FX-70玻璃纖維套筒系統(tǒng)在樁基修復(fù)施工中的改進(jìn)與應(yīng)用

王振江 王志杰

中交一航局第二工程有限公司 山東青島 266071

FX-70玻璃纖維套筒加固系統(tǒng)，主要應(yīng)用于對各種腐蝕的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、碼頭樁基和橋墩柱（包括混凝土樁、鋼樁和木樁）等修復(fù)和加固防護(hù)，以及對新建結(jié)構(gòu)的預(yù)先保護(hù)。該系統(tǒng)主要由套筒在樁周圍造成半封閉環(huán)境，繼而進(jìn)行內(nèi)部灌漿，而最終達(dá)到修復(fù)加固的目的。

1 方案比選和確定

智利圣文森特國際集裝箱碼頭修復(fù)與重建工程：老碼頭需要修復(fù)的有兩個(gè)泊位89個(gè)排架，每個(gè)排架有6-10根樁不等，結(jié)構(gòu)樁基尺寸為圓樁1.3m直徑、方樁50cm×50cm及方樁40cm×40cm，其中方樁為混凝土樁，圓樁為鋼管樁和混凝土組合結(jié)構(gòu)，還有一些散落的非主體樁。

碼頭結(jié)構(gòu)主要病害為梁受損及樁基受損，主要表現(xiàn)為混凝土裂縫、混凝土保護(hù)層脫落、樁基漏筋、樁基傾斜、樁基沉降、樁基橫向斷裂等。其中玻璃纖維套筒樁基工程量為320根，樁基尺寸為50cm×50cm和40cm×40cm，使用玻璃纖維套筒修復(fù)加固。

本工程設(shè)計(jì)玻璃纖維套筒為巴斯夫產(chǎn)品，原產(chǎn)地為德國，產(chǎn)品品質(zhì)國際領(lǐng)先，但是巴斯夫公司對本工程并未做出積極的行動(dòng)，考慮到材料進(jìn)貨周期和技術(shù)支持，在研究辛普森FX-70玻璃纖維套筒系統(tǒng)后，并通過與巴斯夫FRP套筒系統(tǒng)的比選，通過討論、產(chǎn)品展示、現(xiàn)場驗(yàn)證等方式對材料進(jìn)行了變更，最終確定對45-132排架的320根方形樁基采用FX-70玻璃纖維套筒加固系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)的不同之處主要體現(xiàn)在材料成本和灌漿料的施工泵送方面。

FX-70玻璃纖維套筒加固系統(tǒng)具有三大特性：

防腐性，利用氫酯高分子聚合物，有高強(qiáng)度的防腐蝕作用，可應(yīng)對海水腐蝕。由于玻纖套筒對化學(xué)反應(yīng)的惰性，可抗各種化學(xué)制劑，耐酸、耐堿性。

水下施工，由于其對水不敏感，在水下施工仍有超強(qiáng)、緊密的粘結(jié)力。特別是，可在水下施工，而不需要搭建圍堰、并花費(fèi)高昂的排水設(shè)備。是一套省時(shí)、省工、省錢的最佳防腐蝕系統(tǒng)。

耐久性，可抵抗因氣候循環(huán)引起的干濕、冷熱、凍融等交互作用，及水流、海洋潮汐、廢水、點(diǎn)解等持續(xù)性或間歇性的腐蝕作用，耐久性特佳。

2 方案工藝原理

2.1 工藝說明

FX-70玻璃纖維套筒加固系統(tǒng)，主要是在樁基外側(cè)安裝套筒，在樁周圍造成半封閉環(huán)境，繼而進(jìn)行內(nèi)部灌漿，而最終達(dá)到樁基修復(fù)加固的目的。

對本工程而言，F(xiàn)X-70玻璃纖維套筒系統(tǒng)僅作為樁基修復(fù)工藝中的一部分，除套筒外，修復(fù)還包括梁底混凝土修復(fù)和樁頭與梁之間的裂縫修補(bǔ)。

