山西省某高速大橋樁基加固處理措施

摘要 針對(duì)山西省某高速公路跨河大橋在遭受特大暴雨之后，由于洪水沖刷造成橋梁部分樁基出現(xiàn)鋼筋外露并且銹蝕嚴(yán)重的問(wèn)題，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，從理論和表觀現(xiàn)象上對(duì)橋梁樁基病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，最后針對(duì)性提出一種樁基加固處理措施。文章探討了植筋施工技術(shù)要點(diǎn)，強(qiáng)化了植筋技術(shù)在橋梁加固工程中的應(yīng)用，同時(shí)在橋梁下游設(shè)置鉛絲石籠護(hù)擋，不僅起到了鋪蓋作用，還減少了泥沙對(duì)橋梁沖刷的下切作用，防護(hù)效果明顯，為后續(xù)橋梁病害修復(fù)提供了參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 橋梁加固；植筋技術(shù)；鋼筋外露；鉛絲石籠

中圖分類號(hào) U418;U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0107-04

0 引言

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的不斷推進(jìn)，目前很多橋梁已經(jīng)逐步進(jìn)入養(yǎng)護(hù)期。在公路跨河橋梁中，樁基礎(chǔ)被廣泛應(yīng)用，其中水害是影響公路橋梁安全的一個(gè)重要因素，樁基礎(chǔ)沖刷是橋梁病害的主要形式之一，嚴(yán)重威脅人的生命和財(cái)產(chǎn)安全[1-3]。受臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”的影響，2023年7月，山西省大部分地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，導(dǎo)致某跨河大橋被洪水沖刷，部分樁基出現(xiàn)鋼筋外露情況并且銹蝕嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該文分析了該大橋樁基病害的原因，并針對(duì)性地提出樁基加固處理措施。

1 工程概況

該公路跨河大橋位于山西省晉中市左權(quán)縣，該橋位于整體式路基上，分為左右兩幅，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為公路-Ⅰ級(jí)。上部結(jié)構(gòu)采用18 m×20 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，橋墩采用柱式墩，墩臺(tái)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。多年沖刷，導(dǎo)致河道下切嚴(yán)重，并造成部分橋墩樁基礎(chǔ)外露，鋼筋銹蝕，橋梁樁基現(xiàn)狀圖如圖1、圖2所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該大橋4 #、5 #橋墩樁基外露嚴(yán)重，左幅4 #橋墩樁基外露4.9 m，左幅5-1 #橋墩樁基外露4.5 m，左幅5-2 #橋墩樁基外露4.2 m，右幅4 #橋墩樁基外露5.75 m，右幅5-1 #橋墩樁基外露3.5 m，右幅5-2 #橋墩樁基外露3.1 m。該大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高，交通繁忙，若河床繼續(xù)下切將導(dǎo)致橋墩樁基礎(chǔ)埋深不足，造成樁基承載力不滿足要求，最終導(dǎo)致橋墩樁基病害的發(fā)生和橋梁水毀事故，將嚴(yán)重威脅人的生命和財(cái)產(chǎn)安全[4]。因此，采取合理措施，確保該大橋橋墩樁基的承載力滿足要求至關(guān)重要。

2 病害成因分析

2.1 施工因素

在施工過(guò)程中，工作人員未按要求嚴(yán)格遵循工藝流程，導(dǎo)致樁基施工質(zhì)量下降，影響橋梁工程質(zhì)量。既有橋梁樁基施工質(zhì)量缺陷主要分為三類：一是護(hù)筒施工缺陷，二是鋼筋缺陷，三是混凝土缺陷[5]。

護(hù)筒缺陷主要表現(xiàn)為護(hù)筒密閉性不夠。在橋梁樁基施工中，護(hù)筒的作用是對(duì)樁基進(jìn)行定位，通過(guò)隔絕樁基周圍的松軟泥土，能夠預(yù)防泥土坍落，對(duì)樁基的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。因此，在護(hù)筒制作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)格要求進(jìn)行，確保護(hù)筒的密閉性。若護(hù)筒漏水，將導(dǎo)致護(hù)筒內(nèi)部泥漿壓力大于護(hù)筒外部水壓力，樁基薄弱位置出現(xiàn)水泥外伸，外部保護(hù)層出現(xiàn)離析問(wèn)題，在河水沖刷下，樁基鋼筋逐漸外露，致使整個(gè)樁基的承載力下降。

