山区桥梁河道内桥墩防护手段综述

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  摘 要:山区建桥由于自然条件和工程造价控制等原因,跨河桥梁不可避免在河道内设置桥墩,河道内桥墩会受到不同程度的冲刷、磨蚀与冲撞损伤。针对桥墩所处位置和河流情况,分析受损部位的受损情况和原因,总结出一套科学、可行、经济实用的桥墩防护方式,对今后类似的桥梁防磨蚀、冲撞起到借鉴作用,供相关工程参考。
  关键词:河道;桥墩;磨蚀;冲撞;防护装置比较
  中图分类号:U447 文献标识码:A
  1 概述
  位于河道内的桥墩,受洪水特别是洪期河水的长期冲刷、磨蚀及冲撞作用,将会导致桥梁下部结构受到不同程度的损伤,如果这些损伤不能及时处治,将直接影响桥墩承载能力,从而危及整个桥梁的正常使用。结合我省在映汶路、映卧路、雅康路的实践,目前桥墩防护手段主要有:台湾拜特膜涂层、防冲磨砂浆、防冲磨环氧砂浆、单层钢护筒、双层钢护筒、新型单元块防护装置等。
  2 防护装置介绍
  2.1 台湾拜特膜涂层
  主要采用聚脲等高分子聚合物,溶剂及石英砂浆,使墩柱表面形成25 mm的防护层,起到保护墩柱防磨蚀、冲撞的作用。施工要求较高,需在干燥的环境下进行施工。
  2.2 防冲磨砂浆
  采用抹面施工方法,施工厚度20 mm~35 mm,施工后需养护2d,具有很好的抗裂性能。抗压强度在90 MPa以上,抗折强度在20 MPa以上,具有很好的抗撞击、抗冲击性能,并抵抗长期水的冲刷、磨蚀等。施工要求:(1)基层要求及处理:基层表面应平整、粗糙、清洁、无油污,无浮灰,不应有起砂、空鼓、裂缝等现象。施工前钢丝刷刷毛、水清洗或高压水冲洗,并保持潮湿状态,但不得有明水。界面粘结时,预先涂刷界面处理剂,界面剂按照界面剂:水=1:1,均匀涂刷。(2)材料搅拌:将干粉料:水按质量比100:9.3,称取放置。将实际用水倒入粉料中充分搅拌均匀,搅拌砂浆时间3~6分钟,配好的浆料应保证在0.5~1小时内用完。(3)施工:1)在潮湿的混凝土基层表面先均匀涂刷一遍界面处理剂(界面剂:水=1:1),强修复材料一次施工面积不宜过大,应分条分块错开施工。2)修补砂浆摊铺完毕后应采用压抹进行修补。遇有气泡时应刺破压紧,表面应密实。立面或顶面的面层厚度大于10 mm时应分层施工,每层抹面厚度宜为5 mm~10 mm,不大于15 mm。
  防沖磨砂浆对墩柱冲刷、磨蚀有较好的作用,但在墩柱受撞击作用时没有耗能效果。
  2.3 防冲磨环氧砂浆
  成品环氧砂浆按环氧树脂:专用固化剂3:1(重量比)充分搅拌后形成C组分,取C成分、砂、水泥、滑石粉按1:3:1:0.2的比例充分均匀搅拌,形成成品环氧砂浆。成品环氧砂浆以挂壁方式进行施工,挂壁施工厚度达到15 mm厚时,待其强度达到60%~70%时,沿墩柱方向包裹一层玻璃布,再挂壁施工第二层15 mm厚环氧砂浆,环氧砂浆总厚度30 mm。
  环氧砂浆涂层对墩柱冲刷、磨蚀有较好的作用,但在墩柱受撞击作用时没有耗能效果。
  2.4 单层钢护筒防护
  将钢板围绕在桥墩墩身上,使钢板以钢护筒的形式紧紧环抱桥墩,并在钢护筒外层钢板喷涂防腐材料。单层钢护筒一般采用一层8 mm左右的钢板,并在钢板表面喷涂相关防护材料。钢护筒安装方式:(1)单双层钢护筒均根据工程实际情况,在生产车间,将钢材加工成空心半圆柱体,并运送至工地。(2)通过起吊设备将空心半圆柱体合抱于桥墩上,并通过螺栓连接,使两半圆柱体组成一个整体的钢护筒。(3)在钢护筒与桥墩缝隙之间压入水泥砂浆,使桥墩与钢护筒接触紧密。
  单层钢护筒对墩柱冲刷、磨蚀有较好的作用,钢护筒在河水冲刷、磨蚀中表面涂层容易破坏,从而使护筒表面产生锈蚀,影响其使用寿命及美观并造成环境污染,单层钢护筒不具备耗能,同时在冲击作用下护筒内墩柱砼易受损伤。
  2.5 双层钢护筒防护
  将钢板围绕在桥墩墩身上,使钢板以钢护筒的形式紧紧环抱桥墩,并在钢护筒外层钢板喷涂防腐材料。双层钢护筒内层钢板厚度一般采用4 mm,外层钢板厚度8 mm,并在两层钢板之间灌注耗能材料(PMI、聚氨酯、泡沫铝等,厚度一般为100 mm)。(1)双层钢护筒根据工程实际情况,在生产车间将钢材加工成内、外空心半圆柱体,在内、外半圆柱体内填充耗能材料,并运送至工地。(2)通过起吊设备将空心半圆柱体合抱于桥墩上,并通过螺栓连接,使两半圆柱体组成一个整体的钢护筒。(3)在钢护筒与桥墩缝隙之间压入水泥砂浆,使桥墩与钢护筒接触紧密。
  双层钢护筒对墩柱冲刷、磨蚀及抗冲击有较好的作用,但钢护筒在河水冲刷、冲撞、磨蚀时表面涂层容易破坏,从而使护筒表面产生锈蚀,影响其使用寿命及美观并造成环境污染,双层钢护筒具备耗能功能,但由于厚度较大,对墩柱截面增加较大,减小了过水面积,阻水较大。
  2.6 新型单元块防护装置
  新型防护装置由单元块环绕而成,单元块具体组成为:单元块外壳+耗能填充材料,防护单元块外壳由耐磨材料组成,具有极高的耐磨性能,同时单元块内部填充耗能材料,具有良好的耗能效果,使得桥墩具备较高的抗冲撞能力。
  3 桥墩防护手段对比
  通过我省在几个项目中桥墩防护的实践,下面就以上防护手段的特点、施工、使用效果及工程费用等进行综合比较如下。
  4 结语
  随着公路网向山区延伸,受自然条件和工程造价等限制,不可避免的将桥墩设置于河道内,位于河道内的桥墩会受到不同程度的磨蚀、冲撞的威胁,为确保山区桥梁的安全和墩柱的使用寿命,必须研究一种行之有效的桥墩防护方式。通过以上六种桥墩防护方式对比分析,可根据桥梁所处河流特点、桥墩损伤情况、工程费用等情况综合比较选用,同时由于桥墩的磨蚀损伤机理较复杂,桥墩防护技术还需要进一步探索和研究。
  参考文献:
  [1]曹海燕.铜陵长江公路大桥桥墩局部冲刷及安全防护实践[J].治淮,2020(10):50-52.
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