高桩码头混凝土桩基修复加固技术分析

2021-12-24姜学洲

绿色环保建材 2021年11期

姜学洲

烟台市交通运输执法监察支队

1 前言

在港口工程高桩码头中，采用预应力混凝土桩作为基桩结构，有防腐蚀性强、造价低等优势。但同时，预应力混凝土桩不具备较强的抗弯能力，当处在淤泥土体中，存在明显的不适性。经调查发现，高桩码头混凝土桩在应用过程中，因码头的回淤环境造成岸坡淤积的情况，会使混凝土桩基发生破损或裂缝的问题，并且比较普遍。此外，因受到船舶的意外撞击作用，混凝土桩基很可能出现断裂等严重受损情况，会对高桩码头的安全使用造成很大影响。对此，需仔细研究高桩码头混凝土桩基的实际受损情况、周围环境等，采用有效的修复加固技术。

2 高桩码头混凝土桩基的常规修复加固方法

高桩码头具有透空结构，在码头平面下，有波浪和水流通过，不会发生发射波浪的情况，不对泄洪处理造成影响，并可在一定程度上减少淤积，在软土地基上有较好的适用性。近年来高桩码头是采用大型预应力混凝土管柱或钢管柱等。

2.1 现浇混凝土包覆法的应用

在高桩码头混凝土桩基修复处理中，采用现浇混凝土包覆法，先找出桩基破损的具体位置，再搭建相应的固定模板，并配合浇筑适量的混凝土。这可能会使高桩码头桩基础恢复原有的尺寸大小，也可能会使混凝土桩基局部的截面尺寸增大，起到修复桩基的目的。现浇混凝土包覆法进行加固处理有较好的耐久性，修复加固效果较好。

2.2 加桩法的应用

在高桩码头混凝土桩基发生断裂情况后，通常会用加桩法实施处理，即采用加桩方式进行修复加固。在实际的修复处理过程中，加桩法的应用是先找到原桩位，在附近位置处加设桩基，再用现浇桩帽节点连接原结构和桩顶，起到修复加固的效果。若高桩码头混凝土桩基严重受损情况，并且可以将其判定为三类桩，也是采用加桩法进行修复加固。

2.3 外部包覆防腐系统法的应用

当高桩码头混凝土桩基位于水位变动区时，长期受到海浪的冲击，其中的钢结构会发生严重腐蚀的情况。对此，可采用外包覆防腐系统法实施加固处理，其中的PTC新型包覆防蚀系统等能起到较好的防海水侵蚀的作用。若高桩码头混凝土桩基的钢管桩因水位变动冲击，而出现涂层破损的情况，外包覆防腐系统法的应用能得到很好的修复效果。

2.4 玻纤套筒加固法的应用

在高桩码头混凝土桩基出现混凝土脱落、露出钢筋等受损情况，可采用玻纤套筒加固法对缺陷进行修复加固，也能处理比较严重的桩基裂缝缺陷。玻纤套筒加固法对码头桩基、桥墩柱等缺陷有较好的修复加固效果。玻纤套筒加固法的应用，主要是应用定制玻纤套筒、浆料等实施操作，其中玻纤套筒在灌浆材料作业中发挥模板作用，有较好的耐腐蚀性。

3 高桩码头混凝土桩基的新型修复加固方法

3.1 复合纤维材料包覆法的应用

复合纤维材料有较好的耐腐蚀性能，同时具备质量较轻和厚度较薄的优点，存在抗压能力不强的缺点。在实际修复加固处理操作中，复合纤维材料的包覆基本上不会使加固构件的自重、截面大小等增加，可采用普通的施工设备完成操作，实际施工速度很快，在修补加固结构中得以有效应用。在港口高桩码头混凝土桩基的修复处理中，采用复合纤维材料包覆法主要是修复结构耐久性，也可以用于加固处理抗拉的结构。若高桩码头混凝土桩基受损程度较轻，如出现细微的裂缝等，能将其评定为二类桩，桩基承载力没有明显降低，才能利用复合纤维材料进行包覆加固处理，起到提升结构耐久性的作用。在以往修复加固处理中，复合纤维适用胶无法在水下实现固化。这使得复合纤维材料包覆法通常用于修复加固处理码头的上部结构，不能在修复处理水下桩基。当前，能支持在水下固化的复合纤维材料适用胶已被研究出来，能用高桩码头混凝土桩基的加固处理。

3.2 钢套筒压力灌浆法的应用

钢套筒压力灌浆技术是新型技术，能应用连接在海上风电基础设施的桩基与导管架，能有效传递荷载，并且形成稳定的施工质量。钢套筒压力灌浆法是利用外套钢板套筒进行施压，使高强灌浆料能灌入，会形成向钢管混凝土桩的结构，和原有的桩基共同承受压力。钢套筒压力灌浆法的有效应用，主要是钢套筒发挥了很好的承载能力，将高强灌浆料压入钢套管的空腔内中，有效连接钢套筒和原桩，形成一个整体，从而获得明显的加固效果。若高桩码头混凝土桩基受损严重，可判定为三类桩，可利用钢套筒压力灌浆法进行修复加固处理。但是钢套筒压力灌浆法有很大的缺点，需要对钢套筒进行额外的防腐处理，并且耐久性比较差，容易发生再次腐蚀的情况。此外，在实际修复加固过程中，钢套筒的自重较大，会增加施工的难度，在施工方面的费用支出较高。

4 某港口高桩码头混凝土桩基修复实例

4.1 工程概况分析

某高桩码头是采用预应力混凝土组合管桩作为桩基，每个排架设置有十二根基桩。在高桩码头使用过程中，由于外部边界的多种条件发生变化，在码头桩基阻流作用下，码头下方出现严重淤积的情况。在淤积土体的影响下，一些大管桩的桩顶处出现裂缝的情况，导致耐久性大幅度下降，应实施修复加固处理。经检测鉴定，受损的桩基出现裂缝的位置都在向岸斜桩靠岸边一侧，基本都在距离桩顶2m范围内。有很少数的桩基裂缝是在距离桩顶的2m～3m范围内。

