跨海橋梁樁基露筋原因分析及其治理加固方案介紹

■郭貴花

（福建省第二公路工程有限公司，福州 350007）

0 前言

隨著中國交通基礎(chǔ)設(shè)施的跨越式發(fā)展，所實(shí)施橋梁工程不計(jì)其數(shù)，橋梁綜合技術(shù)也不斷創(chuàng)新與提高，橋梁施工技術(shù)已日漸成熟。但像橋梁樁基露筋、表面缺陷等病害仍是橋梁建設(shè)中難以徹底根治的問題之一，特別是90年代以前建成通車的工程，鑒于當(dāng)初施工經(jīng)驗(yàn)的缺乏、監(jiān)管制度的不夠完善以及樁基檢測手段的局限性，有些病害未能及時(shí)得以發(fā)現(xiàn)，存在一定“盲區(qū)”，錯(cuò)過了在施工過程中及時(shí)處置的時(shí)機(jī)；經(jīng)過二三十年來的運(yùn)營，在水流或潮汐的沖刷影響下，像露筋、凹槽等砼缺陷病害逐漸顯露出來，致使樁基斷面減小，削減樁基的承載能力，嚴(yán)重者將影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，甚至縮短橋梁使用壽命。

1 工程概況及樁基露筋情況

1.1 工程概況

沈海高速公路田螺特大橋（原福寧高速22合同段），橋長1.293km，橋?qū)?0m，設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)為：汽超20級、掛-120，主橋上部為53m+2×95m+53m現(xiàn)澆變截面連續(xù)箱梁雙向預(yù)應(yīng)力，下部薄壁墩、承臺、灌注樁群樁基礎(chǔ)（1承臺/4根樁），灌注樁直徑Ф2.5m，樁長35～45m嵌巖樁，樁基施工完成于1999年，橋梁跨越田螺海灣，受潮汐影響，水深最深處19m，多年潮汐檢測平均最高潮位3.82m，最低潮位-3.32m，給樁基施工帶來極大的施工難度。鑒此，該橋梁樁基采用搭設(shè)鋼便橋及鋼管樁型鋼搭設(shè)樁基施工平臺施工措施，工藝流程為：測量定位→安放鋼護(hù)筒→樁機(jī)就位→造漿護(hù)孔→沖擊鉆成孔→清孔→鋼筋籠吊裝就位→灌注水下砼。

1.2 樁基露筋情況

根據(jù)2010年對該橋的技術(shù)狀況檢測報(bào)告，主橋水中樁主要病害為：所有樁基均存在不同程度的露筋、凹槽等砼缺陷病害，露筋長度不等，最長為承臺底以下3m，露筋根數(shù)最多占樁基鋼筋數(shù)量的一半以上，個(gè)別樁基局部還有縮頸情況。以上露筋等病害削減了樁身的有效面積，將對樁基的承載能力產(chǎn)生一定影響。為確保大橋安全運(yùn)營，需對橋梁樁基露筋、凹槽等砼缺陷進(jìn)行加固處治。

圖1 樁基露筋圖

2 樁基露筋成因分析

2.1 工程地質(zhì)環(huán)境的影響

本工程位于海灣純潮區(qū)，屬海洋環(huán)境，海水中含有大量的氯離子等會從混凝土的毛細(xì)結(jié)構(gòu)孔隙滲入混凝土，隨著時(shí)間的推移與積累，鋼筋銹蝕膨脹導(dǎo)致混凝土開裂，脫落，出現(xiàn)露筋現(xiàn)象。

在水下混凝土灌注過程中，如果護(hù)筒長度不足或原護(hù)筒四周土體（特別是海泥層）受潮汐的漲落作用，出現(xiàn)脫空狀況，海水將對初凝前的混凝土產(chǎn)生沖刷，從而導(dǎo)致混凝土離析，影響成樁質(zhì)量，為露筋創(chuàng)造充分的條件。

2.2 施工方面的原因

施工控制不到位導(dǎo)致樁基露筋等病害的產(chǎn)生：

（1）由于在成孔過程中采取黏土造漿，出現(xiàn)泥漿膠體率低、砂率偏高的情況，加上本工程樁基長、樁徑大（Ф2.5m），樁基成孔的施工時(shí)間長，在此過程中泥漿泥皮粘附孔壁使孔壁不斷增厚，縮小孔徑，造成保護(hù)層厚度不足。

