高樁碼頭混凝土樁基修復(fù)加固技術(shù)分析

姜學(xué)洲

煙臺市交通運輸執(zhí)法監(jiān)察支隊

1 前言

在港口工程高樁碼頭中，采用預(yù)應(yīng)力混凝土樁作為基樁結(jié)構(gòu)，有防腐蝕性強、造價低等優(yōu)勢。但同時，預(yù)應(yīng)力混凝土樁不具備較強的抗彎能力，當(dāng)處在淤泥土體中，存在明顯的不適性。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高樁碼頭混凝土樁在應(yīng)用過程中，因碼頭的回淤環(huán)境造成岸坡淤積的情況，會使混凝土樁基發(fā)生破損或裂縫的問題，并且比較普遍。此外，因受到船舶的意外撞擊作用，混凝土樁基很可能出現(xiàn)斷裂等嚴(yán)重受損情況，會對高樁碼頭的安全使用造成很大影響。對此，需仔細(xì)研究高樁碼頭混凝土樁基的實際受損情況、周圍環(huán)境等，采用有效的修復(fù)加固技術(shù)。

2 高樁碼頭混凝土樁基的常規(guī)修復(fù)加固方法

高樁碼頭具有透空結(jié)構(gòu)，在碼頭平面下，有波浪和水流通過，不會發(fā)生發(fā)射波浪的情況，不對泄洪處理造成影響，并可在一定程度上減少淤積，在軟土地基上有較好的適用性。近年來高樁碼頭是采用大型預(yù)應(yīng)力混凝土管柱或鋼管柱等。

2.1 現(xiàn)澆混凝土包覆法的應(yīng)用

在高樁碼頭混凝土樁基修復(fù)處理中，采用現(xiàn)澆混凝土包覆法，先找出樁基破損的具體位置，再搭建相應(yīng)的固定模板，并配合澆筑適量的混凝土。這可能會使高樁碼頭樁基礎(chǔ)恢復(fù)原有的尺寸大小，也可能會使混凝土樁基局部的截面尺寸增大，起到修復(fù)樁基的目的?，F(xiàn)澆混凝土包覆法進(jìn)行加固處理有較好的耐久性，修復(fù)加固效果較好。

2.2 加樁法的應(yīng)用

在高樁碼頭混凝土樁基發(fā)生斷裂情況后，通常會用加樁法實施處理，即采用加樁方式進(jìn)行修復(fù)加固。在實際的修復(fù)處理過程中，加樁法的應(yīng)用是先找到原樁位，在附近位置處加設(shè)樁基，再用現(xiàn)澆樁帽節(jié)點連接原結(jié)構(gòu)和樁頂，起到修復(fù)加固的效果。若高樁碼頭混凝土樁基嚴(yán)重受損情況，并且可以將其判定為三類樁，也是采用加樁法進(jìn)行修復(fù)加固。

2.3 外部包覆防腐系統(tǒng)法的應(yīng)用

當(dāng)高樁碼頭混凝土樁基位于水位變動區(qū)時，長期受到海浪的沖擊，其中的鋼結(jié)構(gòu)會發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的情況。對此，可采用外包覆防腐系統(tǒng)法實施加固處理，其中的PTC新型包覆防蝕系統(tǒng)等能起到較好的防海水侵蝕的作用。若高樁碼頭混凝土樁基的鋼管樁因水位變動沖擊，而出現(xiàn)涂層破損的情況，外包覆防腐系統(tǒng)法的應(yīng)用能得到很好的修復(fù)效果。

2.4 玻纖套筒加固法的應(yīng)用

在高樁碼頭混凝土樁基出現(xiàn)混凝土脫落、露出鋼筋等受損情況，可采用玻纖套筒加固法對缺陷進(jìn)行修復(fù)加固，也能處理比較嚴(yán)重的樁基裂縫缺陷。玻纖套筒加固法對碼頭樁基、橋墩柱等缺陷有較好的修復(fù)加固效果。玻纖套筒加固法的應(yīng)用，主要是應(yīng)用定制玻纖套筒、漿料等實施操作，其中玻纖套筒在灌漿材料作業(yè)中發(fā)揮模板作用，有較好的耐腐蝕性。

3 高樁碼頭混凝土樁基的新型修復(fù)加固方法

3.1 復(fù)合纖維材料包覆法的應(yīng)用

復(fù)合纖維材料有較好的耐腐蝕性能，同時具備質(zhì)量較輕和厚度較薄的優(yōu)點，存在抗壓能力不強的缺點。在實際修復(fù)加固處理操作中，復(fù)合纖維材料的包覆基本上不會使加固構(gòu)件的自重、截面大小等增加，可采用普通的施工設(shè)備完成操作，實際施工速度很快，在修補加固結(jié)構(gòu)中得以有效應(yīng)用。在港口高樁碼頭混凝土樁基的修復(fù)處理中，采用復(fù)合纖維材料包覆法主要是修復(fù)結(jié)構(gòu)耐久性，也可以用于加固處理抗拉的結(jié)構(gòu)。若高樁碼頭混凝土樁基受損程度較輕，如出現(xiàn)細(xì)微的裂縫等，能將其評定為二類樁，樁基承載力沒有明顯降低，才能利用復(fù)合纖維材料進(jìn)行包覆加固處理，起到提升結(jié)構(gòu)耐久性的作用。在以往修復(fù)加固處理中，復(fù)合纖維適用膠無法在水下實現(xiàn)固化。這使得復(fù)合纖維材料包覆法通常用于修復(fù)加固處理碼頭的上部結(jié)構(gòu)，不能在修復(fù)處理水下樁基。當(dāng)前，能支持在水下固化的復(fù)合纖維材料適用膠已被研究出來，能用高樁碼頭混凝土樁基的加固處理。

