一种库区桥梁桩基冲刷防护方法及复合防护结构

技术领域

本发明涉及土木水利工程技术领域，特别涉及一种库区桥梁桩基冲刷防护方法及复合防护结构。

背景技术

冲刷是造成桥梁桩基破坏的重要因素之一。桥梁桩基一般处于非常复杂的水环境中，冲刷作用一方面掏蚀桩基周围土体形成冲刷坑，另一方面侵蚀劣化桩基本体，严重威胁到桥梁服役安全性和可靠性，具有十分重要的现实意义。

通过对重庆主城区长江大桥涉水基础开展检测，发现在役桥梁基础受冲刷影响存在不同程度的安全隐患，由于三峡工程175m正常蓄水对早期建设的桥梁安全性影响尤为严重。因此，针对三峡库区桥梁亟需开发一种基础承载力和抗冲刷均能提高的防护方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种库区桥梁桩基冲刷防护方法及复合防护结构，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种库区桥梁桩基冲刷防护方法，包括以下步骤：

1)抽取待处理的冲刷坑内的积水，并清除冲刷坑内的松散泥石。

2)清除桩基表面的劣化混凝土并修复。

3)在桩基位于常水位水面以下的侧壁上粘贴FRP材料。

4)在冲刷坑内布设若干注浆管。其中，所述注浆管围绕桩基布置。所述注浆管的下端紧贴冲刷坑坑底或冲刷坑内壁，上端伸出河床表面。

5)在冲刷坑内分层填筑下层碎石层和上层石料层。

6)通过注浆管向下层碎石层和上层石料层灌注双浆速凝高聚物。其中，对下层碎石层进行无孔隙的整体注浆。对上层石料层进行部分注浆。所述双浆速凝高聚物体积膨胀填充下层碎石层中的孔隙，与下层碎石层胶结凝固为碎石防护层。所述双浆速凝高聚物体积膨胀填充上层石料层中的孔隙，与上层石料层胶结凝固为石料防护层。所述碎石防护层和石料防护层共同组成灌浆防护层。

进一步，步骤1)之后，还具有修整冲刷坑内壁的相关步骤。

进一步，步骤2)之后，还具有对桩基进行裂缝处理的相关步骤。

进一步，步骤3)具体包括以下步骤：

3.1)将底胶均匀涂刷于待粘贴桩基的表面。

3.2)采用找平胶填补桩基表面凹陷部位。

3.3)按设计要求将FRP材料裁剪为条状。

3.4)将粘贴胶均匀涂抹于待粘贴部位。

3.5)将FRP条朝一个方向沿桩基环向螺旋连续紧密缠绕，采用滚筒顺FRP条方向多次滚压。

3.6)以与步骤3.5)相反方向环向螺旋粘贴下一层FRP条。

3.7)重复步骤3.5)～3.6)，直至用量满足设计要求。

3.8)涂抹表面防护材料。

进一步，步骤4)中，相邻两根注浆管的间距为2～3m。

进一步，步骤6)中，通过注浆管的拔出速率控制注浆孔隙比例。

本发明还公开一种采用上述方法制得的库区桥梁桩基复合防护结构，包括FRP材料和灌浆防护层。

所述FRP材料粘贴在桩基位于常水位水面以下的侧壁上。

所述灌浆防护层填筑在冲刷坑中。所述灌浆防护层从上到下依次包括石料防护层和碎石防护层。

进一步，所述石料防护层中石料的中值粒径不小于石料防护层厚度的0.3倍。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.地基采用高聚物注浆，与传统水泥注浆相比，属于柔性防护且具有较好稳定性和耐久性，能够长期保持较好弹性缓冲水流冲刷能量；

B.冲刷坑内下层石料采用整体高聚物注浆，上层石料采用部分高聚物注浆，增强了注浆地基的整体性和上层石料渗透性和弹性，能够起到较好消能作用；

C.桩基采用粘贴FRP能够对桩基结构内部起到保护作用，有效提高结构耐久性；

D.采用桩基粘贴FRP和地基高聚物注浆组合设计，增强了桩基与注浆地基的摩阻力，同时高聚物注浆也对粘贴的FRP材料起到了防护作用；

E.施工方便，无需大型施工设备，同时无需养护时间。

附图说明

图1为冲刷坑示意图；

图2为注浆管结构示意图；

图3为防护方法施工示意图；

图4为复合防护结构示意图。

图中：冲刷坑1、竖直壁101、河床表面2、桩基3、裂缝301、 FRP材料4、注浆管5、侧壁小孔501、灌浆防护层6、碎石防护层 601、石料防护层602。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1，在桩基3阻挡水流时，桩基3周围产生复杂的三维水流结构，包括墩前下降射流、桥墩漩涡体系和桥下水流被压缩，导致在桩基3周围冲刷脱空形成局部冲刷坑1。在描述冲刷坑1形态时，将桩基3与床砂接触线记为冲刷坑深度边界。将水平面上冲刷坑发展范围记为冲刷坑外边界。将冲刷坑深度边界到河床表面2的距离记为冲刷深度。

