某简支小箱梁桥墩、桩主要病害分析及加固处理

邓勇邦

(四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610017)

1 引言

桥梁在长时间使用后墩柱、桩等结构易出现裂缝等病害，在内外部因素共同作用下其逐步向外扩宽并威胁到桥梁的稳定性，甚至引发安全事故，造成极为严重的负面影响[1]。因此，做好对既有病害的加固处理工作非常重要，以下围绕具体问题展开探讨。

2 工程概况

某桥梁建设工程位于大渡河南岸，连接S211、S303，于2010年正式建成通车。该桥为预应力混凝土简支小箱梁桥，总长度316 m，随着使用时间的延长，4～7号桥墩受冲刷异常明显，且5～7号桥墩常年处于浸水环境中。桥梁所处河道洪水期水量大、持续时间长，3～14号桥墩均有受冲击的风险。桩基受严重影响，部分钢筋外露，缩颈量约20 cm。

3 桥墩的主要病害分析

3.1 墩柱裂缝成因分析

3.1.1 保护层厚度不足

5#、6#墩承受全联制动力，对该处的墩结构稳定性造成影响，与此同时R=130 m弯道上存在较明显的制动力作用。以最不利工况为分析前提(冲刷深度约3 m)，经分析后确定桥墩裂缝发生于冲刷截面处，但从实际表现来看，裂缝集中在桩顶1.5 m以上区域，具体情况如图1所示。由此可对5#、6#墩柱的环向裂缝成因形成更准确的认识，即并非受力裂缝。

图1 桥墩裂缝

原设计桥墩选择的是桩柱同径的方案，柱与桩均设置厚度为9 cm的保护层。根据实测结果可知，D=150 cm双柱墩主筋混凝土厚6 cm，相比之下D=200 cm独柱墩则增加至9 cm。可以发现，独柱墩的保护层厚度过大，在混凝土用量增多的条件下易发生干缩现象，且湿度与温度的循环作用明显，更易产生裂缝。实测结果表明，墩柱裂缝均集中发生于独柱墩上，表明裂缝的出现与保护层厚度过大有关。

3.1.2 施工工艺不合理

环向裂缝集中在5#、6#、9#墩，高度方面则依次为桩顶以上2 m、1.5 m、2.5 m，虽然墩底最不利区域受力条件特殊，但该处结构依然较为完整，裂缝反而集中在柱两节段模板交线区域，最大宽度为9#墩的1.34 mm。混凝土裂缝的成因错综复杂，包含拆模时间过早、混凝土浇注缺乏连续性等。

3.2 墩、台剥落露筋

根据原设计文件可以得知，桥位总冲刷深度为2.5 m，通过与实际情况的对比来看，存在冲刷深度设计不足的情况。地势方面，桥位岸坡相对较陡，较特殊的是4～7号桥墩，该结构间的坡体未采取岸坡防护设计，导致在水流作用下坡面整体冲刷下切，至少达到2.5 m，缩颈深度约20 cm，部分结构内部的主筋外露，经过冲刷处理后受侵蚀的部分依然附着剥落的粘土，用手便可将其剥离，相比于设计要求而言实际施工质量欠佳，在水流冲刷作用下必然会发生大幅度的缩颈现象。相较之下，3#、11#桥墩桩基较为完整，该处的施工质量较佳，虽然表面可见细微冲刷现象，但钢筋依然完整被包裹于结构内，稳定性相对较好。经上述分析，总结出桩基冲蚀的基本成因如下。

(1)原桥梁设计缺乏可行性，即冲刷深度不足，未配置完善的防冲刷钢护筒，经冲刷后出现露筋现象，具体如图2所示。

(2)桩基混凝土施工质量欠佳，导致桩结构缺乏抗冲刷能力，水流对其的影响较为明显。

(3)桥梁顺河布置，施工现场的地质条件特殊，对桥梁建设形成限制性作用，4～8号桥墩布设在不利位置，易受到水流冲刷作用。

图2 桩基外露

4 针对既有病害的加固措施

4.1 钻孔

确定裂缝发生部位，于该处骑缝钻孔以便给后续的灌浆提供良好条件。钻孔工艺要求为孔深5 cm、孔径8 mm、孔距35 cm。

4.2 清孔及裂缝表面处理

通过高压空气深度清孔，以免发生灰渣阻塞现象，在裂缝两侧分别扩宽3～4 cm，由施工人员利用钢刷等工具清理杂物，将突出部分凿除干净，若无误则使用丙酮擦洗，保证裂缝两侧不存在油污附着现象[2]。