3.2 鋼套筒壓力灌漿法的應(yīng)用

鋼套筒壓力灌漿技術(shù)是新型技術(shù)，能應(yīng)用連接在海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施的樁基與導(dǎo)管架，能有效傳遞荷載，并且形成穩(wěn)定的施工質(zhì)量。鋼套筒壓力灌漿法是利用外套鋼板套筒進(jìn)行施壓，使高強灌漿料能灌入，會形成向鋼管混凝土樁的結(jié)構(gòu)，和原有的樁基共同承受壓力。鋼套筒壓力灌漿法的有效應(yīng)用，主要是鋼套筒發(fā)揮了很好的承載能力，將高強灌漿料壓入鋼套管的空腔內(nèi)中，有效連接鋼套筒和原樁，形成一個整體，從而獲得明顯的加固效果。若高樁碼頭混凝土樁基受損嚴(yán)重，可判定為三類樁，可利用鋼套筒壓力灌漿法進(jìn)行修復(fù)加固處理。但是鋼套筒壓力灌漿法有很大的缺點，需要對鋼套筒進(jìn)行額外的防腐處理，并且耐久性比較差，容易發(fā)生再次腐蝕的情況。此外，在實際修復(fù)加固過程中，鋼套筒的自重較大，會增加施工的難度，在施工方面的費用支出較高。

4 某港口高樁碼頭混凝土樁基修復(fù)實例

4.1 工程概況分析

某高樁碼頭是采用預(yù)應(yīng)力混凝土組合管樁作為樁基，每個排架設(shè)置有十二根基樁。在高樁碼頭使用過程中，由于外部邊界的多種條件發(fā)生變化，在碼頭樁基阻流作用下，碼頭下方出現(xiàn)嚴(yán)重淤積的情況。在淤積土體的影響下，一些大管樁的樁頂處出現(xiàn)裂縫的情況，導(dǎo)致耐久性大幅度下降，應(yīng)實施修復(fù)加固處理。經(jīng)檢測鑒定，受損的樁基出現(xiàn)裂縫的位置都在向岸斜樁靠岸邊一側(cè)，基本都在距離樁頂2m范圍內(nèi)。有很少數(shù)的樁基裂縫是在距離樁頂?shù)?m～3m范圍內(nèi)。

4.2 修復(fù)加固處理方案分析

經(jīng)檢查高樁碼頭混凝土樁基，樁頂裂縫基本上都在水位變動區(qū)，只能在低水位時進(jìn)行施工處理，施工單位按照退潮規(guī)律實施作業(yè)，施工作業(yè)的空間較為狹窄。這種施工環(huán)境下，大型船機、大型施工設(shè)備等都不能進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行施工作用。對此，本次修復(fù)加固工作采用的修復(fù)加固技術(shù)及工藝必須滿足這些要求，并且施工材料能夠支持水下固化。如果采用加固法實施修復(fù)加固處理，需要新增設(shè)樁基，并且還要將碼頭上部結(jié)構(gòu)拆除，實際的費用投入較高，會影響整個碼頭的運營，應(yīng)排除這種方法。常規(guī)現(xiàn)澆混凝土包覆法的應(yīng)用，需要在受損處搭設(shè)模板，并且要求在碼頭下方實施混凝土澆筑作業(yè)。而本次施工作業(yè)只能在破損位置露出水面后進(jìn)行修復(fù)加固處理，有一些裂縫是一直沒在水中，不支持相應(yīng)的搭設(shè)模板和澆筑混凝土的施工操作，不具備可行性。玻纖套筒加固法可支持在水下施工作業(yè)，沒有搭設(shè)模板及設(shè)備等要求，符合本工程混凝土樁基修復(fù)的要求。但本工程混凝土樁基出現(xiàn)受力裂縫，需要進(jìn)行相應(yīng)的封閉補強處理，并且要求修復(fù)材料有較強的抗壓性能。玻纖套筒加固法主要是進(jìn)行修復(fù)耐久性，需要完成較多的施工步驟，才能做好混凝土樁基的修復(fù)加固處理，單根受損的混凝土樁基需要投入費用較高。