圖1 FX-70玻璃纖維套筒工藝說明

修復(fù)范圍主要集中在樁頭和梁底區(qū)域，梁與套筒間有鋼領(lǐng)作為連接，套筒安裝完成后為全封閉結(jié)構(gòu)，最后一次灌漿需要使用泵送。

套筒上新開一個(gè)為注漿口和一個(gè)為出漿口，出漿口與鋼領(lǐng)孔洞對應(yīng)。

2.2 玻璃纖維套筒修復(fù)樁基工藝

（1）典型施工。

①典型施工目的。玻璃纖維套筒修復(fù)樁基工藝屬公司首次工藝，因此在樁修復(fù)全面開工前通過此典型施工，檢驗(yàn)工藝的可行性，另外通過典型施工，提前發(fā)現(xiàn)樁修補(bǔ)過程中的問題，積累詳細(xì)的數(shù)據(jù)，完善施工準(zhǔn)備工作及施工工藝，為后期的樁修復(fù)施工提供指導(dǎo)。

另外還為了優(yōu)化經(jīng)濟(jì)、合理、安全的修復(fù)工藝，確保工程質(zhì)量，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

②試驗(yàn)樁的選取。選取了5根比較有代表性的樁基進(jìn)行，樁基的具體情況如下表：

③玻璃纖維套筒修復(fù)樁基工藝流程

（2）操作要點(diǎn)。

①操作平臺搭設(shè)。操作平臺采用兩組夾樁木，木料為15cm×10cm方木，拉桿使用14mm的精軋螺紋鋼，夾樁木長度為2.3m和3m，另外加兩根3m的支撐木，2.3m夾樁木在下方，沿碼頭橫向安裝，3m在其上方，沿碼頭縱向安裝，沿碼頭縱向再安裝兩根3m方木支撐，在其上方鋪設(shè)木板，木板控制在梁底以下1.3m處，標(biāo)高約為+2.05m。平臺四周設(shè)置防護(hù)欄桿，平臺基本不會(huì)受潮水影響，操作空間寬闊、安全可靠。

套筒頂標(biāo)高損壞區(qū) 鑿毛區(qū) cm m m 13-1 F2 30 46 56 +3.35 +2.79 13-3 F2 50 66 76 +3.35 +2.59 16-3 F2 40 56 66 +3.35 +2.69 17-1 F2 35 56 66 +3.35 +2.69 17-3 F2 70 109 119 +3.35 +2.16樁號 樁的損壞類型修復(fù)樁長（m） 制作套筒套筒頂標(biāo)高

②樁表面處理。對樁表面進(jìn)行鑿毛，根據(jù)圖紙要求，需要沿樁周圍及頂部鑿去至少25mm混凝土，混凝土鑿除是基本保持向上或者向前的姿勢，所以電鎬選型時(shí)考慮了便捷型，重量輕，易操作，實(shí)際操作過程中，由于樁的表面尺寸較小，僅為50cm，且受手持電鎬姿勢的影響，整平最后的毛面時(shí)無效錘擊及人員疲勞態(tài)勢增長，后考慮購買了方形鎬釬，先用尖頭鎬釬對混凝土進(jìn)行初步鑿毛，待混凝土面凹處基本達(dá)到25mm時(shí)，采用方形鎬釬對突起進(jìn)行修整破碎，效率有了很大程度的提高。

圖2 玻纖套筒修復(fù)樁基工藝流程圖

圖3 平臺搭設(shè)

圖4 樁基表面清理及鑿毛

③梁底修補(bǔ)。鑿除梁底松散的混凝土，但至少要達(dá)到25mm的深度要求，支設(shè)簡易模板，模板周邊使用快干水泥密封，并留有注漿口和出漿口，完成后灌入高性能砂漿材料。

圖5 梁底混凝土修補(bǔ)

