枪或其他施工器械,为保证基面与灌浆料的粘结性能,需要彻底清除桩基表面的污物,包括疏松的混凝土、钢筋表面锈蚀、桩基表面泥浆、水生物等。同时,对存在的钢筋锈蚀,应采用有效手段,如钢丝刷对锈蚀钢筋进行除锈和清理。

5.4 安装套筒施工

根据设计要求,裁剪合适尺寸的玻纤套筒。按照水下环氧灌浆料的使用说明书配制并进行底部灌注,待环氧灌浆料固化以后(23 ℃,约8 h)再进行下一步工序。按照使用说明规定的水:水下水泥基灌浆料(粉料)的比例计算所需的用水量。推荐使用自来水或饮用水,一般分两次加水,第一次加入2/3的水,使用电动搅拌设备,搅拌至颜色均匀,无干粉、结块,再加入剩余的水。

内部灌浆料和顶部灌浆料采用不同的材料。内部材料为水下水泥基灌浆料;顶部材料为水下环氧灌浆料。在灌注施工过程中,需在水下水泥基灌浆料初步固化后,才能用封顶胶进行顶部密封。待灌浆料完全固化后,方可拆除紧固带,施工完成。

6 检查和验收

采用套筒加固施工时,环氧灌浆材料封闭在玻纤套筒内部,施工过程中,无法直接观测材料的密实情况,材料的固化难以直接确认;施工完成后,也难以采用无损检测方法进行现场检测;如采用破损检测进行取样检测,则会破坏系统的整体性和耐久性。目前,对此类维修加固后的检测验收,尚无明确的验收检测方法和评定标准,难以直接通过施工后的检测评价加固效果。因此,在采取此类方法进行维修加固时,为了保证工程质量,需要加强材料检验和过程控制:(1)应在使用前对材料性能进行核对,可送具备检测资质的单位,对材料的技术指标进行检测和试验,包括对材料的流动性、材料强度、耐腐蚀、冻融、抗疲性能等方面的指标检测;(2)对于每批材料,应进行现场环境的模拟试验,确认其实际的固化时间;(3)现场检测、实测项目可参考表4进行,以控制施工质量。

表4 建议水下玻纤套筒加固法实测项目表

7 结语

通过水下玻纤套筒加固,西江大桥水下桩基病害得以及时修复,承载能力得到提高,桥梁的安全性和耐久性得到保障。随着水下玻纤套筒加固技术的日益成熟,将大大降低水下桩基维修加固的难度和成本,水下桩基的专项检测与维修也可作为桥梁养护检查和维修中一项常规内容定期进行。