4.3 綜合性比選多種施工方案

本工程的混凝土樁基裂縫的位置有所不同，需要采用兩種修復(fù)加固方法實施處理。高樁碼頭混凝土樁基的裂縫和樁頂位置距離較遠(yuǎn)，在進(jìn)行水上裂縫封閉施工處理時，若不能確保有足夠的施工可采用鋼制套筒壓力灌注法。將鋼套筒當(dāng)做高強灌漿材料的模板，同時作為受力構(gòu)件與原樁進(jìn)行連接，借助壓力灌漿能對水下裂縫實施修復(fù)加固處理。鋼套筒能和原樁成為一個整體，使樁基抗彎強度明顯提高。對于在樁頂附近的裂縫，若能進(jìn)行水上封閉裂縫施工處理，可使用復(fù)合纖維材料包覆法實施處理，利用可在水下固化的適用膠粘合復(fù)合材料，修復(fù)加固施工較為方便，并且費用支出較少。針對本工程高樁碼頭混凝土樁基的受損情況，應(yīng)采用鋼制套筒壓力灌注法和復(fù)合纖維材料包覆法進(jìn)行修復(fù)加固處理，起到較好的修復(fù)補強作用。

4.3.1 鋼套筒壓力灌漿法的具體應(yīng)用

若高樁碼頭混凝土樁基的裂縫和樁頂有較大距離時，裂縫位置只能在較短時間內(nèi)露出水面，不能為裂縫注膠等施工操作提供足夠的時間。應(yīng)采用鋼制套筒壓力灌漿法進(jìn)行修復(fù)處理，將鋼套筒包覆在大管樁的外部，用壓力將高性能灌漿材料灌注在樁間的空腔內(nèi)，達(dá)到封閉包覆裂縫的效果，才能實現(xiàn)修復(fù)耐久性的作用。鋼套筒起到灌漿模板的作用，同時也能和原樁形成整體，大幅度提升原樁基的承載能力，并且有較強的傳力效果。在實際的修復(fù)加固處理時，需要在施工現(xiàn)場實施鋼套筒合抱拼接，施工高強螺栓連接拼接縫。依據(jù)相關(guān)施工規(guī)定要求，大管樁和鋼套筒內(nèi)壁應(yīng)保持回形空間，并且確定空間厚度為60mm厚才能開展施工。對于鋼制套筒的包覆處理，包覆長度原則上應(yīng)控制在超過裂縫位置，必須超出五百毫米以上，用橡膠止?jié){條設(shè)置在鋼制套筒的底部與頂部位置處，防止灌漿材料溢出。為延長鋼套筒的使用壽命，可實施相應(yīng)的防腐處理，需要加設(shè)防腐涂層。在鋼制套筒內(nèi)灌漿使用壓力灌漿材料，鋼套筒的底部有預(yù)制安裝的注漿管，壓力將從注漿管中進(jìn)入鋼套筒內(nèi)。在實施注漿處理時，將其中的水與氣從鋼套筒的頂部的溢漿處后排出，使鋼套筒內(nèi)完全灌滿灌漿材料。

4.3.2 復(fù)合纖維材料包覆法的具體應(yīng)用

若高樁碼頭混凝土樁基的裂縫是在樁頂及附近位置，在低水位的情況下，能支持水上封閉修復(fù)裂縫施工，可采用復(fù)合纖維材料包覆法實施修復(fù)加固處理。先采用化學(xué)灌漿法對裂縫實施封閉處理，完成封閉處理后，再用復(fù)合材料包覆大管樁的外部。依據(jù)高樁碼頭混凝土樁基裂縫的實際情況，需要利用四層復(fù)合纖維布修復(fù)系統(tǒng)實施有效處理。在樁基有裂縫的一側(cè)，需要炎垂直走向粘貼三層纖維布，再用纖維布在外圍部分包覆一周，更好地修復(fù)裂縫部分，使此次修復(fù)加固處理有較強的耐久性。首先，需要打磨樁體的表面，并將殘渣清理干凈，將混凝土樁體磨出新鮮面，確保需要修復(fù)面平整。若在混凝土表面在打磨后，出現(xiàn)凹陷部分，需要用修補膠進(jìn)行找平處理。在樁體上粘貼水下復(fù)合纖維，并用滾筒進(jìn)行滾壓，確保粘結(jié)劑能夠完全浸透，將其中的氣泡壓出。

4.4 修復(fù)加固處理效果分析

此次修復(fù)加固施工需要在趕潮時進(jìn)行施工處理，在碼頭下方有比較有限的施工空間，施工難度較高。在進(jìn)行修復(fù)加固方案設(shè)計時，需要充分考慮施工期限、施工方法是否可行等。在對高樁碼頭混凝土樁基進(jìn)行修復(fù)加固處理后，鋼套筒沒有出現(xiàn)較大的變位問題，并且復(fù)合材料能將管樁很好地包裹住。在實施跟蹤檢測后，此處高樁碼頭沒有出現(xiàn)明顯的位移趨勢，取得了較好的加固處理效果。

5 總結(jié)

綜上，在港口高樁碼頭混凝土樁基修復(fù)加固處理中，有加樁法、復(fù)合纖維包覆法等多種處理方法，并且有對應(yīng)的優(yōu)點與不足，需要依據(jù)實際受損情況、施工條件等，制定完善的樁基修復(fù)方法。