④樁頭裂縫注射環(huán)氧樹脂。由灌漿工對樁頭和梁底間的裂隙進(jìn)行環(huán)氧樹脂注射，主要使用SIMPSON的材料，密封使用FX922快干水泥，此次需要注射的區(qū)域可視為水平裂縫，故在注射基座的布置上做了相應(yīng)的調(diào)整，每個(gè)基座的埋設(shè)方向都不一樣，采用漸進(jìn)升高式，由低向高的注射原則，待下一個(gè)注射口流出環(huán)氧樹脂時(shí)封閉當(dāng)個(gè)注射口，以此類推，到最高點(diǎn)。使用套裝式環(huán)氧樹脂，用壓槍注射，注射完成后全部關(guān)閉注射口。

圖6 樁頭注射環(huán)氧樹脂

⑤鋼領(lǐng)安裝及焊接。鋼領(lǐng)為兩個(gè)U型不銹鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，焊接面有坡口，鋼領(lǐng)由8個(gè)12mm的膨脹螺栓固定，坡口間需留有3mm的距離，采用電弧焊。鋼領(lǐng)豎向鋼板上留有一個(gè)4cm的孔洞，孔洞為項(xiàng)目部自行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則有兩個(gè)，一是為了避免孔洞上方灌漿時(shí)出現(xiàn)超大氣孔，二是為了出漿管的安裝，孔洞上邊沿與鋼領(lǐng)水平板底面距離1cm。

焊接設(shè)備采用KEMPPIMINI電焊機(jī)，該焊機(jī)體積小重量輕，移動(dòng)方便，接入220V電即可使用，方便簡潔，效率高。

圖7 鋼領(lǐng)安裝和焊接

⑥套筒安裝及灌漿。套筒的主要材質(zhì)為玻璃纖維，強(qiáng)度高，耐磨損。套筒與樁之間和套筒與鋼領(lǐng)之間使用密封條密封，密封條內(nèi)外兩側(cè)涂抹膠水，在套筒的上部鉆出出漿口，出漿管采用25mm不銹鋼管，內(nèi)通到梁底以上25mm處，出漿管外側(cè)使用套筒膠密封。灌漿口的位置在套筒頂部以下約15cm處。套筒使用緊固帶支撐固定，緊固帶著力點(diǎn)有四個(gè)，分別為套筒的四個(gè)角，通過改進(jìn)，在套筒四個(gè)面與緊固帶之間加木條或木楔子以施加套筒、密封條和樁體之間的密封性，并在套筒底部及頂部全部用快干水泥封死。。

套筒安裝完成后，首先通過灌漿口人工灌入約15cm高的灌漿料，用以底部密封和固定支撐套筒，24h后再人工灌入漿料至灌漿口下方位置，再24h硬化后，使用灌漿泵把剩余部分注滿，灌漿結(jié)束后封堵灌漿口和出漿口。

漿體泵送時(shí)，合理計(jì)算好灌漿時(shí)間，不可讓漿體在泵內(nèi)時(shí)間過長，兩根樁之間移管要迅速，減少灌漿間隔時(shí)間，確保漿體的流動(dòng)性。

圖8 套筒安裝

圖9 套筒灌漿

3 工藝實(shí)施要點(diǎn)

3.1 實(shí)踐中應(yīng)注意的問題及應(yīng)對措施

（1）鋼領(lǐng)制作質(zhì)量。首先應(yīng)保證鋼領(lǐng)的加工尺寸要符合設(shè)計(jì)尺寸要求，兩塊的尺寸要等同，才能保證對接安裝及焊接，其次鋼領(lǐng)上出氣孔位置的選定及尺寸對套筒內(nèi)灌漿料的氣孔率有很大影響，項(xiàng)目部自行設(shè)計(jì)出氣孔，離上鋼領(lǐng)平板底面10mm，孔徑40mm。

（2）灌漿質(zhì)量。前兩次灌漿采用人工攪拌，人工攪拌時(shí)攪拌器應(yīng)低速旋轉(zhuǎn)，以減少環(huán)氧砂漿內(nèi)的氣泡率。最后一次泵送時(shí)應(yīng)控制泵速速度，防止泵送過快而產(chǎn)生漿體高差、氣泡、空洞。泵送結(jié)束后，應(yīng)迅速封閉注漿孔和出漿口，防止?jié){體回流，而造成樁頭區(qū)域出現(xiàn)空洞。