4.2 修复加固处理方案分析

经检查高桩码头混凝土桩基，桩顶裂缝基本上都在水位变动区，只能在低水位时进行施工处理，施工单位按照退潮规律实施作业，施工作业的空间较为狭窄。这种施工环境下，大型船机、大型施工设备等都不能进入现场进行施工作用。对此，本次修复加固工作采用的修复加固技术及工艺必须满足这些要求，并且施工材料能够支持水下固化。如果采用加固法实施修复加固处理，需要新增设桩基，并且还要将码头上部结构拆除，实际的费用投入较高，会影响整个码头的运营，应排除这种方法。常规现浇混凝土包覆法的应用，需要在受损处搭设模板，并且要求在码头下方实施混凝土浇筑作业。而本次施工作业只能在破损位置露出水面后进行修复加固处理，有一些裂缝是一直没在水中，不支持相应的搭设模板和浇筑混凝土的施工操作，不具备可行性。玻纤套筒加固法可支持在水下施工作业，没有搭设模板及设备等要求，符合本工程混凝土桩基修复的要求。但本工程混凝土桩基出现受力裂缝，需要进行相应的封闭补强处理，并且要求修复材料有较强的抗压性能。玻纤套筒加固法主要是进行修复耐久性，需要完成较多的施工步骤，才能做好混凝土桩基的修复加固处理，单根受损的混凝土桩基需要投入费用较高。

4.3 综合性比选多种施工方案

本工程的混凝土桩基裂缝的位置有所不同，需要采用两种修复加固方法实施处理。高桩码头混凝土桩基的裂缝和桩顶位置距离较远，在进行水上裂缝封闭施工处理时，若不能确保有足够的施工可采用钢制套筒压力灌注法。将钢套筒当做高强灌浆材料的模板，同时作为受力构件与原桩进行连接，借助压力灌浆能对水下裂缝实施修复加固处理。钢套筒能和原桩成为一个整体，使桩基抗弯强度明显提高。对于在桩顶附近的裂缝，若能进行水上封闭裂缝施工处理，可使用复合纤维材料包覆法实施处理，利用可在水下固化的适用胶粘合复合材料，修复加固施工较为方便，并且费用支出较少。针对本工程高桩码头混凝土桩基的受损情况，应采用钢制套筒压力灌注法和复合纤维材料包覆法进行修复加固处理，起到较好的修复补强作用。

4.3.1 钢套筒压力灌浆法的具体应用

若高桩码头混凝土桩基的裂缝和桩顶有较大距离时，裂缝位置只能在较短时间内露出水面，不能为裂缝注胶等施工操作提供足够的时间。应采用钢制套筒压力灌浆法进行修复处理，将钢套筒包覆在大管桩的外部，用压力将高性能灌浆材料灌注在桩间的空腔内，达到封闭包覆裂缝的效果，才能实现修复耐久性的作用。钢套筒起到灌浆模板的作用，同时也能和原桩形成整体，大幅度提升原桩基的承载能力，并且有较强的传力效果。在实际的修复加固处理时，需要在施工现场实施钢套筒合抱拼接，施工高强螺栓连接拼接缝。依据相关施工规定要求，大管桩和钢套筒内壁应保持回形空间，并且确定空间厚度为60mm厚才能开展施工。对于钢制套筒的包覆处理，包覆长度原则上应控制在超过裂缝位置，必须超出五百毫米以上，用橡胶止浆条设置在钢制套筒的底部与顶部位置处，防止灌浆材料溢出。为延长钢套筒的使用寿命，可实施相应的防腐处理，需要加设防腐涂层。在钢制套筒内灌浆使用压力灌浆材料，钢套筒的底部有预制安装的注浆管，压力将从注浆管中进入钢套筒内。在实施注浆处理时，将其中的水与气从钢套筒的顶部的溢浆处后排出，使钢套筒内完全灌满灌浆材料。

4.3.2 复合纤维材料包覆法的具体应用

若高桩码头混凝土桩基的裂缝是在桩顶及附近位置，在低水位的情况下，能支持水上封闭修复裂缝施工，可采用复合纤维材料包覆法实施修复加固处理。先采用化学灌浆法对裂缝实施封闭处理，完成封闭处理后，再用复合材料包覆大管桩的外部。依据高桩码头混凝土桩基裂缝的实际情况，需要利用四层复合纤维布修复系统实施有效处理。在桩基有裂缝的一侧，需要炎垂直走向粘贴三层纤维布，再用纤维布在外围部分包覆一周，更好地修复裂缝部分，使此次修复加固处理有较强的耐久性。首先，需要打磨桩体的表面，并将残渣清理干净，将混凝土桩体磨出新鲜面，确保需要修复面平整。若在混凝土表面在打磨后，出现凹陷部分，需要用修补胶进行找平处理。在桩体上粘贴水下复合纤维，并用滚筒进行滚压，确保粘结剂能够完全浸透，将其中的气泡压出。

4.4 修复加固处理效果分析

此次修复加固施工需要在赶潮时进行施工处理，在码头下方有比较有限的施工空间，施工难度较高。在进行修复加固方案设计时，需要充分考虑施工期限、施工方法是否可行等。在对高桩码头混凝土桩基进行修复加固处理后，钢套筒没有出现较大的变位问题，并且复合材料能将管桩很好地包裹住。在实施跟踪检测后，此处高桩码头没有出现明显的位移趋势，取得了较好的加固处理效果。