鋼筋缺陷主要表現(xiàn)為鋼筋籠定位發(fā)生偏差。在橋梁樁基澆筑過(guò)程中，若鋼筋籠位置出現(xiàn)偏差或者固定不牢固，則鋼筋籠所受的力就會(huì)不均勻，在混凝土澆筑的沖擊力下，鋼筋籠發(fā)生晃動(dòng)，混凝土與鋼筋籠之間結(jié)合不均勻，導(dǎo)致樁基的保護(hù)層厚度不一樣，出現(xiàn)一側(cè)減少一側(cè)增多的現(xiàn)象，減少部位表現(xiàn)為鋼筋籠外混凝土覆蓋面薄，為樁基薄弱環(huán)節(jié)，在水流長(zhǎng)期沖擊作用下，極易導(dǎo)致混凝土松動(dòng)掉落，樁基鋼筋外露。因此，在樁基施工中，混凝土澆筑前，必須保障鋼筋籠的位置適宜、固定牢靠，嚴(yán)格保證護(hù)筒鋼筋籠的保護(hù)層厚度與規(guī)范相符。

混凝土缺陷主要表現(xiàn)為混凝土原材料質(zhì)量不合格，混合料配合比設(shè)計(jì)不合理。再加上拌和施工不到位，降低混合料的和易性與密實(shí)度，制約施工效果提升，此外，在樁基加固施工中，施工人員未嚴(yán)格按要求開(kāi)展混凝土澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)施工，難以確保施工效果，甚至還可能出現(xiàn)施工裂縫?；炷撂蓟蜐矒v不實(shí)，內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)大量的孔洞、裂隙，特別是在水下施工時(shí)，有害的氯離子加速了混凝土表面裂縫和體脹的發(fā)展。另外，混凝土水化過(guò)程中產(chǎn)生大量水化熱也會(huì)加劇混凝土脹裂，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，產(chǎn)生露筋。

2.2 自然因素

該橋所處的位置水文環(huán)境變化明顯，隨著氣候的變化，樁周的巖土被河流沖刷帶走，加劇水流帶來(lái)的沖刷力度，導(dǎo)致河床面下降，樁身外露。在今年“杜蘇芮”臺(tái)風(fēng)的影響下，發(fā)生特大洪水，導(dǎo)致河水暴漲，加劇了樁基的局部沖刷，主要表現(xiàn)為水流挾帶砂石，在樁基間形成漩渦，對(duì)樁基形成磨蝕作用，導(dǎo)致樁基保護(hù)層破壞，發(fā)生樁基鋼筋外露現(xiàn)象，加速了樁基病害發(fā)生的趨勢(shì)。

2.3 人為因素

影響樁基耐久性的主要人為因素有不合理的挖砂活動(dòng)和養(yǎng)護(hù)不到位[6]。隨著人們生活中對(duì)砂石利用率的提高，該區(qū)域附近的村民采砂活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致上游來(lái)砂量不足以填補(bǔ)下游挖沙活動(dòng)損失的泥沙量，使得河床的自然坡度和水流發(fā)生變化，造成局部流速變大，進(jìn)一步加劇泥沙的損失，加速了河流的下切作用，進(jìn)而導(dǎo)致樁頭外露，影響了樁基的承載能力和耐久性。另外，由于樁基位于水中，后期養(yǎng)護(hù)部門對(duì)樁基檢測(cè)、維護(hù)往往不到位，沒(méi)有及時(shí)維護(hù)，導(dǎo)致樁基病害由小變大，最終甚至?xí)斐砂踩徒?jīng)濟(jì)損失。

綜上所述，造成樁基病害的主要原因來(lái)自以上三方面。由于該橋在高速公路保暢通中發(fā)揮著重要作用，為了確保既有橋梁的結(jié)構(gòu)安全和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，必須盡快采取有效的措施對(duì)樁基進(jìn)行加固處理，以保證公路的正常運(yùn)營(yíng)。

