關(guān)于對橋梁箱梁裂縫病害形成原因分析及養(yǎng)護(hù)對策

翁建玲

（廣東龍浩公路橋梁工程有限公司，廣東 廣州 510630）

1 工程概況

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，在高速公路上行駛的集裝箱運輸車以及其他載重卡車出現(xiàn)超限運輸?shù)默F(xiàn)象，且數(shù)量和比重逐年大幅增加。日益發(fā)展的超限運輸導(dǎo)致公路早期破壞和橋梁的損壞，危橋增多和垮橋事件時有發(fā)生，因些必須及時對構(gòu)造物進(jìn)行修復(fù)和加固，確保橋梁的安全，本文結(jié)合一座營運橋梁的病害現(xiàn)狀，介紹箱梁的病害加固措施，為該類橋梁的養(yǎng)護(hù)工作提供參考。

廣東汕汾高速公路為G15國道沈海高速粵境段的一部分，該路段的外砂高架橋全長共2533.4m，分兩期先后施工，其中K9+970.722～K10+752.51共781.8米為一期工程段，上部結(jié)構(gòu)采用12.85m～17m簡支箱梁，采用搭架現(xiàn)澆法施工，下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩（臺），鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；K10+752.51～K11+498.00共745.5米為二期工程A合同段，上部結(jié)構(gòu)為9聯(lián)鋼筋砼連續(xù)箱梁，最大跨徑為24m，下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩，灌注樁基礎(chǔ)；K11+498～K12+504.1共1006.1米為二期工程B合同段，上部結(jié)構(gòu)采用8聯(lián)鋼筋砼連續(xù)箱梁，最大跨徑為25m，梁高統(tǒng)一為1.4m，下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩，設(shè)置了部分薄壁墩，肋式臺，灌注樁基礎(chǔ)。

2 外砂高架橋箱梁裂縫病害特點

經(jīng)過委托專業(yè)檢測單位對外砂高架橋進(jìn)行技術(shù)狀況檢測，該橋存在的主要病害為：普通鋼筋混凝土箱梁腹板存在豎向裂縫及底板存在橫向裂縫（如下圖所示），大部分箱梁底板的橫向裂縫位于1/4～3/4跨徑范圍內(nèi)，少數(shù)箱梁的1/8～3/8跨徑內(nèi)也有橫向裂縫，箱梁底板橫向裂縫寬度在0.10mm～0.20mm之間，腹板裂縫寬度在0.15mm～0.50mm之間。箱梁腹板與底板裂縫相連形成“U”型或“L”型裂縫，并有滲水結(jié)晶現(xiàn)象，且在重車經(jīng)過時，較寬裂縫出現(xiàn)張開及閉合現(xiàn)象。

3 病害維修方案研究選擇

外砂高架橋一期工程段為簡支箱梁，二期工程段為連續(xù)箱梁，箱梁開裂病害較為嚴(yán)重，根據(jù)竣工圖紙對原結(jié)構(gòu)采用橋梁結(jié)構(gòu)專業(yè)分析軟件《橋梁博士》V3.0進(jìn)行使用階段和極限強度驗算，按85規(guī)范驗算，一期箱梁長期使用荷載作用下裂縫寬度為0.16mm＜0.20mm（裂縫寬度限值），最不利荷載組合作用下最大彎矩為12300kN.m，驗算結(jié)算表明原結(jié)構(gòu)的使用荷載、抗彎和抗剪均能滿足85規(guī)范的要求；按04規(guī)范驗算，長期使用荷載作用下裂縫寬度為0.15mm＜0.20mm（裂縫寬度限值），最不利組合下截面最大彎矩為12500kN.m，原結(jié)構(gòu)的使用荷載、抗彎和抗剪均能滿足04規(guī)范的要求。二期箱梁長期使用荷載作用下裂縫寬度為0.13mm＜0.20mm（裂縫寬度限值），最不利荷載組合作用下跨中最大彎矩為7580kN.m，原結(jié)構(gòu)的使用荷載、抗彎和抗剪均能滿足85規(guī)范的要求。通過以上對箱梁裂縫病害的規(guī)律，結(jié)合計算結(jié)果進(jìn)行分析，箱梁裂縫產(chǎn)生的主要原因可能為：