（2）鋼筋籠定位把控不嚴(yán)。鑒于樁長較長，鋼筋籠需分多節(jié)段在現(xiàn)場連接，逐級吊裝下放，在此過程中，可能出現(xiàn)墊塊掉落、鋼筋接頭（多節(jié)連接）不在同一軸心的情況，但在鋼筋的重力作用下，即使出現(xiàn)輕微掛壁，也能順利將鋼筋籠放置孔內(nèi)，但掛壁部位將不可避免出現(xiàn)露筋問題。

（3）鑒于在海上搭工作平臺，混凝土的澆筑平臺高度有限，加之泥漿質(zhì)量方面原因，沉淀量大，在混凝土澆筑至接近樁頂時(shí)，混凝土上升能力過小，無法形成全斷面有效的頂托泥漿。特別是孔壁四周存在的鋼筋、檢測管加大了混凝土上升摩阻力，從而出現(xiàn)孔壁周圍泥漿與混凝土共存狀況，在施工結(jié)束、護(hù)筒拆除后再經(jīng)海潮不斷的沖刷作用下，部分夾泥混凝土被沖刷脫落，最終出現(xiàn)露筋、混凝土缺塊的病害。

（4）施工配合比使用不當(dāng)或配合比材料未嚴(yán)格把關(guān)，所拌制的混凝土未能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，真正具備防滲、防腐作用。

3 樁基露筋治理加固原則與方案的確定

3.1 治理加固原則

（1）鑒于本工程是沈海高速的一個(gè)組成部分，要保持正常交通，不能封閉施工，同時(shí)，主橋5～6#墩與6～7#墩為通航孔，加固后不能影響航道的尺度，保證通航順暢。

（2）根據(jù)露筋等病害情況，應(yīng)本著安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性的原則，制定可行方案，確保修復(fù)加固后的工程安全可靠，能達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 治理加固方案的確定

根據(jù)以往工程實(shí)例，對樁基的加固方案有：拋填片石+注漿保護(hù)、增加樁基承擔(dān)部分承載力，增套鋼護(hù)筒等，基于本項(xiàng)目樁基大部分存在不同程度的露筋、凹陷情況，且考慮海洋環(huán)境、保證通車、保持航道尺度不變等工程自身特點(diǎn)，通過綜合考慮施工安全、施工操作可行性及經(jīng)濟(jì)投資等多方面因素，最終確定的治理加固方案是：對所有存在病害的樁基采用加大砼截面方案進(jìn)行加固處治，即外套一圈鋼筋混凝土“保護(hù)套”，既保護(hù)外露的鋼筋不再受侵害，也確保樁基受力截面不削減，從而實(shí)現(xiàn)一勞永逸。

外套混凝土厚度與強(qiáng)度的選擇：對于受海水侵蝕的混凝土，主要防止氯離子等對混凝土的滲入，從物理、化學(xué)角度理論上分析，越厚的混凝土保護(hù)層，有利于保護(hù)混凝土內(nèi)部鋼筋不受侵蝕，但從混凝土結(jié)構(gòu)本身特性考慮，越厚的保護(hù)層，混凝土結(jié)構(gòu)受水化熱作用，容易產(chǎn)生裂隙；同時(shí)，又會讓海水氯離子等有機(jī)可乘；為此，對于如何合理的確定保護(hù)層厚度尤為重要，通過查閱相關(guān)權(quán)威資料并參考其他類似環(huán)境的工程設(shè)計(jì)，最終確定保護(hù)層厚度為7.5cm。對于混凝土強(qiáng)度的選擇，結(jié)合原樁基混凝土強(qiáng)度為C25海工混凝土，本次混凝土按提高一級設(shè)置，采用C30海工混凝土。為了使外套混凝土能很好地與原樁基混凝土緊密粘結(jié)共同受力，除新舊混凝土間涂刷一道界面結(jié)合劑外，套內(nèi)采用植筋外掛鋼筋方案給予解決。植入鋼筋直徑、深度、間距筋見下圖2，受力主筋②采用Ф25鋼筋，間距15cm。水平箍筋④采用Ф10鋼筋，間距20cm。加固范圍為缺陷處各外延50m。再者，考慮阻止氯離子從混凝土表面侵蝕混凝土，新澆筑混凝土表面涂刷一層高性能環(huán)氧樹脂涂料，用以保護(hù)混凝土免受外界物理、化學(xué)因素的影響。詳見圖2。

圖2 樁基加固示意圖

4 樁基加大截面的加固治理主要工藝

（1）鑿除松散的砼，對于原未產(chǎn)生病害混凝土面也需進(jìn)行鑿毛處理，且鑿面要用鋼絲刷凈，高壓水沖清干凈，對外露或斷裂的鋼筋進(jìn)行除銹和焊接。