4.3 粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭

灌浆嘴底盘易受到潮湿空气的作用而形成锈迹，首先需使用丙酮擦拭[3]，再均匀涂抹环氧胶泥，形成1～2 mm厚的土层。灌浆嘴的间距控制应充分考虑到缝长与缝宽两项工艺参数，以此为依据合理调整灌浆嘴的间距，通常以35～40 cm较为合适。为保证每道裂缝都得到有效的处理，应保证各裂缝的进浆孔和排气孔各有1处或更多。确保灌浆嘴粘贴稳定，灌浆孔眼必须对中[4]。

通过如下方法做好裂缝表面的封闭作业：缝宽≥0.15 mm时，可通过风镐凿缝，使其呈“V”形槽，尺寸要求为宽度5～10 cm、深3～5 cm，再利用高压风清孔，保持洁净状态后用丙酮擦拭，使裂缝处理范围内的油污都能被清理干净，再以灰刀为主要工具，选取适量的环氧砂浆并将其涂抹至槽内。

4.4 灌注环氧浆操作

(1)灌注裂缝的可选方法中，以空气泵压注法较为合适，配置压浆罐，通过聚氯乙烯高压透明管连接至灌浆嘴，应保证各处都具有严密性，不可出现漏气等异常问题。

(2)加强对灌注压力的控制，对于进浆通畅的情况，压力以0.2 MPa较为合适；若难以顺利进浆可适当增加压力，泵压以0.4 MPa较为合适。

(3)按如下流程有序灌浆：水平裂缝施工中遵循从低处向高处的原则；竖向腹板裂缝施工中遵循从上向下的原则；及时检验灌浆嘴排出的浆液，若该部分的浓度与灌入浆液浓度保持一致，可随即暂停压浆作业。

5 植筋

按如下流程植筋：测量放线→确定钻孔位置并标识→钻孔→清孔→填入专用注胶→插入钢筋→焊接钢筋→浇筑砼。

胶粘剂是维持锚固件稳定性的关键材料，可选择改性环氧树脂粘胶剂[5]。混凝土结构施工时也涉及到粘胶剂的使用问题，需对其组织毒性检验，准确分析固化后的粘胶剂，若各项指标都无误即可将其投入使用。此外，在使用粘胶剂时不宜掺入任何挥发性有害溶剂。

根据植筋作业的特点，可以选择专用植筋粘胶剂，其在小间距作业中具有可行性，可实现快速凝固。植筋钻孔前应做好全面的探测工作，利用钢筋探测仪检测，明确钢筋的具体位置，确保钻孔期间原有钢筋不出现任何损伤。钻孔的深度、直径等应满足要求，以设计图纸中的尺寸要求为指导，不可随意变更尺寸，且要尽可能地维持钻孔方位的稳定性，以免钻穿相邻植筋孔。钻进成孔后需全面清孔，保证内部不存在杂物。根据施工需求配置钻孔机具，较合适的有专用植筋钻孔机，不推荐使用冲击钻，否则易造成大范围损伤。植筋前组织抗拔试验，通过此方式确定可行工艺参数，植筋完成后及时检测，主要内容包含注胶是否饱满、外观是否完整等。植筋钻孔施工期间应全面确保结构的安全，可采取竖向分批依次推进的方式，沿圆周对称钻2排竖向孔，随时间的延长，若植筋胶恢复至凝固状态时方可组织下一批次的钻进作业。

6 结语

本文结合简支小箱梁桥工程，分析其主要病害类型及具体原因，再探讨相适应的加固措施，最终取得了良好的加固效果，有效延长了桥梁的使用寿命，希望所提内容可作为类似工程的参考，从而提高桥梁的建设水平。