摘 要：本工法采用WBA水下玻纤套筒加固系统对由于各种原因出现露筋、缺陷的桩基进行加固，提高了原桩基的承载力和耐久性，具有极大的工程实用价值。

关键词：水下玻纤套筒；桩基；加固

0 前 言

桥梁的桩基础直接承受桥梁上部结构的荷载，并将荷载传递给地基，桩基如果有一部分出现问题，则桥梁就存在安全隐患。由于环境的影响，水中桩基础不可避免地受到水环境的侵蚀，如：氯离子、硫酸根离子等，造成桩基础水下混凝土过早地碳化、钢筋锈蚀，影响桥梁的耐久性，严重的甚至威胁到桥梁的安全性。为修复和保护深水桥梁桩基础结构的完好性，目前较好的解决办法为采用WBA水下玻纤套筒加固系统对原有病害桩基础进行维修处理。

广东大公路工程有限公司在佛开高速公路九江大桥部分桩基病害维修处治工程施工中组织成立了科研小组，依托广东大公路工程有限公司科研项目《WBA水下玻纤套筒加固系统加固深水桩基的施工技术研究》，结合该项目的特点，在充分参考水下桩基病害处治施工经验的基础上，开发了WBA水下玻纤套筒加固系统加固桩基的施工技术，最终形成施工工法，其技术达到国内先进水平，为今后类似工程提供经济、可靠、实用的施工技术。

1 工法特点与适用范围

本工法主要特点是利用高强度的玻纤套筒作为模板和桩基外防护，在玻纤套筒内水下灌注耐腐蚀的氢脂环氧灌浆料,取代传统的外包钢护筒增大截面法加固桩基施工工艺,实现阻止桩基病害的继续发展，有效缩短工期、降低施工成本和安全风险。本工法适用于所有水下桩基病害处治施工。

2 工艺原理

WBA水下墩柱玻纤套筒加固系统，主要应用于对各种腐蚀的结构基础、码头桩基和桥墩柱(包括混凝土桩基、钢桩和木桩)等修复和加固防护，以及对新建结构的预先防护。

WBA水下玻纤套筒加固系统维修处治桩基础是指在原有缺陷桩基础混凝土表面进行清理、凿毛，然后安装水下玻纤套筒并在玻纤套筒内灌注环氧灌浆料来达到保护桩基的效果。WBA水下的玻纤套筒加固系统加固桩基原理图见图1。

图1 WBA水下玻纤套筒加固系统加固桩基原理图

3 工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程图(见图2)

图2 WBA水下玻纤套筒加固系统加固桩基工艺流程图

3.2 施工准备

3.2.1 病害桩基水下摸查

施工前需要调查清楚桩基病害的范围、桩基的直径大小等，进而确定桩基病害处治的玻纤套筒安装标高及长度。

3.2.2 材料准备

①玻纤套筒:其直径、长度根据水下摸查桩基的数据在厂里预制后运输至施工现场，玻纤套筒按2.1 m一个节段进行预制，玻纤套筒间搭接长度为10 cm；②25 mm厚可压缩密封胶条：每节玻纤套筒配1条；③灌浆料：根据现场使用量进行确定，预计每节玻纤套筒60 kg；④顶部密封胶：每延米玻纤套筒3.5 kg；⑤螺丝及螺母：每延米玻纤套筒5套，安装间距20 cm；⑥紧固带：每节玻纤套筒4条，安装间距为50 cm；⑦限位器：每平米玻纤套筒25个，纵横间距均为20 cm，梅花分布。

3.2.3 机械设备

①中型作业船1艘；②水上安全警戒船2艘；③潜水装置5套；④3 m3空压机2台；⑤20 kW发电机1台；⑥交通船1艘；⑦灌浆料搅拌器2台。

3.2.4 航道管制及维护

开工前到海事部门办理临时占用航道施工许可证，然后根据施工水域情况，在施工水域放置航标，并在施工区域的上下游各设1艘警戒船。

3.3 WBA水下玻纤套筒加固桩基施工工艺

3.3.1 表面处理

桩基加固前应先清除表面水生物，然后对表面混凝土凿毛，凿毛深度视情况而定，如混凝土表面出现裂缝的，则应凿至主筋部位，除去钢筋表面的锈迹，再用高压水冲洗；如混凝土表面完好的，凿除深度2 cm左右即可，再用高压水冲洗。如钢筋有锈蚀的宜先用钢丝刷进行除锈。