3.2 存在的問題及改進(jìn)措施

（1）鋼領(lǐng)。鋼領(lǐng)的設(shè)計(jì)意圖尚不明確，設(shè)計(jì)也并未認(rèn)真核算其必要性，通過我方的努力，目前可以對鋼領(lǐng)進(jìn)行變更，更換為玻璃纖維材質(zhì)的簡易領(lǐng)子，在成本與進(jìn)度上都予以很大的改進(jìn)。

（2）套筒安裝及灌漿。套筒支撐緊固帶的著力點(diǎn)有四個(gè)，分別為套筒的四個(gè)角，可能會(huì)出現(xiàn)套筒受力不均而密封不嚴(yán)漏漿，通過改進(jìn)，在套筒四個(gè)面與緊固帶之間加木條或木楔子以施加套筒、密封條和樁體之間的密封性，并在套筒上部和底部全部用快干水泥封死。

灌漿料的凝結(jié)時(shí)間偏短，操作不當(dāng)可能會(huì)使?jié){體凝結(jié)，合理計(jì)算好灌漿時(shí)間，不可讓漿體在泵內(nèi)時(shí)間過長，兩根樁之間移管要迅速，減少灌漿間隔時(shí)間，確保漿體的流動(dòng)性。

4 效益評估

4.1 經(jīng)濟(jì)效益（僅套筒類材料）

巴斯夫FRP套筒系統(tǒng)材料（含灌漿料、密封膠等）產(chǎn)生的費(fèi)用：

樁基工程量：320根，共509.2m2套筒；單價(jià)：1647美元/m2；產(chǎn)生的費(fèi)用：509.2×1647=83.87萬美元。

辛普森FX-70套筒系統(tǒng)材料（含灌漿料、密封膠等）產(chǎn)生的費(fèi)用：

樁基工程量：320根，共509.2m2套筒；單價(jià)：1060美元/m2；產(chǎn)生的費(fèi)用：509.2×1060=53.98萬美元。

套筒類材料共節(jié)約成本83.87-53.98=29.89萬美元。

4.2 效率

因鋼領(lǐng)的必要性問題，設(shè)計(jì)已經(jīng)同意我方的變更申請，變更方案正在編制中，替代品為玻璃纖維制品，鋼領(lǐng)單價(jià)為450美元/套，可取消鋼領(lǐng)約200套，預(yù)計(jì)可直接節(jié)約材料成本8萬美元，另外減少了一道焊接工序并降低了安裝難度，單樁可減少一天的工期，由此會(huì)很大程度的加快施工進(jìn)度、節(jié)約成本。

5 結(jié)語

玻璃纖維套筒修復(fù)樁基在公司屬首次，SIMPSON的使用在智利也屬于首次，無經(jīng)驗(yàn)可借鑒，樁基修復(fù)人員也并沒有該種材料及修復(fù)方式的施工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明，參與樁基修復(fù)施工的成員之間在施工過程中相互溝通、磨合，并形成了較為合格的樁基修復(fù)作業(yè)隊(duì)伍，鍛煉了能力，為以后的修復(fù)施工順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。

本次樁基修復(fù)為全新材料及全新工藝的使用，且從材料的選擇、修補(bǔ)尺寸確定、材料的采購、施工人員的組織、修復(fù)工藝的確定及實(shí)施等均為項(xiàng)目部自主進(jìn)行的，樁基修復(fù)的順利實(shí)施證明我們已經(jīng)掌握了一門全新的施工技術(shù)。

就目前完成的30根樁基來說，未出現(xiàn)質(zhì)量及安全問題，由此證明，智利圣文森特碼頭2#3#泊位玻璃纖維套筒修復(fù)樁基是一個(gè)成功的施工工藝。