高速公路舊橋病害特征及綜合加固技術研究

陳　闖

(路橋建設(貴州)試驗檢測有限公司，貴州 黔南布依族苗族自治州　551200)

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高速公路舊橋病害特征及綜合加固技術研究

陳闖

(路橋建設(貴州)試驗檢測有限公司，貴州 黔南布依族苗族自治州551200)

依托藍商高速杜家村大橋現場踏勘結果，分析了橋梁病害特征及成因，并從梁體裂縫處理、碳纖維布加固、梁體表面防護等方面，提出了病害綜合處治方案，實踐表明，該加固方案具有簡便可行、實用美觀、環境效果良好等優點。

公路橋梁，梁體裂縫，加固技術，碳纖維布

0　引言

隨著我國交通事業的蓬勃發展，交通基建設施日益完善，越來越多的橋梁建成并投入到運營中去[1，2]。早期建設的橋梁承載力標準低，隨著大型、重型車與日俱增和橋梁服役年限的不斷增長，橋梁梁體出現病害是不可避免的問題，嚴重威脅到高速公路的運營安全，隨著運營年限的增加，舊橋和危橋加固應當提到日程上來，提出合理、快速、有效、可靠的橋梁加固措施是目前亟待解決的問題。目前許多學者已經對橋梁加固技術做了一些研究[3,4]，并且交通部也出版了針對于橋梁加固的技術規范[5-8],但是都未對橋梁加固技術進行詳盡的說明，目前對混凝土梁體的加固技術尚不完善。本文結合藍商高速杜家村大橋的實際調研情況，針對某一特例分析了病害成因，并建議了合理的加固處理方案，可為以后的混凝土梁橋加固提供借鑒。

1　病害調研及成因分析

1.1工程概況

藍商高速公路起于藍田縣席家河，與西藍高速公路相接，止于商州區西澗村，是國家高速滬陜線在陜西境內穿越秦嶺的重要路段[7]。其中杜家村大橋在2010年被評定為三類橋，處于較差狀態，因此有必要對杜家村大橋進行加固處理，確保行車安全。杜家村大橋中心樁號為K1478+920，橋梁全長525.0 m。左、右幅上部結構均采用(4×30+3×3×30+4×30)m裝配式預應力混凝土連續箱梁(單幅每孔4片箱梁)；下部結構為柱式墩、U形臺，鉆孔灌注樁基礎。

1.2病害調研情況

杜家村大橋共有143片混凝土箱梁，梁體之間接縫共計121道，兩端橫隔板供給226塊。現場勘察發現，梁體跨中附近兩側的腹板存在豎向裂縫，裂縫長度基本貫通腹板整體，經測量梁體上的大部分裂縫寬度介于0.08 mm～0.16 mm之間,其中路線左幅的3號～4號箱梁腹板豎向裂縫最大縫寬達到0.26 mm～0.28 mm,右幅個別箱體貫通形成U形裂縫，其中梁體底板處橫向裂縫最大寬度達0.04 mm，杜家村大橋箱梁腹板處裂縫分布特征如下：跨中裂縫多于邊跨，裂縫多集中于梁體腹板處，梁體底板處裂縫較少。另外，裂縫寬度特征多為細長的橫向裂縫，縱向裂縫比較少。

1.3梁體病害特征及分析

根據杜家村大橋裂縫現場踏勘結果，認為杜家村大橋梁體病害誘因包括：

1)踏勘結果表明梁體裂縫規律呈不規則出現，且裂縫出現處均不對稱，裂縫長度寬度等也無特定規律，其中裂縫寬度特征為細長型分布，說明該梁體的設計符合要求，裂縫出現，應歸因于梁體的預制及養護等過程。

2)杜家村大橋左幅9-3號、12-1號箱梁出現“U形”裂縫，“U形”裂縫在腹板上部位置裂縫寬度較寬，到腹板下部及底板位置寬度很小，底板裂縫寬度為0.04 mm，幾乎難以分辨腹板豎向縫與底板橫向縫的連通。而梁式橋抗彎承載能力不足所表現的受力U形裂縫其形態為下寬上窄，底板裂縫與腹板裂縫完全連通。故認為裂縫產生并非箱梁抗彎承載力不足。