3.3.2 玻纤套筒安装

玻纤套筒现场确定尺寸后均由厂家预制生产，运到现场后检查尺寸，验收合格后方可使用，加固时先在套筒的锁扣槽内注入氢酯环氧胶，然后撑开玻纤套筒，包裹桩基，精确定位后用紧固带临时固定好玻璃纤维套筒，再用不锈钢自攻螺钉在每个套筒15 cm处锚固套筒接缝处。节段间玻纤套筒咬合长度为15 cm，玻纤套筒与钢护筒的连接咬合长度为100 cm。

在玻纤套筒安装前,先在预安装玻纤套筒位置的上下两端安装限位器，使玻纤套筒与桩基四周有较均匀的间隙，以保证包裹桩基的胶体厚度均匀。玻纤套筒安装检查表见表1,圆形混凝土玻纤套筒安装示意图见图3,套筒锁扣截面图见图4,节段间玻纤套筒咬合距离大样图见图5,限位器示意图见图6,限位器安装位置示意图见图7。

表1 玻纤套筒安装检查表

图3 圆形混凝土桩玻纤套筒安装示意图

图4 套筒锁扣截面图

图5 节段间玻纤套筒咬合距离大样图

图6 限位器示意图

图7 限位器安装位置示意图

图8 底部密封条安装示意图

3.3.3 底部密封条安装

由潜水员安装底部25 mm可压缩密封条。

3.3.4 环氧灌浆料灌注

灌注环氧灌浆料采用高位漏斗重力灌浆法，将环氧灌浆料注入套筒底部至15 cm高度后暂停灌注，等其固化至少8 h后将重新混合好的氢酯环氧灌浆料注入套筒内，直到玻纤套筒内的水全部排出并填满灌浆料。

3.3.5 封倒角

最后用氢酯环氧胶在玻纤套筒顶端部建一个斜坡，进行顶部密封。等全部施工完成后拆除紧固带。系统与桩基粘结成一个整体，阻止钢筋进一步锈蚀，修复并永久保护混凝土表面。

3.4 劳动力组织(见表2)

表2 施工人员配置表

4 材料与设备

采用的主要材料见表3。

表3 主要材料一览表

采用的主要机具设备见表4。

表4 主要机具设备表

5 质量控制

5.1 材 料

桩基包裹采用玻纤套筒，空隙间灌浆料采用氢酯环氧灌浆料，底部密封采用25 mm可压缩密封条，顶部密封采用氢酯环氧胶，梁底表层混凝土采用环氧混凝土浆修复。为保证加固质量，水下玻纤套筒加固系统材料建议采用进口品牌。灌浆料和树脂技术指标见表5。

表5 灌浆料和树脂技术指标

玻璃纤维套筒技术指标见表6。

表6 玻璃纤维套筒技术指标

5.2 施工要点

5.2.1 表面处理

桩基加固前应先清除表面水生物，然后对表面混凝土凿毛，凿毛深度视情况而定，如混凝土表面出现裂缝的，则应凿至主筋部位，除去钢筋表面的锈迹，再用高压水冲洗；如混凝土表面完好的，一般凿除深度2 cm 左右即可，再用高压水冲洗。如钢筋有锈蚀的宜先用钢丝刷进行除锈。

5.2.2 玻纤套筒安装

玻纤套筒现场确定尺寸后均由厂家预制生产，运到现场后检查尺寸，验收合格后方可使用，加固时先在套筒的锁扣槽内注入氢酯环氧胶，然后撑开玻纤套筒，包裹桩基，精确定位后用紧固带临时固定好玻璃纤维套筒，再用不锈钢自攻螺钉锚固套筒接缝处。

