橋梁病害整治研究

韓俊環

目前我國鐵路營運里程已達8萬余千米,其中存在很多老齡橋,由于長期受鐵路冷荷載的作用以及混凝土的老化,橋梁墩臺及梁部出現裂縫的現象較為普遍,危及列車的運營安全。本文將介紹一種新型的裂縫整治方法:預張緊鋼絲繩法。

1 混凝土裂縫產生的原因

1)橋墩臺裂縫產生的主要原因是次應力裂縫。次應力裂縫也是由外荷載引起的。中心受壓時,沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

2)溫度變化引起的裂縫也是橋墩產生裂縫的一個可能原因:混凝土具有熱脹冷縮性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化時,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。

3)有些裂縫是由于鋼筋銹蝕引起的:由于混凝土質量較差或保護層厚度不足以及其他原因形成的細微裂縫造成鋼筋銹蝕,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫。由于銹蝕,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結構承載力下降,并將誘發其他形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導致結構破壞。

2 裂縫整治方案

1)對混凝土已脫落外露的鋼筋進行除銹及阻銹處理,除銹要徹底。

2)對寬度大于0.2 mm以上的裂縫進行修補處理,采用AB灌漿液進行灌縫,并對鑿掉的混凝土采用聚合物砂漿進行修補。

3)對于混凝土表面蜂窩麻面及混凝土脫落處:當厚度大于40 mm時采用強度大于C25灌漿料進行澆筑,厚度小于 40 mm時采用Ⅰ級聚合物砂漿進行修補。

4)裂縫修補后采用預張緊鋼絲繩進行封閉。

3 裂縫整治原則

1)加固采用預張緊鋼絲繩網片—聚合物砂漿外加層方法,必須保證墩臺加固時沒有受力滯后現象。2)預張緊鋼絲繩的拉力值為310 MPa(誤差為15%)。3)保證鋼絲繩與墩臺保持良好的共同工作性能,不應使鋼絲繩產生二次非彈性變形。4)施工前應先清理需修補的原構件,并按聚合物砂漿產品使用說明書的規定進行界面處理;當構件鋼筋有銹蝕現象時,應對外露的鋼筋進行除銹和阻銹處理;若構件鋼筋經檢測認為已處于“有銹蝕可能”的狀態,但混凝土保護層尚未開裂時,宜采用噴涂型阻銹劑進行處理。

4 施工工序

1)施工前應對裂縫進行測量,并做好標記及記錄。2)根據測量的結果,確定裂縫整治的不同方案。3)清除裂縫表面浮渣、灰塵、碎屑等,保持裂縫內部干燥,保持表面清潔干燥、無油污的狀態。4)對已外露并銹蝕的鋼筋進行除銹阻銹處理。5)探測構件內部鋼筋位置,確定預張緊網片錨固螺栓位置并打孔。6)安裝預張緊鋼絲繩網片固定鋼板。7)安裝預張緊鋼絲繩網片,檢查鋼絲繩網片及固定鋼板間距,確定張拉力并進行張拉。8)噴射聚合物砂漿保護層,并壓抹收光。9)刷水養護。

5 材料要求

1)采用6×7+IWS高強度鍍鋅鋼絲繩制作的網片(其他配件亦采用鍍鋅構件)。2)聚合物砂漿采用Ⅰ級,抗壓強度不小于55 MPa。3)鋼材采用 Q235-B,焊條為 E43。4)化學錨栓強度等級為8.8級,錨固長度為15d。

6 預張緊鋼絲繩整治施工方法及注意事項

1)對混凝土基面進行鑿毛處理,并將原混凝土面裝飾層和劣質層全部清除干凈。2)設置預埋件、植螺栓時采用鋼筋探測儀或去掉保護層確定鋼筋位置,以確保鉆孔位置與既有鋼筋不發生沖突。3)鋼絲繩網片的固定與張緊前應對鋼絲繩網片及固定板間距進行測量,以保證張緊后的張力。4)在鋼絲繩預張緊過程中要嚴格控制預張緊的各項指標,消除鋼絲繩網片的滯后應力;保證加固構件從受力初期鋼絲繩就能提供有效的拉力,消除二次受力的影響。5)預張緊鋼絲繩網片外噴射45 mm厚聚合物砂漿外加層,已達到對裂縫封閉的效果。6)滲透性聚合物砂漿內加有多種外加劑,使用時按照廠家的使用說明配制,一次拌合量不宜過多,并應控制在有效的操作時間內。7)當聚合物砂漿壓抹厚度達到設計要求時,應及時做好壓抹收光。8)施工環境溫度在20℃以上的情況下,在聚合物砂漿壓抹收光后20 min開始對施工面進行刷水養護,最少15 d進行濕潤養護,在此期間應防止加固部位受到硬性沖擊。9)施工環境溫度在20℃以下的情況下,應適當推遲刷水養護時間;施工溫度在5℃以下時考慮冬季施工措施。10)裂縫修補及封閉施工應選在列車運營間隙進行。

7 加固效果

預張緊鋼絲繩由于對結構施加了一定的預應力,提高了鋼絲繩與墩臺的共同工作能力,從而限制了墩臺開裂,提高了墩臺抗開裂荷載的能力,并增加了墩臺縱向鋼筋配筋率,擴大了墩臺斷面,提高了橋墩的剛度和強度。

采用預張緊鋼絲繩進行加固后噴射30 mm厚聚合物砂漿進行加固不存在老化問題,與混凝土同壽命。

該技術在朔黃線清水河橋以及滹沱河橋應用后,對裂縫發展的抑制效果顯著,并對減小橋墩的橫向振幅起到了一定的作用。