高速路桥墩基础冲蚀成因及加固策略

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截止2011年底，山东省高速公路建成里程已达4350公里，其中高速公路上的桥梁通道占一定比重，平原地区跨河桥梁的基础大部分采用钻孔灌注桩，许多桥梁基础经过多年的使用后，已出现一些病害，其中基础病害较为普遍的是桥墩基础冲蚀，发生桩头缩径，露筋等病害。本文结合多年桥梁养护实践，以所维修的部分桥梁为实例，探讨高速公路桥墩基础冲蚀成因及加固措施。济聊高速公路通车至今已十五年，在高速公路安全运营期间，许多河流因雨水骤增骤减，引起河床冲刷线的变化。其中，徒骇河、官氏河、京九立交桥最为严重，这使得徒骇河桥、官氏河桥、京九立交桥的桥墩基础冲刷严重，病害发展迅速。部分桩头外露达到1.5～3m，有的甚至出现桩头与柱根部的结合处混凝土严重缺损、缩颈，最严重的是桩混凝土有效截面损失达到30%左右，系梁混凝土表屋砂浆脱落，骨料外露，底面箍筋及主筋严重外露锈蚀，对桩柱的承载能力影响很大，十分危险。自去年以来，我处及时对包括上述桥梁在内六座桥的62个桩基础和3个系梁进行了加固处理。。

1.桥墩基础冲蚀成因分析

针对桥墩桩基础产生冲蚀严重、桩头外露等病害进行分析，主要是由于河水水位变化导致河水冲刷线变化太大，使桥墩桩基础受到冲刷侵蚀而致，应从设计、施工、管理等方面进行分析，找出原因。

1.1设计原因

1.1.1冲刷线高程控制方面，设计冲刷线与实际冲刷线有差距。设计冲刷线比实际冲刷线高，引起水流对桩基的冲刷，从而导致桩基的冲蚀病害。

1.1.2服务不到位。在施工过程中，设计部门未能达到技术跟踪反馈，未能及时解决钻孔灌注桩施工过程中出现的设计与施工不相符的问题，致使施工单位随意依据经验施工。

1.2施工原因

1.2.1接柱和系梁高程控制不严格。在施工过程中未将桩柱接合处置于河水冲刷线以下，这是引起基础冲蚀的主要原因。

1.2.2钻孔灌注桩施工过程中，在接柱前，应凿除桩头0.7～1m，直到露出干净高质量的混凝土。但是施工单位未凿除含有泥砂的桩头或者凿除桩头不彻底，使得桩头混凝土中仍含有大量的泥沙，致使混凝土强度低，在河水的冲刷侵蚀下，出现桩头混凝土脱落、露筋、缩径等现象发生。

1.2.3浇筑系梁时，系梁底部的淤泥清理不干净，导致河水冲刷后系梁底混凝土缺损，钢筋外露锈蚀。

1.2.4钢筋保护层不足，出现钢筋锈蚀、保护层剥落、露筋。

1.2.5施工过程中部分桩柱结合处混凝土的振捣不到位，导致部分混凝土不密实，水分沿空隙进入混凝土内，钢筋锈蚀膨胀引起混凝土破坏。

2.桥墩基础加固程序及施工中的注意事项

2.1根据桩基病害成因及发展情况，决定采用钢筋混凝土套箍加固法进行维修。

2.2加固程序

首先封闭桥梁基础施工所在路段半幅路，筑围堰拦截流水，将围堰内水抽干，在桩基础周围挖基坑，同时进行基坑支护，挖到加固设计深度后，凿除松散混凝土，直至露出密实干净的混凝土。然后对露出钢筋除锈并涂抹环氧树脂进行防锈，对整个混凝土结合面使用高压水枪冲刷干净，以保证新旧混凝土的结合牢固。在基坑底部浇筑混凝土垫层，提供作业面。在凿好的桩基上植筋，围绕桩基绑扎主筋、箍筋，然后支护筒模板浇筑混凝土，拆除模板后养生。最后清理现场，恢复河道原状，撤除封闭路段的交通标志，恢复路面交通。

2.3施工注意事项

2.3.1施工时间选择上，工程施工应选在河流枯水期，尽量减小围堰的工程量，减少基坑支护的难度。对于河面较宽的河道，可以分两次进行导流围堰。

2.3.2根据河床实际冲刷深度，应先测量出现在河床的冲刷高程，按加固部分应埋入冲刷深度以下来计算挖掘深度。

2.3.3根据计算挖掘深度挖除桩基周围淤泥，同时根据施工作业面情况进行支护，以防水渗入引起基坑坍塌。

2.3.4凿除桥墩基础松散混凝土，直到露出密实高强度混凝土，同时注意保护原钢筋，锈蚀的钢筋除锈要彻底。

2.3.5为提高新老混凝土之间的粘结力，混凝土结合面应冲洗干净，在清洗好的混凝土及钢筋上，均匀的涂上环氧胶液。

2.3.6钢筋设置。为了挂设钢筋网和加强新旧混凝土之间的结合和增大结合面抗剪能力，在原桩基上进行植筋，采用直径12mm的钢筋，锚入长度8cm，用环氧树脂锚固于原桩混凝土中，间距40cm。纵向主筋采用直径12mm的Ⅱ级钢筋，间距10cm，箍筋采用直径8mm的圆钢，间距20cm。混凝土厚度20cm，采用C30级混凝土，保证了桥墩基础的抗压和抗弯拉的结构性能。

2.3.7混凝土浇筑施工的每一道工序和材料配合比试验以及验收等严格执行“公路桥涵施工技术规范”（JTJ041—2000）及“公路工程质量检验评定标准”（JTJ071—98）中的相关规定和标准。

3.根据桥梁的病害发生情况的成因，提出以下几点建议

3.1在桥梁设计阶段，设计单位本着实事求实的态度，现场勘察，收集一线资料，使设计冲刷线与实际冲刷线符合一致，避免因水流的冲刷导致的冲蚀病害。在施工过程中，应及时跟踪服务，解决施工过程中出现的与设计不相符的问题，不留隐患。

3.2施工单位及现场管理人员一定要强化质量观念，增强责任意识，每道工序每一个环节都应谨慎施工，严格按照施工规范施工，从源头去掉质量管理隐患。

3.2.1出现实际与设计不相符的问题应及时与设计单位联系，由设计单位根据实际情况作出变更，不经设计单位变更不能随意施工；

3.2.2严格按照施工规范要求进行施工，不能因为施工有难度就降低质量要求，留下质量隐患。

3.3养护单位切实履行职责，做好桥梁经常性、定查，发现问题采取果断措施，及时处理，避免由桥涵结构物安全引发交通事故，造成经济损失。

3.4对出现的桥墩基础外露的桩基展开以下研究：

3.4.1初期采用水下环氧砂浆修补，减缓其病害发展速度；

3.4.2对桥墩基础冲蚀加固前后进行分析结构自振特性振型、频率阻尼系数、他迫振动性能（位移峰值、冲击系数与临界车速等），评定结构动力学性能是否满足行车和行人安全舒适和要求，为桥梁维修提供相应理论数据。