3)設計為保證梁張拉預應力和二期恒載作用下發生過大上拱而導致整體化層厚度不滿足或相鄰箱梁頂面高差大橫向連接困難和連接剛度不足，預制梁設置了向下的預拱度。現場觀察成橋跨中上拱明顯，說明箱梁的縱、橫向剛度滿足設計要求，抗彎儲備滿足設計要求。

4)過度超張拉也可導致梁片產生豎向裂縫。預應力筋在進行張拉施工時，實行張拉力和預應力筋伸長值兩個指標同時控制。在實際施工中，由于預應力管道變形、鋼絞線絞纏等原因，可能導致預應力筋張拉伸長值達不到理論計算伸長值。此時，如要強行保證達到計算伸長值，可產生預應力筋超張拉。如施加預應力過度，可導致梁片上拱，產生豎向裂縫。

2　病害綜合處治措施

2.1梁體裂縫處理

根據現場踏勘的裂縫結果，制定初步裂縫處治措施。現場施工前，進一步核實裂縫寬度、深度及裂縫開裂形式，分析裂縫開裂機理，最終制定裂縫處治方案。對于杜家村大橋，制定裂縫處治原則為當裂縫小于0.15 mm時，采用表面打毛，涂膠封閉的方式處置，當裂縫寬度大于該值時，采用灌縫的方式進行處理。其中，對于微小裂縫，可不予處理。現場裂縫處理方式主要有以下幾個步驟：

首先依據設計圖紙，制定現場放樣方案，準備好所需的漿液材料以及與注漿有關的器材等。對于寬度小于0.15 mm的裂縫，進行表面拉毛并覆蓋涂料，對于裂縫寬度大于0.15 mm的裂縫進行灌漿處理。本文以需要灌漿的裂縫為例進行說明。

根據現場踏勘結果及設計圖紙，確定需要灌漿的裂縫位置，根據現場條件選擇搭設施工架或應用橋檢車，對于地形不利于搭設施工架的梁體，可使用橋檢車進行裂縫處治施工。確定需要處理的裂縫后，首先對表面進行打毛，即用砂輪處理裂縫表面，使其光滑，目的是為了涂布防護膠，根據裂縫的長度，在裂縫體上進行鉆孔，作為注漿導向孔，鉆孔深度取5 cm，孔徑為8 cm，孔間距為25 cm～40 cm，裂縫兩端必須鉆孔，鉆孔完成后進行清洗工作，確保鉆孔與裂縫之間貫通，清孔可用高壓空氣進行清洗，鉆孔清洗干凈之后，進行灌漿工作，灌漿前首先粘結灌漿嘴，使得孔眼對準粘貼在裂縫正中央，裂縫中留有一個出氣孔，注漿嘴安設完畢后進行壓氣試驗，確保注漿嘴與裂縫不透氣，施工完成后可進行裂縫灌漿，灌漿原則為，豎向裂縫一般由下往上進行漿液灌注，裂縫頂端留有出氣孔，當漿液灌注到出氣孔有漿液流出為止，對于水平裂縫，裂縫一端留有注漿孔，一端留有出氣孔，進行水平灌漿，灌漿注漿也是通過出氣孔有漿液流出為止，說明灌漿效果良好，灌漿完畢后對裂縫表面進行防護涂料覆蓋，確保其耐久性。

2.2碳纖維布加固

為進一步提高梁體的使用壽命及安全性，裂縫處理完成后，對杜家村大橋開裂箱梁腹板中間15 m范圍內粘貼一層碳纖維布。首先對混凝土梁進行處理，舊混凝土打磨直至露出新鮮混凝土結構層，著重打磨模板接縫處，使其平整，對梁體上凹凸不平及缺陷的地方進行找平處理。對梁體表面缺陷及裂縫處理完成之后，根據設計要求在梁體腹板上中間15 m內粘貼三條碳纖維布，限制裂縫發展，同時提高結構的耐久性能，箱梁腹板粘結碳纖維布圖見圖1。

碳纖維布粘貼步驟如下：

1)為了使得施工更具有針對性，首先在梁體中央進行放線工作，即在梁體中間需要粘結碳纖維布范圍內進行預先放線，放線尺寸根據設計要求控制，放線應盡量符合設計的要求，各尺寸應盡量控制在較小的誤差范圍內，放線工作是所有工作的基礎，其放線的準確與否關系到碳纖維布的整體施工質量。