3 樁基加固方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況和實(shí)際條件，確定出該大橋樁基加固方案：對(duì)左右線4 #、5 #墩樁基進(jìn)行加固，采用樁基擴(kuò)大截面加固法，運(yùn)用樁基植筋技術(shù)，將樁基由直徑1.5 m增大到1.8 m；同時(shí)再對(duì)樁基進(jìn)行進(jìn)一步防護(hù)，在河床60 m×45 m（長(zhǎng)×寬）范圍內(nèi)回填砂礫并鋪設(shè)鉛絲石籠進(jìn)行防護(hù)，防止水流繼續(xù)沖刷橋梁下部樁基。

3.1 植筋施工工藝

（1）鑿毛

首先對(duì)承臺(tái)以下的樁基混凝土進(jìn)行鑿毛，直至露出受力主筋，在鑿混凝土的過(guò)程中采用風(fēng)鎬和手工鑿除相配合的方式，保證樁基鋼筋不受損壞。對(duì)鑿毛后樁基用空壓機(jī)進(jìn)行吹洗，確保鑿毛后樁基無(wú)任何雜物及松散混凝土。

（2）鉆孔

與原結(jié)構(gòu)鋼筋相區(qū)分，經(jīng)過(guò)相關(guān)人員確認(rèn)鉆孔位置后，放出鉆孔位置線，相關(guān)人員按照?qǐng)D紙要求用電鉆進(jìn)行鉆孔，鉆頭選用合金鋼鉆頭，鉆孔深20 cm，在鉆孔過(guò)程中，保證鉆頭始終與主面保持垂直。

（3）清孔

清孔是植筋技術(shù)中最重要的環(huán)節(jié)，鉆孔之后對(duì)灰塵、碎渣的清潔程度直接影響植筋質(zhì)量的好壞，因此，將植筋孔清洗干凈至關(guān)重要[7]。具體操作過(guò)程為在加長(zhǎng)棒上套上毛刷伸至孔底，反復(fù)抽動(dòng)的同時(shí)把灰塵、碎渣帶出，最后將孔內(nèi)浮塵用壓縮空氣機(jī)吹出，吹完后再用脫脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔內(nèi)壁。

（4）植筋

植筋前先用鋼絲刷對(duì)鋼筋植入部分進(jìn)行除銹，再用酒精或丙酮清洗鋼筋。使用專用的手動(dòng)注射器將注射式植筋膠注入孔內(nèi)，隨后立即向孔內(nèi)進(jìn)行植筋，先將鋼筋放在孔口，然后單方向緩慢旋入鋼筋直至伸入孔底，再對(duì)鋼筋進(jìn)行固定，50 h后將鋼筋下端與原樁基豎向主筋進(jìn)行焊接，完成植筋[8]。

其中，植筋設(shè)計(jì)單根植筋錨固的承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算為：

N1b= fy AS （1）

ld ≥ψNψae ls （2）

式（1）、式（2）中：N1b——植筋鋼材軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值（kN）；fy——植筋用鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；AS——鋼筋截面面積（mm2）；ld——植筋錨固深度設(shè)計(jì)值（mm）；ls——植筋的基本錨固深度（mm）；ψN——需加大錨固深度的修正系數(shù)；ψae——考慮植筋位移延性要求的修正系數(shù)。

植筋的基本錨固深度 ls計(jì)算為：

ls=0.2αspt dfy / fbd （3）

式（3）中：αspt ——防止混凝土劈裂引用的計(jì)算系數(shù)；d——植筋公稱直徑；fbd——植筋用膠黏劑的黏結(jié)抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）。

植筋示意圖如圖3所示：1號(hào)主筋實(shí)際位置與樁基防護(hù)主筋位置相對(duì)應(yīng)，并沿圓周均勻分布；2號(hào)鋼筋應(yīng)以10 cm間距垂直布置，3號(hào)鋼筋梅花形布置垂直間距50 cm，環(huán)向間距50 cm，兩端與新舊箍筋點(diǎn)焊。

