某桥梁水中桩基病害治理外包钢筋混凝土方案分析

欧锦

（黔东南公路建设养护有限公司，贵州凯里 556000）

0 引言

水中桩基病害会降低桥梁的承载力，加速桥梁老化损坏，甚至导致桥梁坍塌。因此，及时发现和治理水中桩基病害是桥梁养护的重要内容。目前，针对水中桩基病害的治理方法主要有外包钢筋混凝土法、钢套筒法、玻纤套筒法等，其各具优缺点，需根据具体工程条件和病害特征进行合理选择和优化[1-3]。

1 工程概况

某跨河公路桥梁采用预应力混凝土连续刚构形式，上部为T 形梁，下部为群桩基础。该桥总长1250m，分三个跨度，分别为65m、120m、65m。该桥的主跨为连续刚构桥的最大跨径，具有较高的跨越能力和抗震性能。上部结构采用悬臂施工法，下部结构采用钻孔灌注桩法，桩径为1.5m，桩长为25m。

2 桩基病害

根据该桥梁15#～29#墩检测结果，桩基出现病害。

2.1 桩基病害分类

结合检测信息及现场情况可确定该公路桥梁水中桩基病害主要如下：第一，水流冲刷导致桩身表面混凝土剥蚀，暴露钢筋。第二，桩身混凝土碳化导致桩身表面混凝土剥落，钢筋外露。第三，桩身混凝土密实性差、夹泥，桩身内部钢筋裸露，影响桩身承载力。第四，桩身混凝土存在裂缝、剥落、掏空等现象，桩外部钢筋网裸露，影响桩身整体性、抗渗性[4]。

2.2 病害成因分析

结合文献及工程资料，分析该桥梁桩基病害成因。

第一，环境因素。水中桩基受水流、波浪、船舶等冲击侵蚀，桩身表面混凝土剥落。且水中盐分较多，加速桩身混凝土碳化、腐蚀钢筋。第二，管养因素。桥梁使用过程中维护管理不当，如桥梁荷载超过设计标准，造成桩基超载变形，桥梁检测和维护不及时，未及时发现和治理桩基病害。第三，施工因素。施工过程中，桩基成孔、灌注、截桩等环节出现偏差，造成桩基偏位、断桩[5]。

3 桩基病害治理方案

由于水中有害物质的侵蚀，桩基混凝土逐渐劣化，桩基承载力下降，甚至坍塌[6]。为避免该情况持续扩展，需验算桩基承载力，并采取有效的治理措施。

3.1 外包钢筋混凝土法

外包钢筋混凝土法适用于病害严重的桩基，其原理为在原桩基外部包裹钢筋网，浇筑高强度混凝土，形成新保护层，提高桩基承载力，施工步骤如下：第一，水中设立作业平台，清理桩基表面，去除松散混凝土，凿出麻坑或沟槽，增加黏结面积。第二，桩基外部安装钢筋网，钢筋网的直径、间距和覆盖厚度应根据设计要求确定，钢筋网应与桩基保持一定的距离，可用支撑件固定。第三，钢筋网外部套上模板，模板应密实无缝，且应高于水面，以便进行后续作业。第四，桩基、钢筋网之间浇筑高强度混凝土，混凝土采用泵送或吊桶输送[7]。第五，拆除模板，检查混凝土质量，采取必要的防护措施。

外包钢筋混凝土法加固施工如图1 所示。

图1 外包钢筋混凝土法加固示意图

3.2 钢套筒法

钢套筒法适用于病害程度较轻的桩基，在桩身外套钢筒，钢筒内灌水泥浆，形成新的承载体，以提高桩基的抗压强度和抗冲刷能力。

3.3 玻纤套筒法

玻纤套筒法的原理是在桩身外部套玻纤套筒，灌注环氧砂浆液，构成加固层，玻纤套筒材质轻，水中操作性强，适用于多种桩基加固。玻纤套筒施工过程中需做好对原桩基表面的清洁工作，以确保最终的加固效果[8]。

3.4 方案比选

上述3 种方案各有优缺点，需综合考虑加固质量、造价、工期和风险等因素，选择最适合的方案，方案对比结果如表1 所示。

表1 3 种水中桩基病害治理方案效果对比

根据2017 年、2019 年的定检报告，该桥的42 根桩基病害发展速率较快，三类病害桩基的比例从6%增加至50%，一类病害桩基的比例从79%降低至31%，表明桩基结构严重受损，需进行加固。综合考虑桩基病害的类型、程度、分布、水文条件等因素，推荐采用外包钢筋混凝土法。

4 外包钢筋混凝土法施工要点

4.1 围堰类型选择

桥梁水中桩基加固工程需在水中搭设作业平台，为避免影响交通，选择施工速度快的围堰方式[9]。综合比较各围堰方式的优缺点，选用钢套箱围堰形式。由钢板桩组成围堰，其结构刚度强、施工便捷、易于拆除，适用于深水或深基坑，以及流速较大的河床，可有效保证桩基施工质量，节约工期。

4.2 钢套箱围堰施工要点

第一，施工准备。根据设计要求、现场条件确定钢套箱的结构形式、尺寸等，由工厂预制或现场制作。制作时需避免钢套箱接缝处漏水，且钢套箱内设置足够的支撑，钢套箱外设吊耳、导向架等。

