看不見的威脅：如何守護橋梁的根基

橋梁樁基礎是橋梁的“生命之根”，是橋梁下部結構與地基接觸的部分，直接承受上部結構傳來的全部荷載，并將其傳遞給地基。隨著我國城市化進程的快速推進以及經濟的高速發展，公路交通流量日益增加，車輛載重及行車密度不斷加大，同時現行規范針對混凝土的耐久性要求進行了提高，包括環境等級劃分、混凝土強度等級最低要求以及相應的耐久性技術措施。由于橋梁基礎埋于地下或水下，面臨的威脅往往較為隱蔽，因此并沒有得到相關部門的重視，這也給橋梁的安全運營埋下了重大的安全隱患。橋梁樁基加固一般要求既能達到加固的效果，同時又要方便樁基加固工作的進行，加固過程中應盡量避免給既有結構物帶來不利的影響，在制定樁基加固的設計方案之前，必須對既有橋梁進行詳細且細致的檢測工作，在對實測數據進行仔細研究分析的基礎上確定該橋梁的加固方案。

PART01

樁基常見病害

1.1混凝土剝落、鋼筋銹蝕我國過去頒布的混凝土結構技術標準中，對工程耐久性和使用年限的要求較低，很多橋梁并沒有進行專門的混凝土防腐設計，在運營過程中，如果樁基處于化學腐蝕較嚴重的環境，如受到氯鹽、硫酸鹽等物質的侵蝕，則會容易出現混凝土剝落、鋼筋銹蝕的病害。混凝土保護層是保護鋼筋，避免其直接接觸外界空氣的那一部分混凝土，其剝落原因一般是由于施工質量或者樁體長期被水流沖刷、侵蝕造成的。鋼筋銹蝕是樁體保護層剝落后，鋼筋直接裸露接觸外界，從而被銹蝕破壞；或是鋼筋保護層沒有破壞，而水或氯離子從保護層的空隙中侵入，導致鋼筋受銹蝕，鋼筋被銹蝕后自身體積增大，保護層被脹裂，最終產生剝落。當樁身同樣受到沖刷作用時，鋼筋發生銹蝕后，在沖刷長期作用下混凝土會出現加速脫落的現象，同時鋼筋銹蝕速度也會不斷加快。

1.2混凝土沖蝕在水流沖刷、化學腐蝕等不利環境因素的長期作用下，既有橋梁水下樁基發生混凝土沖蝕是一種較為常見的現象，直接導致樁身截面的縮小，很大一部分鋼筋出現外露，更為嚴重的情況則是樁基混凝土剝落后形成環狀空洞，鋼筋呈現大面積外露現象，直接導致樁基承載能力的大幅度降低

1.3樁周沖刷部分跨河、跨海橋梁河床為砂礫層，在運營過程中，由于河流上、下游人工采砂及流水自身潮汐漲落等原因比較容易產生樁基沖刷，其具體表現為樁周的巖土體被水流沖刷剝離，河床面發生下降，導致樁基的自由長度增加，樁基埋置深度不斷減小，導致承載能力以及穩定性出現明顯的降低。同時當樁基外露后，在沖刷和環境介質侵蝕等因素的綜合作用下，病害會出現加速發展的趨勢，相應樁基耐久性也會出現更大程度的降低。

1.4樁基沉降地基是樁基的承載層，其穩定性和性質直接影響樁基的穩定性，如果地基土層較軟或存在較大的沉積變形性，將導致樁基沉降問題，進而導致橋梁的變形破壞甚至坍塌。例如，如果地基層中存在大量的松軟土、泥炭土或填土等松散地層，這些地層的承載能力較低，容易導致樁基的沉降。外界影響也是樁基沉降問題的重要因素，地震引起的樁基沉降主要是由于地震波傳播時產生的土體液化、樁基擺動等效應所導致。當地下水位下降或升高時，地基土層的穩定性也可能發生變化，進而影響樁基的沉降行為。

1.5樁基位移樁基位移主要由施工誤差、水平荷載（如地震力、船舶撞擊）或處于邊坡段的橋梁樁基土體側向壓力過大造成。當樁身偏移量超過一定要求時，樁身將產生裂縫，甚至導致橋墩偏移，橋梁垮塌等問題，直接影響橋梁的安全性。

樁基常用的加固方法

橋梁工程的樁基礎加固施工方法比較多，各種方法都有一定的適用范圍和使用優勢，所以要結合現場實際情況，采取合理的樁基加固施工方式，滿足樁基結構運行的穩定性和安全性標準。現階段國內外樁基病害處治常用的加固方法主要的處理措施有注漿法、增補樁基法、增大截面法、鋼套筒法、夾克法等。

2.1

夾克法

夾克法即水下玻纖套筒加固法，該方法主要由高強環氧灌漿料或水下水泥基灌漿料和玻纖套筒組成，玻纖套筒作為模板，在模板和原樁基間填充高強環氧灌漿料或水下水泥基灌漿料，共同形成修復系統。