（5）綁扎鋼筋

按照?qǐng)D紙要求綁扎鋼筋籠，鋼筋籠綁扎間距為10 cm，誤差控制在±10 mm。

（6）支模澆筑養(yǎng)護(hù)

1）安裝保護(hù)層并固定模板，安裝模板時(shí)要對(duì)接縫處進(jìn)行密封，避免混凝土澆筑時(shí)發(fā)生漏漿現(xiàn)象，同時(shí)控制好模板與鋼筋籠之間的距離；

2）模板安裝完成后，澆筑C35聚丙烯網(wǎng)狀纖維自密實(shí)混凝土；

3）澆筑完成后進(jìn)行拆模，為了確保不損傷混凝土，采用草簾包裹樁基并用蒸汽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，涂刷混凝土硅烷防護(hù)劑并對(duì)混凝土進(jìn)行28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

3.2 鉛絲石籠施工工藝

（1）制作鉛絲石籠

鉛絲石籠骨架采用3 mm鍍鋅鐵絲綁扎，相鄰石籠采用鉛絲連接。石籠網(wǎng)箱大小為4 m×3 m×0.5 m，籠網(wǎng)網(wǎng)格為100 mm×100 mm，絲徑為Ф3.0 mm，抗拉強(qiáng)度不小于400 MPa，伸長(zhǎng)率不小于12%，網(wǎng)箱填石料粒徑為150～300 mm。塊石要求質(zhì)量良好，堅(jiān)硬無(wú)裂縫，無(wú)風(fēng)化，飽和抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于30 MPa，軟化系數(shù)應(yīng)大于0.85，孔隙率不大于3%，石料干密度24 kN/m3，上兩面大致平整、平行、無(wú)尖角、薄邊，并有較好的外觀，密實(shí)的結(jié)構(gòu)，填滿石籠。每個(gè)鉛絲石籠骨架與原地面間采用4根Ф22、L=1 m螺紋鋼筋打入地下，打入深度為1 m，鋼筋與鉛絲籠骨架連接用鋼絲綁扎。

（2）修筑鉛絲石籠護(hù)擋

鋪砌鉛絲石籠前，先對(duì)河床地基回填砂礫，然后在橋下游鋪砌石籠[9-10]，采用人工與機(jī)械相配合的方式將已裝填好的鉛絲石籠網(wǎng)兜從3 #樁基開(kāi)始鋪砌。鋪砌高度沿河床底至原設(shè)計(jì)沖刷線高程，鋪砌高度為1 m，砌護(hù)范圍至現(xiàn)狀主槽岸坡處。鉛絲石籠沿水流方向砌護(hù)長(zhǎng)度為60 m，按照?qǐng)D紙將鉛絲石籠依次進(jìn)行錯(cuò)茬鋪砌，鋪砌鉛絲石籠護(hù)擋范圍如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，公路橋梁作為我國(guó)重要工程，在我國(guó)交通中占據(jù)著重要作用。在公路橋梁運(yùn)行中，樁基鋼筋外露是常見(jiàn)的病害，若不能及時(shí)解決問(wèn)題，將直接影響樁基的承載力和耐久性，影響整個(gè)公路橋梁的質(zhì)量與壽命。該橋梁樁基加固工程所實(shí)施的植筋技術(shù)和鉛絲石籠護(hù)擋措施，是公路工程和水利工程的一次結(jié)合。通過(guò)該工程，不僅能夠有效處理鋼筋外露情況，加強(qiáng)樁基，而且使橋梁安全度過(guò)汛期，同時(shí)也保障了公路的行車安全。植筋技術(shù)與鉛絲石籠護(hù)擋的應(yīng)用，在橋梁工程安全中起到重要作用，需不斷探索并實(shí)踐，提高其應(yīng)用價(jià)值，全面提升公路橋梁質(zhì)量。

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收稿日期：2024-04-12

作者簡(jiǎn)介：王鵬莉（1994—），女，碩士，助理工程師，從事橋梁與隧道工程建設(shè)相關(guān)工作。