5.2.3 底部密封条安装

安装底部25 mm 可压缩密封条，此处桩基与玻纤套筒之间不允许有空隙。结构物表面如有较大缺陷，须提前采用环氧修补胶修复后再进行玻纤套筒安装。

5.2.4 环氧灌浆料灌注

灌注环氧灌浆料采用高位漏斗重力灌浆法，灌注环氧灌浆料15 cm后封底暂停，等封底灌浆料固化后继续灌注环氧灌浆料，直至一个节段玻纤套筒灌满。

5.2.5 封倒角

最后用氢酯环氧胶密封玻纤套筒与桩基间成斜截面。等全部施工完成、灌浆料后方可拆除紧固带。

6 安全措施

6.1 安全注意事项

1)做好安全技术交底，使员工知道水上作业环境的主要危险源和防护措施，能自觉做好安全防护工作(佩戴安全帽、安全带、穿着救生衣等)。

2)现场技术人员和水下作业人员严格遵守安全操作规程，水下作业人员必须是持证潜水员，确保潜水员和高空作业人员的生命安全。

7)流速大于1 m/s时进行潜水作业应符合：①潜水员的头盔面罩应加防护罩，压铅、潜水鞋、下潜导绳的坠砣应加重，供气软管、信号绳应做拉力试验；②潜水工作船应抛锚在潜水作业点上游；③下潜员应使用安全带，套在下潜导绳上下潜或上升，在水底，不得抛开导向绳，应减少用气量，行走时应面向上游。

4)做好临边防护栏杆(防护栏杆高度不低于1.2 m,上、下横杆间隔0.6 m;栏杆柱间隔不应大于2 m)，挂好安全网，作业时系好安全带。

5)在可能发生落水淹溺事故的场所，应设置防止落水的安全措施，有必要的情况下，可设置救护艇。

6)船甲板和水上作业平台不能有油污等易滑物，平台周围应设牢固的防护栏杆，作业平台要有相应的安全警示标志。

7)暴雨大风前后，应检查工地临时设施、脚手架等，发现变形、松动等现象，应及时修复加固。

3)临时作业平台按批复后的施工方案和有关规范实施，作业人员上下设置定型爬梯。

6.2.1 潜水作业安全操作

1)潜水作业前潜水员应掌握下潜任务，对潜水员进行下潜环境、工作部位、水深、流速、流向等技术交底，并执行有关的安全操作规定。

2)潜水及加压前应对潜水设备进行检查，确认良好后方可进行作业。

3)供给潜水员呼吸用的气源纯度，必须符合国家有关规定。

4)潜水作业点的水面上不得进行起吊作业或有船只通过；在2 000 m半径内不得进行爆破作业，在200 m半径内不得有抛锚、震动打桩、锤击打桩、空气幕沉井下沉、电击鱼类等作业。