應用場景：該方法具有耐腐蝕，耐水性，自重小，施工便利等優點，可直接進行水下作業，減少大型設備需求，顯著縮短工期，?無需中斷交通，施工過程不影響橋梁或航道正常使用。對于水下混凝土樁基出現混凝土脫落、鋼筋裸露等耐久性缺陷時，可采用玻纖套筒加固法進行修復。

2.2

鋼套筒法

鋼套筒法是一種常用于橋梁工程樁基加固的技術方法。這種方法的基本原理是在原有樁體的外部套上一個鋼質外殼，即鋼套筒，以增加樁體的截面積和承載能力。通過使用高強度的鋼材，鋼套筒能夠提供額外的支撐和保護，有效地加固了原有樁體，并改善了橋梁的整體結構性能。

應用場景：鋼套筒法適用于各種類型的橋梁工程，特別是在樁基承載能力不足或需要提高樁基抗震性能的情況下，同時可帶水作業，加固工藝較簡單，施工速度快，費用較低，對橋上和橋下交通影響均較小，施工風險低，通常與增大截面法結合進行加固。

2.3

增大截面法

增大截面法是一種常用于橋梁工程樁基加固的技術方法，在樁基加固過程中，通常采用該方法來增加樁體的截面積，以提高其承載能力和穩定性。這一方法的主要原理是通過在原有樁體的外部添加新的材料或結構，以增大樁基的截面積，從而分擔更多的荷載和減輕荷載對樁體的影響。

應用場景：該方法施工時需采用鋼圍堰形成干施工環境后進行加固作業，常用于樁頂連接處，具有加固效果好，施工工作面小等優點，但該方法受水位影響較大，大多應用于樁基水上部分的修復。

2.4

注漿法

一般樁基在建設階段都未預埋注漿管，既有樁基進行注漿加固時常采用高壓噴射注漿法。高壓噴射注漿法是利用高壓射流切割原理，通過帶有噴嘴的注漿管在土層的預定深度以高壓設備使漿液或水成為高壓射流從噴中噴射出來，沖擊切割土體，當噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒便從士體中剝離。一部分細小的顆粒隨漿液冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質量大小有規律的重新排列，經過一段時間的凝結之后，便可以形成均勻、密實的固結體，最終與樁基一起構成樁-水泥土復合地基，從而達到加固樁基的目的，可以有效地提高樁基承載力，并減小樁以及周圍地基的變形。

高壓旋噴技術施工期間所使用的機具振動較小，引起的噪聲也較低，只需在地層內部鉆一個孔徑為50mm~90mm的小孔，便可在樁基的周圍形成直徑約為0.4~2.0m的旋噴固結體。

應用場景：該方法不僅適用于松散地層，而且在一些其他地層中也能較好的發揮(如較硬、較粗的砂、卵石、石渣或漂卵石地層)，對于摩擦樁樁底持力層需要加固的情況，也可以采用本方法進行處理。

2.5

補樁法

補樁法，又稱增補樁基加固法，是一種橋梁工程中常用的基礎加固技術，是指在橋梁原有樁基的基礎上，在其周圍增加一定的新樁基，并將原有承臺進行擴大施工，最終將新、舊樁基形成整體，共同承受橋梁上部結構荷載，其原理主要是依靠增加樁的數量以及埋置深度對樁基的承載力和穩定性進行一定程度地提高。這一方法的核心思想是通過在已有橋基基礎上添加新的樁(或叫作“補樁”)，以增強原有樁基的承載能力，延長其使用壽命，或使其適應更大的荷載要求。

應用場景：補樁法的應用主要包括以下幾種典型情景：

(1)增加承載能力。當現有橋梁承受交通負荷增加、荷載標準提高或結構老化等問題時，為滿足新的承載要求，可以采用補樁法在橋墩或橋臺的周圍加入新的樁，以增加承載能力。

(2)提高穩定性。在地震、河流沖刷或地基沉降等自然災害或環境影響下，橋梁的穩定性可能受到威脅。補樁法可以用來鞏固橋基，提高其在惡劣環境下的抵抗能力。

(3)延長使用壽命。橋梁的年限可能因材料老化或腐蝕而減短，為延長其使用壽命，可以使用補樁法來恢復或加固受損部分。

2.6

沖刷防護

涉水橋梁基礎不免會受到水流的沖刷侵蝕，采取適當沖刷防護措施保證結構的安全和穩定便尤為重要。按照防護機理的不同，可分為主動防護和被動防護。

2.6.1 主動防護

主動防護是通過增設裝置或改變基礎結構進而改變原有水流特性，達到削弱沖刷力的效果。主要包括護圈、環翼式橋墩、橋墩開縫、墩前犧牲樁、護殼、下游石板等防護措施。

主動防護措施是改變原有水流結構達到沖刷防護的效果，需要針對不同的水流結構進行特定的防護設計，對水流條件的適應性較低，而實際工程中不僅來流的水流條件會隨時間變化，同時基礎周圍的水流結構也更復雜，應用時需要對其適應性進一步探究。

2.6.2 被動防護

被動防護是通過采用實體工程提高橋梁基礎周圍表面河床的抗沖刷能力，進而保護深層泥沙不被淘蝕。主要包括拋石、替代或改進拋石、擴大墩基礎、四面體透水框架等防護措施。