桥梁水下桩基表面缺陷修补加固技术研究

【关键词】桥梁工程；水下桩基础；表面缺陷；修补加固技术 

　　1、工程概况 

　　五华大桥建于1994年，位于省道228线五华县县城，中心桩号K97+624，原桥为19х16米正交，T型梁桥，桥长309米，桥宽18米（净17米+2х0.5米），原设计荷载为汽-20，挂100，下部结构为三柱式桥墩，直径1.3米的钻孔灌注桩基础均为嵌岩桩。因河床下切严重，主河床中的13个桥墩桩基础外露，存在局部破损露筋缩颈等病害，我局于2008年冬季枯水期间进行了维修加固。 

　　2、桥梁水下桩基表面缺陷问题及原因 

　　2.1主要问题 

　　随着山区基础设施建设的快速发展，近十年来山区用砂量急剧增加，致使山区河道河床下切严重。省道228线横跨五华河的五华大桥的河床下切尤其严重，河床普遍下降2.2m～4.5m，致使主河床中的13个桥墩桩基础施工用的砼护筒下端外露，桩基存在局部破损露筋缩颈等现象。根据2007年12月26日广州宇麒工程有限公司出具的潜水员水下基础探摸检测报告显示，7-2#、8-2#、11-1#、11-2#、12-1#桩基存在破损露筋缩颈等病害。根据现场观察和检测，各桩基表面出现露筋缺陷个体较小，面积普遍约为13cm×13cm，深度约为5cm，桥梁存在安全隐患。为防止桩基缺陷部分钢筋的进一步锈蚀和混凝土的进一步膨裂剥落，需及时对桩基础缺陷部分进行维修加固，确保桥梁安全使用。 

　　2.2问题成因 

　　按照桥梁水下桩基表面出现缺陷的位置和性质来推断，造成桩基表面出现局部破损露筋缩颈缺陷的原因主要涉及五个方面： 

　　（1）钻孔过程中采用泥浆的指标较差，如胶体率低和清孔不够彻底导致砂率偏高等等；（2）首盘封底应用存料斗太小，首次灌注混凝土的用量较小，封底混凝土的冲击力偏小，造成孔底的沉渣未能翻涌于混凝土之上；（3）桩基混凝土灌注施工注浆小导管于施工中密封性未达标准，施工中也未能及时发现和处理，小导管漏水和漏气影响桩基混凝土的灌注质量；（4）旋挖桩基成孔和原探孔的位置未能重合，且填土的稳定性和整体性不佳导致桩基混凝土侧壁崩解和脱离问题；（5）灌注桩基混凝土中，拔管过程控制不严，注浆小导管埋入深度不足或者直接拔离混凝土上表面也是造成水下桩基表面出现露筋缩颈问题的原因。 

　　3、桥梁水下桩基表面缺陷西修补加固方案的确定 

　　桥梁水下桩基础表面缺陷修补加固处理，应用传统的围堰法施工显然较为浪费，且不适用于缺陷点面较多的情况。因此，笔者针对本项目的自身特点总结新的水下修补加固技术，对基础外露的13个墩钻孔桩进行逐桩逐墩加固，外套一圈25cm厚C30钢筋混凝土包裹住原钻孔桩。加固施工完成后，进一步做好回填防冲刷措施，保障既有构筑物结构的安全可靠性，降低施工过程对周边环境造成过多的影响。 

　　3.1修补加固方法的选择 

　　桥梁水下桩基础表面缺陷一般不涉及到桩基础的承载问题，修补加固的关键点在如何确保水下桩基础新旧混凝土的连接密实和阻止混凝土内结构主筋的腐蚀。修补加固的工作原理是于原桩基础外套一圈25cm厚的C30钢筋混凝土形成“保护套”，新混凝土需加入憎水型固化剂，旧混凝土与新混凝土中的环氧树脂发生反应加快黏结过程。值得强调是，新旧混凝土连接的标志是二者之间的结合界面需发挥传递作用和承载作用力。因此，在采用此修补加固方法过程中要重点检测新旧混凝土结合界面的抗拉性能和抗剪性能。 

