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水下混凝土桩基表面保护处理措施

日期：2016-6-13 9:48:04　来源：本站原创　浏览数：
　

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1 ·概述
    湖北某桥全长605 m，下部共有墩、台2×17个。根据地质和受力要求，除桥台外其余各墩均采用钻孔灌注桩基础，全部为嵌岩桩。
    运行多年后检查，坐落在河心段的一部分桩基因河床被水流冲刷、掏空，不仅基桩承受一定的侧压力使基桩处于不利的受力状态，而且造成桩基表面混凝土剥落、露筋及钢筋锈蚀等病害。为保证安全运行，决定对桩基进行水下保护性加固处理。
    2 ·设计验算及保护处理方案
    考虑桩基因周围土层流失对地基承载能力带来的影响，以及对桩身强度及稳定性的折减等，设计进行了地基承载力校核、桩身强度及稳定性校核、桩基水平抗力等计算。
    计算结论：地基承载能力、桩身强度及稳定性、桩基水平抗力均满足原设计要求，安全储备折减相对较小，因此只需对桩基外表进行外包式保护加固即可，具体方案如下。
    沿桩基四周下挖1 m，桩基外采用4~6 mm圆形钢板（兼模板）外包，桩基与钢模板间浇注混凝土，混凝土保护层厚度不应小于6 cm，如图1所示。当厚度大于10 cm时，应考虑敷设钢筋网。

    3· 材料选择
    桩基与钢模板间浇注的混凝土由于需在水下浇注，因此必须采用水下不分散混凝土。水下不分散混凝土是将以絮凝剂为主的抗分散剂加入新拌混凝土，通过絮凝剂的高分子长链的“桥架”作用，使拌和物形成稳定的空间柔性网络结构，提高新拌混凝土的粘聚力，限制新拌混凝土的分散、离析以及避免水泥流失，并能在水下自流平、自密实，形成优质的、均匀的混凝土。
    根据本工程特点，当保护层混凝土厚度大于10 cm时需敷设钢筋网，敷设钢筋不仅加工麻烦而且水下绑钢筋难度更大，工期不能保证；厚度小于10 cm时又需在狭小的水下空间内浇注混凝土，且混凝土不可震捣、不可泵送，其混凝土的流动性必须要好，要有自流平、自密实的特点。因此经比选，采用了一种PBM聚合物混凝土。
    PBM聚合物混凝土是以PBM树脂为粘结剂，将其与骨料（石子、砂、水泥）固结而成的混凝土。它具有高分子材料和无机材料的综合性能，可在水中快速固化，力学强度高。由于树脂不溶于水，又赋予包裹的骨料具有很高的粘稠性，因此拌和料在水中不分散。施工时可不需导管，直接经过几十米的水层浇入水中，浇注后不需震捣，即可形成自流平、自密实的水下聚合物。可对水下混凝土缺陷进行薄层、大体积和快速的修补。其性能指标见表1。其特点如下：

    （1）可在水中快速固化，固化时间可在十几分钟至数小时内进行调节；
    （2）在水下不分散、不离析，可不需导管，直接浇入水下处理部位；
    （3）不需震捣，可自流平、自密实；
    （4）水下混凝土的各项力学指标较高；
    （5）可在水下进行以厘米计的薄层修补，并可进行垂直立面的立模浇注；
    （6）与金属粘结牢固，可对水下金属管道进行快速修补处理。
    4· 保护处理施工
    4.1 施工方案比选
    根据本工程PBM聚合物混凝土浇注特点，为求能在干地施工，首先比选了钢板桩方案。工艺流程见图2。

    钢板桩自身强度高，容易打入坚硬土层，可在浅或深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。防水性能好，能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用。但本工程量小、工期短，采用该方案工艺复杂，造价高，因此该方案不适用。
    其次，比选了潜水员水下作业方案，即潜水员在水下进行钢模安装、浇注等工作。该方案的缺点是不能在干地施工，但优点是施工简单、经济，有利于抢工期，可采用。
    4.2 保护处理施工
    工艺流程如图3。

    （1）开挖、凿毛施工。采用百吨级潜水工作船，上置挖机对水下2~3 m深的堆积物进行开挖清理，清理不到的部位采用气升式清淤装置由潜水员在水下进行除泥清理。若有大石块，人工装入吊篮移出作业区，同时用高压水枪配合清理。堆积物清理完毕后，桩柱面由施工人员和潜水员用风镐进行凿毛处理，并将柱面风化层清理干净，因桩柱为水下灌注桩，成桩时桩径会有不规则情况，发现桩径偏大或不规则情况时，则修整至不影响钢模安装。
    （2）钢模安装。凿毛处理完成后进行钢模安装，钢模加工成两个半圆，利用工作船吊装至待保护基桩，水位条件允许则在水面进行安装拼接后放至基桩底部；水位条件不允许则由潜水员在水下完成拼接，并封好底部，堵住外围。
    （3）PBM聚合物混凝土浇注。
    根据施工时的气温、砂石料的粒径、允许施工时间等情况先进行现场试验，以合适的稠度和固化时间来确定各组份的比例及促进剂和引发剂的用量。凝固时间以不超过60 min为宜。聚合物混凝土参考配比（重量比）见表2。

    拌和：首先将砂、石、水泥等骨料按比例干拌均匀，待用；然后按A:B=10:1的比例将树脂混合均匀，再加入促进剂搅拌均匀，最后加入引发剂，拌匀即成为树脂组份；将配制好的树脂组份立即倒入骨料中，拌和均匀。
    浇注：采用强制式混凝土搅拌机，由底开门的吊罐进行浇注；对水深大于30 m的混凝土修补，在陆上拌料，通过水中导管，直接浇注；对立面或斜面的处理，须立模后浇注。
    在钢护筒顶部呈对角开两个20 cm×60 cm的进料口，浇筑时两个进料口同时浇筑。浇筑过程中，密切注意是否有泄漏情况，若遇泄漏，潜水员随时进行水下封堵处理，确保其浇筑质量，防止跑模。浇筑完毕后，由潜水员携带水下摄像机对浇筑部位进行水下检查。
    在PBM混凝土浇筑开始30 min到结束前随时取样。同强度、同工艺的构件至少取一组标准条件试块。试块取样、入模、成型后由潜水员带入工作部位放置7 d。7 d后提取试块送至检测单位进行检测。
    拌和用的砂、石等骨料必须干燥（含水量宜小于1%）。一定要先将骨料拌匀后再开始配制树脂，且拌好的树脂组份必须立即倒入骨料中拌和，以免因树脂快速固化而导致混凝土来不及拌制。促进剂加入树脂后，必须先搅匀，再加引发剂，以免引起剧烈反应。
    （4）浇注完成后进行水下河床地形测量。根据测量资料进行水下抛块石护桩。抛石要求不高于原河床顶面高程，以免影响河道交通。
    5· 结语
    施工完成，通过水下敲击检查，混凝土无脱空现象，钢模相对桩基居中，保证了聚合物混凝土的厚度基本一致，且与桩基粘结牢固。
    总之，桩基通过以上的保护措施处理，施工质量优良，经河水多年再冲刷，钢模和PBM混凝土完好无损。但抛石一项，每年还需例行检查，发现掏空时需及时补抛。