第二，定位导向框。根据图纸及勘测结果，设置打桩定位轴线、观测点，确定钢套箱下放位置、高程。钢套箱四角安装导向框，导向框应与钢套箱保持一定间隙，以便调整钢套箱。

第三，单元板安装。钢套箱分若干个单元板，每个单元板由若干个钢板或钢丝网水泥板组成，单元板之间用螺栓连接。安装时按照预定顺序将单元板吊装至水中与导向框对接，调整单元板水平度、垂直度，确保位置正确。

第四，阴阳接头处理。所有单元板安装完毕后处理钢套箱阴阳接头，其宽度根据设计要求确定。阴阳接头处理方法有多种，如用钢板或木板垫填、用水泥砂浆灌注、用止水材料捻缝等，以防止水流、泥沙进入钢套箱内部，具体采用何种接头处理方法需根据实际情况确定。

第五，围堰封底。将钢套箱下放至基坑底部后处理地基，清除浑浊土壤，确保基底坚实、平整。在钢套箱底部浇筑混凝土，形成封底层。浇筑混凝土时采用泵送方式，浇筑时安排专人进行封底混凝土面标高测量，同时安排专人检查各吊杆螺帽的松紧情况，发现有松动需立即拧紧。

4.3 加固施工要点

外包钢筋混凝土法施工流程如图2 所示。

图2 包钢筋混凝土法施工流程

4.3.1 混凝土表面处理

在水中设立作业平台，清理桩身表面，将桩身表面裂缝、空洞、塌孔等缺陷清理至密实部位，表面凿毛，要求凿成麻坑或沟槽，麻坑或沟槽深度不宜小于6mm，间距不宜大于箍筋间距；酸洗去除桩身表面的碳化层，用环氧树脂涂抹在桩身表面，以提高新旧混凝土之间的黏结性。

4.3.2 旧钢筋处理

在桩身表面开设检查孔，检查桩身内部钢筋状况，确定需要处理的钢筋位置、数量；切除桩身内部的病害钢筋，保留完好钢筋；酸洗去除桩身内部钢筋表面的锈蚀、油污等杂物，提高钢筋表面的清洁度；用焊接方式连接新设钢筋与原钢筋，保证连接牢固、可靠，避免连接处应力集中变形。

4.3.3 植筋

在桩身外部钻孔，插入钢筋，用植筋胶黏结，确保新、旧混凝土协同受力，以提高桩基承载力。按梅花状于桩身表面布孔位，精确标注每个孔位，避免与现有钢筋碰撞，如有碰撞，需适当调整孔位，但不得改变钻孔深度；冲击钻钻孔，孔径比植筋直径大2～5mm，孔深比设计要求深5～10mm，以保证钢筋锚固长度；钻孔后立即用空压机吹除孔内粉尘，用毛刷刷净孔壁；孔壁保持干燥，若孔内有水或油污，用电热或化学方法干燥处理；用丙酮擦拭孔壁，去除残留杂质；将植筋胶注满钻孔，将钢筋插入孔中，旋转一周，使钢筋与植筋胶充分混合，牢固黏结。

4.3.4 钢筋与模板工程

先在钢筋棚中将钢筋网加工成半圆状，预留足够箍筋长度，用于搭接固定。钢筋接头错开设置，避免应力集中和变形。钢筋间距、保护层厚度需符合设计要求，必要时采用辅助措施进行调控。由于桩基所在围堰空间较小，不便使用大型机械，钢筋笼先分段加工成1/2 圆周形状，预留箍筋长度，用于拼接固定。每段钢筋笼接头位置错开，满足稳定性要求。钢筋笼主筋、桩身内部植筋应采用焊接方式，保证连接牢固、可靠。模板采用两片半圆木模拼接而成，每片木模由多个模板块组成，模板块之间用双面胶胶带衬缝，防止混凝土渗漏。模板块之间使用法兰盘螺栓连接，以增加模板的刚度、整体性。法兰盘上设有定位销，用于控制模板的垂直度和位置。与钢模板相比，木模具有重量轻、操作简便、施工周期短等优点。

4.3.5 混凝土工程

桩身外部浇筑高强度自密实混凝土（具有高流动性、高稳定性和高均匀性），形成新保护层，延缓桩基表面混凝土侵蚀速率。混凝土施工步骤如下：

第一，根据浇筑段高度分节安装木模板，模板应结实、严密、平整，防止混凝土渗漏和变形。

第二，将混凝土从桩侧缓缓倒入模板内，不能从桩顶直接倒入，以免造成混凝土离析分层。

第三，采用附着式振捣器对混凝土进行振捣，使混凝土充分密实，排出空气，提高强度和耐久性[10]。

第四，振捣过程需实时监测木模板变形量，发现异常时及时调整，避免塌模等施工事故。

第五，待混凝土强度达到设计要求，拆除木模板，检查混凝土质量和尺寸，如有缺陷应及时修补。

第六，混凝土后期养护采用覆盖、浇水、喷雾等方法，防止产生裂缝和缩孔。

5 结语

通过比选三种方案，确定外包钢筋混凝土法为最佳方案，其原理是在桩身外部包裹钢筋网，浇筑高强度自密实混凝土，延缓桩基表面混凝土侵蚀速率，提升桩基结构承载力。该方法适用于桩基病害严重的情况，可有效提高桩基抗弯、抗剪、抗压能力，提高桩基安全系数，且不会增大桩基截面尺寸，不影响桥梁正常通行，施工方便，效果显著；自密实混凝土具有高流动性，可充分填充桩身裂缝、空洞；采用木模板，重量轻、操作简便、施工周期短，可有效降低现场施工难度。该工程采用的外包钢筋混凝土方案可为同类型桥梁水中桩基病害治理提供参考。