　　3.2试验检测 

　　使用湿固性环氧混凝土作为桥梁水下桩基础表面缺陷修补加固的原材料，混凝土配合比（重量比例）为水泥：中粗砂：瓜米石：E44环氧树脂：临苯二甲酸二丁酯：KH-560硅烷偶联剂：固化剂=446：669：967：119：7.4：2.2：89。施工用混凝土采取有侧限抗折试验验证新旧混凝土的粘结状况，以浸水形式养护，7d试模的抗拉强度达到2.1MPa，抗压强度达到55Mpa；10d试模的抗拉强度达到3.2MPa，抗压强度达到62Mpa。水下桩基础表面新旧混凝土于侧面粘结，不能立即结合，可在桩基外侧增设立模增加侧向压力。 

　　由于修补加固所用混凝土要求旧混凝土与之在水下粘结，新混凝土的自身抗压强度和结合度要求极高，且新混凝土是各种原料的混合料，拌合粘度高，极难拌合均匀。施工过程中混凝土的拌合完成于岸上，“保护套”的成型过程存在侧向的限制压力，浇筑施工之前应由潜水员在施工部位安设模板，方能进行下一步混凝土的浇捣施工。 

　　另外，湿固性环氧混凝土在使用中往往会存在施工复杂和质量难以保证等问题。按照笔者对建材市场的调研，并经过多次反复试验得出施工用配合比（重量比例）为水泥：水：固化剂=1：0.4：0.3。这样一来，既能保证水下桩基础表面缺陷部位新旧混凝土二者的紧密粘结，也能简化施工过程，特别适用于本项目。 

　　4、桥梁水下桩基表面缺陷修补加固工艺及效果检测 

　　4.1修补加固工艺 

　　首先，清理桩基表面的杂物，然后将缺陷部位人工凿毛。如果缺陷部位露筋缩颈深度达到5cm以上，应按照要求植入锚筋，并保证锚筋的连接强度。新旧混凝土的粘结界面要提前涂刷湿固性界面剂，以便于新旧混凝土的粘结。采取配合比为水泥：水：固化剂=1：0.4：0.3（重量比例）的湿固性环氧混凝土于原桩基础外侧套一圈25cm厚C30钢筋混凝土形成“保护套”，设置侧向保护模板，确保混凝土浇筑施工完成后10h以内不被水流冲刷，达到要求的养护时间后即可拆除保护模板。值得注意的是，桥梁水下桩基础表面缺陷修补加固施工工艺需要潜水员的密切配合，布置工作越简便效果越显著。 

　　4.2效果检测 

　　为验证本项目水下施工方案的可行性、湿固性环氧混凝土在水环境中的性能和完成施工质量的可靠性，现场应该安排模拟试验，选用可满足水下修补加固要求且施工较为便利配合比为水泥：水：固化剂=1：0.4：0.3的湿固性环氧混凝土进行试验。将拌合好的混凝土直接抹于已清理干净的桩基表面缺陷部位，达到7d养护时间，钻芯取样，试验测试试样的各项性能指标，从而得到验证结果。本项目对基础外露的13个桥墩钻孔桩进行逐桩逐墩加固，在修补加固处理完毕后，对各个桩基表面检测并确认合格。 

　　2013年1月16日梅州市公路局公路工程质量监测站、广州市合通路桥工程有限公司出具的《梅州市五华县五华大桥桥墩水下外观检查报告》显示，未发现水下基础病害现象，全桥桥墩基础周围河床面未发现明显冲刷下切现象。该桥水下基础结构技术状况评定等级为一类。 

　　5、结束语 

　　综上所述，本文通过工程案例分析验证水下桩基表面缺陷修补加固施工中采用湿固性环氧混凝土作为原材料是科学的也是有效的，修补加固质量可以得到控制。本技术适用于各类钢筋混凝土水工结构，尤其是一些难以实现钢围堰营造无水施工环境的情况更切合实用性，且可以节约施工工期和降低投入成本，目前作为整治水下钢筋混凝土构造物表面缺陷问题的一种先进手段，其应用前景和推广范围均极为广阔。