①箱梁分底板、腹板、頂板澆注，澆注時支架預(yù)壓量偏低，導(dǎo)致箱梁開裂。

②早期施工時混凝土不均勻收縮、箱梁內(nèi)模過早拆除，導(dǎo)致箱梁開裂，在重載超載大量交通，病害連續(xù)發(fā)展。

③裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，降低結(jié)構(gòu)剛度，同時裂縫寬度較大，容易誘發(fā)結(jié)構(gòu)鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，引起結(jié)構(gòu)進(jìn)一步劣化。

基于以上思路采取的處治措施如下：

①對裂縫寬度<0.15mm的裂縫采用涂刷環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行封閉處理，對裂縫寬度≥0.15mm的采用壓力灌注環(huán)氧樹脂膠來修補裂縫；② 根據(jù)對原結(jié)構(gòu)的分析計算，原結(jié)構(gòu)承載能力均滿足85規(guī)范及04規(guī)范設(shè)計要求，但鑒于外砂高架橋一期段簡支箱梁安全系數(shù)（1.15）偏低及高速公路超載現(xiàn)象問題，對外砂高架橋一期工程段開裂較為嚴(yán)重的簡支箱梁粘貼碳纖維布補強處理，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的安全儲備。

4 病害維修維修加固措施實施

4.1 裂縫灌漿處理的施工方法和驗收：

工藝流程：基底清掃→標(biāo)注注膠底座的位置→配置灌縫用環(huán)氧樹脂→封閉裂縫→粘接注膠底座→注入灌縫材料→養(yǎng)護(hù)→結(jié)構(gòu)表面處理。

工藝要點：（1）裂縫的檢查和確認(rèn)，用鋼絲刷反復(fù)刷裂縫左右5cm范圍內(nèi)的混凝土表面，尤其是注膠底座粘貼面周圍的油污清除干凈直至其表面浮漿脫落；（2）所有灌膠裂縫必須使用高壓空氣吹洗干凈，使其不讓灰渣阻塞，之后沿裂縫從上而下將兩邊30mm～40mm范圍內(nèi)的灰塵、浮漿用小錘、手鏟、毛刷依次處理干凈，將構(gòu)件表面整平，鑿去突出部分，然后用丙酮清洗，清除周圍的油污；（3）根據(jù)裂縫的寬度和長度將注膠底座按標(biāo)注位置順裂縫粘貼在裂縫表面，先在裂縫的首尾各設(shè)一個，中間根據(jù)裂縫寬度以不大于35cm間距布設(shè)，裂縫分岔處應(yīng)布設(shè)，縫寬則疏，縫窄則密。將注膠底座的底部涂上已配好的粘接膠，在已經(jīng)確定好的底座位置上粘貼和固定底座，并適當(dāng)用力下壓底座，使底部粘接膠部分溢出，包住注膠底座邊緣，以免注射時注射膠流失；（4）用封縫膠將注膠底座之間的裂縫完全封閉，其厚度≮1mm，寬2～3cm。封縫膠泥必須連續(xù)，作好段與段之間的搭接，防止漏封。然后在注膠底座上粘貼表示橡膠膨脹限度的紙條；（5）氣密性檢查，用膠泥封好縫口后，在灌漿前必須先進(jìn)行氣密性檢查；（6）裂縫灌膠，按一個人進(jìn)行灌注時，一次用量為500～1000g進(jìn)行樹脂稱量，灌縫時用0.2MPa的無油壓縮空氣為動力緩慢灌膠，當(dāng)相鄰壓膠嘴不夾氣冒膠時關(guān)閉該閥，逐一冒膠逐一關(guān)閉，直至最后一個閥門關(guān)閉，注意灌縫膠的可灌時間；（7）向注膠底座內(nèi)灌膠，直至彈性橡膠膜膨脹至限高紙條處；（8）當(dāng)彈性橡膠內(nèi)樹脂不足時，表示應(yīng)進(jìn)行補充灌注，直至達(dá)到預(yù)估灌縫樹脂用量或橡膠膜內(nèi)樹脂不再減少；（9）當(dāng)封縫膠固化 6小時（25℃）～24小時（25℃）后就可拆除固定基座，并用砂輪機等將密封膠切去，并加以磨平，使混凝土構(gòu)件表面平整。