2)混凝土梁體表面處理。為了使得碳纖維布粘結更為牢靠，需對梁體進行初步處理，采用砂輪打磨梁體表面，去除梁體表面風化的混凝土層，對于施工模板引起的不平整，應著重處理，如進行著重打磨，或進行找平處理，若梁體鋼筋外露，則應先對鋼筋進行處理，然后用膠體進行找平，基面先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，然后用壓縮空氣除去粉塵，用丙酮或無水酒精擦拭表面，用清潔布將表面擦干凈，確保表面充分干燥。

3)梁體涂布底膠。涂布底膠也是為了加強碳纖維布的粘結效果，在梁體表面處理的基礎上進行底膠涂布工作，底膠原則上只在放線范圍內，即碳纖維布粘貼的范圍內施工，但是為了更好的粘結效果，應使得底膠涂布范圍略大于放線范圍，涂布底膠前要

確認混凝土的表面干凈干燥，底膠干燥之前應采取適當的保護措施，避免表面沾上塵土等雜質。

4)底膠初步干燥后可進行下一步工作，即粘貼碳纖維布，碳纖維布應預先按照設計長度進行裁剪，并且卷成小卷便于攜帶，碳纖維布準備妥當后，在底膠上再涂刷一層膠體，然后將碳纖維布在初步干燥的底膠上勻速展開，碳纖維布展開過程中切忌避免空氣卷入，當碳纖維布與梁體之間出現氣泡時，應采取措施將氣泡趕出，如果氣泡太多無法滿足要求時，應迅速取下碳纖維布，進行重新粘貼，直到兩者不產生氣泡為止。對于膠體應即用即取，避免浪費。

5)最后為了增加碳纖維布的粘結效果，還需要涂布一層面膠，即等碳纖維布粘貼牢固后，在其表面涂刷一層面膠，其原則為涂布面積略大于碳纖維面積。

2.3梁體表面防護

為了美觀和耐久性要求，最后需要在梁體施工表面刷涂一層耐久性涂料，耐久性涂料選擇應以符合美觀、耐久性及防水要求為準，在耐久性涂料涂刷前，應首先檢查碳纖維的粘貼效果，確保其加固能力。

3　結語

結合藍商高速公路杜家村大橋現場調研結果，分析了梁體病害特征及產生的原因，認為產生病害的原因與箱梁制作工藝、混凝土配合比、澆筑質量、混凝土早期(移梁)強度等控制有關。針對病害結果有針對性的提出了裂縫灌漿封閉、粘貼碳纖維布和梁體表面防護等進行加固措施。以實體工程杜家村大橋加固為例，說明經過文中所述的加固措施處理后，梁體達到了耐久性和美觀的要求，對于橋梁的運營安全具有重要意義。

[1]黃穎.碳纖維加固橋梁技術[J].公路交通技術,2005,2(1):79-83.

[2]郭大進.橋梁加固維修技術應用[J].公路交通科技,2004,8(2):71-73.

[3]周昊,黃培彥,郭馨艷.碳纖維加固橋梁結構界面剪應力的試驗研究[J].公路交通技術,2010,12(6):43-46.

[4]郭毅先.橋梁加固技術特點及施工技術[J].施工技術,2012,2(4):194-195.

[5]JTG/T J22—2008，公路橋梁加固設計規范[S].

[6]JTG/T J23—2008，公路橋梁加固施工技術規范[S].

[7]JTG B01—2003，公路工程技術標準[S].

[8]JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

Study on old highway bridge diseases features and comprehensive reinforcement technologies

Chen Chuang

(Highway Bridge Construction(Guizhou) Testing Detection Co., Ltd, Miao Nationalities Autonomous Region 551200, China)

According to Lanshang highway Dujia village bridge field survey results, the paper analyzes the bridge disease features and causes. Starting from aspects of beam crack treatment, carbon fiber cloth reinforcement, and beam surface protection, it puts forward comprehensive disease treatment scheme. Practice proves that: the above-mentioned reinforcement scheme is convenient, feasible, applicable, beautiful, and good environment protecting effect and so on.

highway bridge, beam crack, reinforcement technology, carbon fiber cloth

1009-6825(2016)25-0168-02

2016-06-26

陳闖(1979- )，男，工程師

U445.71

A