参见图3，本实施例提供一种库区桥梁桩基冲刷防护方法，包括以下步骤：

1)在库区河道的枯水期，抽取冲刷坑1内的积水，并清除冲刷坑1内的松散泥石。

2)修整冲刷坑1内壁。沿冲刷坑外边界将靠近河床表面的边壁修整为竖直壁101。修整范围为0.2～0.5倍的冲刷深度。

3)清除桩基3表面的劣化混凝土，露出混凝土结构层，并采用修复材料将表面修复平整。

4)对桩基3进行裂缝301处理。沿裂缝间隔布设注浆嘴并用封缝胶埋设灌浆嘴，沿裂缝涂抹封缝胶致裂缝内部贯通外侧密封，待胶固化后，采用高压灌注机通过注浆嘴将封缝胶注入裂缝中，直至饱满。

5)在桩基3位于常水位水面以下的侧壁上粘贴FRP材料4。

5.1)将底胶均匀涂刷于待粘贴桩基3的表面。

5.2)采用找平胶填补桩基3表面凹陷部位。

5.3)按设计要求将FRP材料4裁剪为条状。

5.4)将粘贴胶均匀涂抹于待粘贴部位。

5.5)将FRP条朝一个方向沿桩基环向螺旋连续紧密缠绕，采用滚筒顺FRP条方向多次滚压。

5.6)以与步骤5.5)相反方向环向螺旋粘贴下一层FRP条。

5.7)重复步骤5.5)～5.6)，直至用量满足设计要求。

5.8)涂抹表面防护材料。

6)在冲刷坑1内布设若干注浆管5。其中，所述注浆管5围绕桩基3布置。相邻两根注浆管5的间距为2～3m。所述注浆管5的下端紧贴冲刷坑坑底或冲刷坑内壁，上端伸出河床表面。参见图2，所述注浆管5形状为两端敞口，下端部分侧壁上具有若干小孔501。

7)在冲刷坑1内分层填筑下层碎石层和上层石料层。在本实施例中，根据水流和桩基3参数计算得到石料中值粒径，然后根据石料中值粒径配置出粒径分布曲线较光滑的石料组群，最后将石料组群中小粒径颗粒作为下层碎石层，大粒径颗粒作为上层石料层。

8)通过注浆管5向下层碎石层和上层石料层灌注双浆速凝高聚物。所述双浆速凝高聚物体积膨胀填充下层碎石层中的孔隙，与下层碎石层胶结凝固为碎石防护层601。所述双浆速凝高聚物体积膨胀填充上层石料层中的孔隙，与上层石料层胶结凝固为石料防护层602。所述碎石防护层601和石料防护层602共同组成灌浆防护层6。

在本实施例中，通过注浆管5的拔出速率控制注浆孔隙比例。对下层碎石层进行无孔隙的整体注浆。对上层石料层进行部分注浆。

实施例2：

本实施例提供一种库区桥梁桩基冲刷防护方法，包括以下步骤：

1)在库区河道的枯水期，抽尽冲刷坑1内积水，沿冲刷坑1外轮廓将靠近河床表面2的边壁修整竖直壁101，修整范围为0.2～0.5 倍冲刷坑深度，并清除冲刷坑内边壁和底部的松散泥石。

2)清除桩基3表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。

3)配制底胶，将底胶均匀涂刷于即将粘贴FRP材料4的桩基3 表面，待底胶表面指触干燥。

4)配制找平胶，桩基3表面凹陷部位用找平胶填补平整，无棱角，待找平胶表面指触干燥。

5)按设计将FRP材料4裁剪为条状，配制粘贴胶并均匀涂抹于粘贴部位。用力将FRP条4朝一个方向沿桩基3环向螺旋连续紧密缠绕，采用滚筒顺FRP条4方向多次滚压。待FRP条4表面指触干燥后，以相反方向环向螺旋粘贴下一层，直至用量满足设计要求。粘贴完毕后，在其外侧面涂抹表面防护材料。

6)在冲刷坑1内围绕桩基布设竖直注浆管5，下端接触冲刷坑1 底或壁，上端伸出河床表面2，注浆管5间距2～3m。所述注浆管5 形状为两端敞口，下端部分侧壁上具有若干小孔501。

7)冲刷坑1内填筑石料6，分上下两层进行填筑，上层石料601 填筑厚度为步骤1)中竖直壁101高度，所述石料6为抗冲刷侵蚀能力强的材料，所诉上层石料601的中值粒径不小于上层填筑厚度的 0.3倍。

8)连接注浆管5与注浆设备，通过伸出河床表面的注浆管5注射具有自膨胀性的双浆速凝高聚物7，边注浆边拔出注浆管5，高聚物7在注浆管5内部发生化学反应，体积膨胀经注浆管侧壁小孔501 填充石料6中的孔隙。通过控制注浆管5拔出速率达到下层石料602 无孔隙，上层石料601的注浆孔隙比例低于50％。

值得说明的是，在实际生产中，所述桩基3的类型为单桩、群桩、群桩-承台结构或大型沉井基础。

实施例3：

参见图4，本实施例公开一种采用实施例1所述方法制得的库区桥梁桩基复合防护结构，包括FRP材料4和灌浆防护层6。

所述FRP材料4粘贴在桩基3位于常水位水面以下的侧壁上。

所述灌浆防护层6填筑在冲刷坑1中。所述灌浆防护层6从上到下依次包括石料防护层602和碎石防护层601。所述石料防护层 602中石料的中值粒径不小于石料防护层602厚度的0.3倍。