檢驗和驗收：（1）所有進(jìn)場樹脂材料，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有產(chǎn)品出廠合格證，其各種性能指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合本工程加固設(shè)計要求，適合現(xiàn)場溫度、濕度條件；（2）樹脂材料應(yīng)陰涼密閉儲存，不得直接日曬或雨淋；（3）每一道工序完成后督促操作小組自檢，確認(rèn)合格后報請技術(shù)員檢查，得到認(rèn)可后才能進(jìn)行下道工序，否則必須返修，直至合格為止；（4）注膠底座的粘結(jié)間距為：裂縫寬度在0.15mm以下時，底座間距為200mm～300mm；裂縫寬度在0.15mm以下上時，底座間距為300mm～350mm；（5）封縫膠涂得太薄或太窄，均容易造成灌縫樹脂的泄漏，因此，封縫膠的涂抹寬度應(yīng)以 2～3cm，厚度 2mm 為宜；（6）為確保固化，封縫膠至少應(yīng)養(yǎng)護(hù)12小時以上；（7）當(dāng)彈性橡膠膜內(nèi)樹脂不足時，應(yīng)進(jìn)行補充灌注，補充注入的灌膠控制時間一般為15～20分鐘，低溫施工時，該時間可適當(dāng)縮短。超過此時間如橡膠球內(nèi)樹脂無繼續(xù)滲入的趨勢，則視為裂縫已灌注飽滿；（8）在灌縫過程中應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量，灌縫結(jié)束后應(yīng)檢驗灌縫效果。

4.2 裂縫寬度<0.15mm的裂縫表口采用涂刷環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行封閉處理的施工方法和驗收：

工藝流程：混凝土表面處理→潔凈表面→環(huán)氧樹脂膠泥封閉裂縫→在膠泥上涂刷一層環(huán)氧樹脂膠液→養(yǎng)護(hù)→檢查質(zhì)量。

工藝要點：（1）用鋼絲刷將裂縫周圍的油污認(rèn)真清除干凈，并將縫口表面2cm范圍內(nèi)的混凝土打毛；（2）用吸塵器或酒精等將裂縫處的灰塵洗凈、清除；（3）使用丙酮等有機溶劑對準(zhǔn)備封閉裂縫處進(jìn)行清潔處理，并使混凝土表面充分干燥；（4）配制環(huán)氧樹脂膠泥；（5）將環(huán)氧樹脂膠泥按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放置調(diào)和板上，調(diào)和均勻，一次調(diào)和量以可使用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)；（6）將拌和好的環(huán)氧樹脂膠泥均勻的涂刮在構(gòu)件表面裂縫處，使其將裂縫完全封閉；（7）環(huán)氧樹脂膠泥封閉裂縫完畢，待其固化后，在膠泥表面涂刷一層環(huán)氧樹脂膠，以起到防護(hù)作用；（8）封縫環(huán)氧樹脂膠泥固化后，要進(jìn)行表面清理，使表面平順。

檢驗和驗收

（1）封縫膠涂得太薄或太窄，均容易造成灌縫樹脂的泄漏，因此，封縫膠的涂抹寬度應(yīng)以2～3cm，厚度2mm為宜；（2）為確保固化，封縫膠至少應(yīng)養(yǎng)護(hù)12小時以上。

箱梁粘貼碳纖維布平面圖

4.3 梁板底部粘貼碳纖維布施工方法和驗收

碳纖維布和粘貼碳纖維布配套樹脂應(yīng)采用與碳纖維配套的底層樹脂，找平材料和浸漬樹脂，其安全性和適配性必須滿足《碳纖維布材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146:2003）及《粘結(jié)碳纖維增強復(fù)合材料加固混凝土工程施工與驗收暫行規(guī)定〈修訂本〉》的要求。

（1）粘貼碳纖維布工藝流程：構(gòu)件基底處理-涂刷底層涂料-環(huán)氧膩子修補-粘貼碳纖維布-保護(hù)涂層配制并涂刷（上涂層）-養(yǎng)護(hù)-表面防護(hù)。