（2）確定合理的錨固參數(shù)，植入樁基處的鋼筋最外層采用U型筋，孔口稍微向上，鉆孔完成后清洗植筋孔并向孔內(nèi)注入專用結(jié)構(gòu)錨固用膠漿 （膠體配制時(shí)計(jì)量必須準(zhǔn)確），使鋼筋與混凝土粘結(jié)，施工完成達(dá)到強(qiáng)度后，進(jìn)行植筋拉拔實(shí)驗(yàn)，待結(jié)果滿足要求后進(jìn)行下道工序。

（3）對海洋環(huán)境的混凝土保護(hù)層厚度的確定至關(guān)重要，必須采取使用標(biāo)準(zhǔn)墊塊且綁扎牢靠。

（4）為了使新舊混凝土能結(jié)合緊密，在接觸面先涂刷一道界面結(jié)合劑，以保證新舊混凝土的承載作用。

（5）根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求選配海工耐久性混凝土，是防腐蝕的一個(gè)重要措施，混凝土的配置既要滿足自密實(shí)混凝要求，又要保證強(qiáng)度、防腐性能。為保險(xiǎn)起見，在工程實(shí)施前進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，在模擬實(shí)驗(yàn)成功后進(jìn)入應(yīng)用。

（6）掌握潮汐情況，合理安排施工時(shí)間，保證混凝土澆搗后8h內(nèi)，未受到海水的沖刷、浸泡，確保施工質(zhì)量。

5 工程實(shí)施效果評價(jià)

田螺大橋共實(shí)施樁基露筋加固治理25根樁，在本工程實(shí)施中采取的措施有：采取加大截面法加強(qiáng)了樁基的承載能力，針對海水環(huán)境，選配以氯離子擴(kuò)散、侵蝕為主要控制指標(biāo)的海工耐久性混凝土，預(yù)防了后續(xù)樁基混凝土、鋼筋再次腐蝕。對新舊混凝土的結(jié)合采取了涂刷界面結(jié)合劑措施，有效保證了新舊混凝土的緊密結(jié)合；進(jìn)行植筋、增設(shè)鋼筋骨架，形成共同工作狀態(tài)；在施工完成后進(jìn)行取芯實(shí)驗(yàn)，其結(jié)合面的抗剪、抗拉性能均滿足要求；同時(shí)，在混凝土表層涂刷一層高性能環(huán)氧樹脂涂料，形成了優(yōu)質(zhì)的混凝土表面，封堵了混凝土本身的結(jié)構(gòu)毛細(xì)孔隙，有效抵制外界環(huán)境的侵蝕、破壞。自施工至現(xiàn)在，經(jīng)加固處治的樁基混凝土表面無脫落情況，表觀質(zhì)量良好。

6 結(jié)束語

交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中橋梁的興建越來越多，而橋梁基礎(chǔ)是橋梁的重要組成部分，尤其對于水中基礎(chǔ)仍大量的選擇灌注樁，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用、施工管理控制等方面加強(qiáng)，力求在源頭上減少樁基露筋等質(zhì)量缺陷：

（1）設(shè)計(jì)階段：應(yīng)根據(jù)環(huán)境、地質(zhì)條件結(jié)合結(jié)構(gòu)類型、荷載特征合理計(jì)算配筋率，確定混凝土強(qiáng)度及是否需防滲、防腐功能，并確定保護(hù)層厚度。

（2）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行混凝土配合比試配，在獲取穩(wěn)定、合格的配合比后，對混凝土拌合材料要嚴(yán)格把關(guān)，避免不合格材料的使用，避免混凝土喪失應(yīng)有的防腐蝕、防滲功能。

（3）加強(qiáng)施工過程管理，從泥漿配制、鉆孔成孔、鋼筋籠安放就位、水下混凝土澆筑等每一個(gè)工序著手，確保成樁質(zhì)量。

（4）采用較為先進(jìn)的檢測方式、方法，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。

但作為水下隱蔽工程的樁基施工，受地質(zhì)、環(huán)境影響與制約，難免存在施工“盲區(qū)”的情況，諸如本文所述的樁基露筋、混凝土凹陷的缺陷，在實(shí)施此類病害處治時(shí)按本工程所述加固治理方案具有安全、經(jīng)濟(jì)，可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且處理效果顯著，值得借鑒與推廣。

[1]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范.北京：人民交通出版社，2008.

[2]GB50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版，2006.

[3]王增賢，等.海水對橋梁樁基礎(chǔ)質(zhì)量影響評價(jià)與防護(hù)技術(shù).福建交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）2010(11):119.

[4]馮忠居.特殊地區(qū)基礎(chǔ)工程.北京：人民交通出版社，2008.