5)水面有超过4级浪时，不得进行潜水作业。

6)轻潜水作业应符合下列规定：①潜水时间应根据潜水深度计算确定；②深潜水时应配备潜水医生及必要的潜水减压设备。

6.2 安全操作措施

6.2.2 电气防护

①工地接电、用电应由持证人员上岗；②施工现场必须采用三相五线制，并按规范要求使用一电网一闸一漏电制，严禁一闸多机。

7 环保措施

采用本工法施工应明确环境保护的相关责任制，对环境因素进行分析、评价，采取有效的措施，将环保工作纳入日常工作操作程序，对环保工作实施监控。

对机具设备的废油、油棉纱头、废油漆等油性废物，为防止流失污染环境，采用在相应施工地点配置贮存容器进行回收，再统一运输到指定地点集中处理。

选用效率高、噪音小的机械设备；在综合考虑施工进度及降低噪音要求的前提下，减少同时投入的机械设备的数量。必要时可使用噪音消减设施，如加装静音器、噪音屏障等。

生活垃圾统一收集后运至岸边指定位置，由当地环卫部门统一处理；船上污水统一收集、运送至指定位置，统一处理。

本工法施工材料分类摆放要整齐，做到文明施工。

8 效益分析

8.1 经济效益分析

WBA水下玻纤套筒加固系统是一种经济、高效和耐久性很好的水中桩基处治新工艺，其操作简单、维修方便，具备适用性广、安全、成本低等特点。与传统外包钢护筒增大截面法相比，其施工时不需搭设施工平台、不需大型浮吊作业船、不需封闭桥面交通，施工速度快、安全风险低、耐久性非常好。根据佛开高速公路九江大桥2根桩基的实施效果，对比2根传统方法(外包钢护筒增大截面法)处治的桩基节省施工成本约216.13万元(见表7)，具有较大的社会经济效益。

表7 WBA水下玻纤套筒加固系统法与传统外包钢护筒增大截面法成本对比(2根桩基)

8.2 社会效益分析

经发现，世界各地的混凝土桩基在浪溅区的破坏尤为严重。WBA水下玻纤套筒加固系统可经济、有效地恢复并保持桩基结构的完整性。此外，无需昂贵的排水作业，可实现通车状态施工。WBA水下玻纤套筒加固系统的基本概念是采用一个永久性、高强度的套筒来保护结构，耐盐碱、腐蚀性污染物、干湿循环和冻融循环的破坏。其套筒的形式可根据结构物的形状进行预制，能满足广泛的施工要求。该加固系统所用环氧灌浆料可牢固地粘结到结构的表面，且该灌浆料采用了对水不敏感的配方，可在潮湿的或有水的环境下施工，使用性较小。

现有公路旧危桥加固维修工作任务繁重，水中桩基出现病害的也较多，而传统加固方法局限性较大，故该项技术在旧危桥加固维修领域有着较大的推广价值，社会效益显著。

9 该技术的创新亮点

该项桩基病害维修施工技术目前尚属国内领先，其很少在国内得以应用。采用此项技术进行桩基病害处治，能有效阻止桩基病害的继续发展，延长了桥梁的使用寿命，对桥梁加固有着巨大的经济价值。采用该技术有以下优点。

1)防腐性：利用氢脂高分子聚合物，有高强度的防腐蚀作用，可应对海水腐蚀。由于玻纤套筒对化学反应的惰性，可抗各种化学制剂，具有耐酸、耐碱性。

2)水下施工：由于其对水不敏感，在水下施工仍有超强、紧密的粘结力。特别是，可在“水下施工”，而不需要高昂的费用搭建围堰和排水设施，是一套省时、省工、省物的防腐蚀系统。

3)耐久性：可抵抗因气候循环所引起的干湿、冷热、冻融等交互作用，及水流、海洋潮汐、废水、电解等持续性或间歇性的腐蚀作用，耐久性良好。

10 应用实例

10.1 项目概况

项目名称：佛开高速公路九江大桥部分桩基病害维修处治工程。

项目地点：佛开高速公路九江大桥。

开、竣工日期：2015年11月至2016年5月。

工程概况：佛开高速公路九江大桥位于广东省南海市九江镇，是佛山至开平高速公路上跨越西江干流的一座特大公路桥梁。于1993年6月动工，于1996年12月建成，其主跨组合为50+100+160+160+100+50(m)。本次维修主要对23#墩钢护筒增大截面法无作业空间的5#、14#桩基采用水下玻纤套筒加固法，该方法选用高强度的环氧灌浆料和高强防腐蚀玻纤套筒来完成修复工作。外观见图9。

图9 佛开高速公路九江大桥

10.2 应用效果

经现场检测，九江大桥水下桩基施工中的灌浆料流动性良好，水下灌注完成后其浆体密实度较好，能满足相应粘结要求；该灌浆料与混凝土的正拉粘结强度能满足设计要求。

WBA水下玻纤套筒加固系统加固水下桩基施工工法在该项目中的首次成功使用，提高了施工质量和效率，缩短了施工工期，降低了施工成本及安全风险。在使用过程中获得了许多宝贵的经验，形成的工法对以后同类型桥梁桩基加固施工有很大帮助。下载本文