（2）工藝要點：（1）施工前應(yīng)對粘貼部位混凝土的表層含水率及所處環(huán)境溫度進(jìn)行測量，若混凝土表層含水率＞4%或環(huán)境溫度＜5℃，則應(yīng)采取措施，在達(dá)到要求后再進(jìn)行施工，施工前應(yīng)按設(shè)計圖紙在加固部位放線定位；（2）用電動砂輪機清除被加固范圍內(nèi)混凝土表面的剝落、疏松、蜂窩、浮漿、由于腐蝕或風(fēng)化等劣化混凝土，并用高壓風(fēng)槍或毛刷清理干凈，露出干凈、結(jié)實的混凝土結(jié)構(gòu)層；（3）底層涂料（涂底膠），在處理好的混凝土表面上涂一層很薄的底層膠，既可以浸入混凝土表面，增強混凝土表面強度，又可以改進(jìn)膠結(jié)性能，從而使得混凝土與碳纖維布之間粘結(jié)性得以提高；（5）找平處理，碳纖維布只有與所加固補強的混凝土表面緊密接觸，才能產(chǎn)生良好的補強效果，但是混凝土表面的銳利突起物、錯位和轉(zhuǎn)角部位等都可能使碳纖維布產(chǎn)生損傷，并引起強度降低，混凝土表面小的模板錯位及混凝土氣孔很難通過基底處理一道工序徹底清理，因此在涂敷的底層涂料指觸干燥后，必須用找平膠進(jìn)行找平，同時將矩形斷面直角打磨后補成圓弧狀；（6）浸漬樹脂（粘貼主膠）粘貼碳纖維布，浸漬樹脂在粘貼材料中起著至關(guān)重要的作用，它連接底膠與碳纖維布，它的粘度應(yīng)控制在一定范圍，有利于浸漬樹脂順利地將碳纖維布粘附于混凝土表面，經(jīng)過碾壓，使浸漬樹脂很容易浸透碳纖維布，形成一個復(fù)合整體，共同抵抗外力作用，具體應(yīng)按下列步驟和要求進(jìn)行：①浸漬樹脂要嚴(yán)格按材料規(guī)定的配比進(jìn)行配制，根據(jù)浸漬樹脂的標(biāo)準(zhǔn)用量，計算出所涂布的面積的需用量，視現(xiàn)場氣溫等實際情況，確保在適用期內(nèi)一次用完；②用滾筒刷或毛刷均勻、無遺漏地將粘接膠涂在需補強的混凝土表面，粘接膠涂布面邊界應(yīng)不小于所粘貼的碳纖維布大小；③在已涂好粘接膠的混凝土表面鋪覆碳纖維布，碳纖維布的鋪覆方向符合設(shè)計要求，一層中各張布之間的搭接應(yīng)在纖維方向進(jìn)行；④用膠輥在碳纖維布上沿纖維方向施加壓力并反復(fù)碾壓，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，消除氣泡和除去多余樹脂，使碳纖維和底層充分粘接；⑤對粘貼施工完成后的復(fù)合材料層，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)至粘接膠完全固化后，對碳纖維布粘貼面仔細(xì)檢查，如果碳纖維布貼層有空鼓或氣泡，可以用刀片將碳纖維布劃開（注意不要劃得太長），然后采用注射器針管將調(diào)制好的粘接膠注入空鼓或氣泡內(nèi)填充至密實。應(yīng)保證密實粘貼面積大于95%。

檢驗與驗收

（1）施工開始前，應(yīng)確認(rèn)碳纖維布和粘結(jié)劑、底層樹脂、找平材料的產(chǎn)品合格證和質(zhì)量驗收報告，其各項性能應(yīng)滿足設(shè)計要求；（2）粘結(jié)質(zhì)量不符合要求需割除修補時，應(yīng)沿空鼓部分的碳纖維布割除，以每邊向外緣擴展150mm大小之間同樣碳纖維布，用同樣粘結(jié)劑補貼在原處；（3）正拉粘結(jié)強度達(dá)不到要求時，應(yīng)將抽樣檢驗所代表部位碳纖維復(fù)合材料全部剝除重做；（4）粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者之間轉(zhuǎn)遞途徑中的薄弱環(huán)節(jié)，因此粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強度以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時應(yīng)有足夠的韌性，以免混凝土開裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞；（5）粘貼材料應(yīng)能在一般氣候條件下固化，且固化時間合適（一般保證有3小時左右），同時應(yīng)對水分含量不敏感，具有適宜的流動性和粘度，固化收縮率小；（6）碳纖維修補所用底層樹脂、找平樹脂、浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂應(yīng)采用與碳纖維相配套的材料。

結(jié)語

外砂高架橋通過對箱梁的裂縫進(jìn)行灌漿及粘貼碳纖維布補強處理，提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達(dá)到對結(jié)構(gòu)物進(jìn)行加固、補強的目的，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的安全儲備。以上的維修加固措施的施工期限較短，經(jīng)費也較少，完全可以應(yīng)用到同類的箱梁梁橋的加固上。該橋經(jīng)加固后開放交通至今，使用情況一直良好，經(jīng)跟蹤觀察未發(fā)現(xiàn)新的病害。

[1]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTJ 023-85）

[2]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）

[3]公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范（JTG/T J22-2008）

[4]公路橋涵加固施工技術(shù)規(guī)范（JTG/T J23-2008）