修復王材料在橋梁修復工程中的應用

文/杭州修路人科技股份有限公司 孫娜峰 毛叢書

在我國高速公路和城市道路建設中，廣泛使用了裝配式混凝土空心板梁橋，其上部結構最普遍的損壞形式是鉸縫在交通荷載作用下首先失效，造成板橋荷載橫向分布不均勻，梁板出現(xiàn)“單板受力”狀態(tài)，從而顯著降低了橋梁的結構承載能力，進而引起其他形式的損壞；預應力空心板橋實橋加載破壞試驗的結果表明，板橋實橋破壞的過程為鉸縫開裂→邊板開裂→中板開裂→蓋梁開裂→支座/墊塊開裂，進一步驗證了鉸縫病害對橋梁結構造成的巨大危害性。同時，由于伸縮縫裝置的設計、施工和養(yǎng)護不當?shù)仍颍跇蛄航Y構集中變形、行車的沖擊荷載和不均勻沉降等因素的作用下，伸縮縫也成為橋梁最容易遭到破損的構件之一。伸縮縫破損后，不僅會加劇梁端混凝土和墩臺支座的病害，還會引起橋頭跳車，降低行車速度和舒適性。本文概述了橋梁病害成因，通過提高修復材料綜合性能的角度解決橋梁破損的問題，并探討了修復王材料在實際工程中的應用。

一、橋梁病害成因

橋梁主要病害發(fā)生在鉸縫和伸縮縫處，表現(xiàn)在鉸縫縱向開裂、橋面鋪裝層產(chǎn)生破碎、松散和塌陷等現(xiàn)象，伸縮縫過渡區(qū)混凝土斷裂、剝落、與橋梁主體結構發(fā)生脫黏分離等問題，根據(jù)結構受力和材料性能等方面，可歸納為以下幾點。

（一）設計不合理

鉸縫深度和板高比值較小時，鉸縫的豎向剪切應力過大，斷面尺寸小，鉸縫內(nèi)混凝土無法充分振搗，且影響縫內(nèi)鋼筋布設；伸縮縫裝置設計時，未考慮環(huán)境因素和實際情況，錨固方法、構造型式與橋梁設計不相符，錨固件與主梁板之間缺乏有效錨固，在行車荷載的反復作用下易產(chǎn)生開焊脫落，導致受力不均，變形逐步加大，混凝土黏結力失效，進而出現(xiàn)病害。

（二）填料性能不能滿足工程技術要求

1.填料工作性不足，無法有效填充小鉸縫內(nèi)部空間，大鉸縫和伸縮縫布筋后，混凝土無法充分振搗，內(nèi)部形成空洞，導致結構失效。

2.縫內(nèi)填充材料與預制板梁的界面強度不足，新、舊混凝土界面位置發(fā)生剪切破壞，導致脫黏分離病害；填料抗彎拉強度不足，在行車荷載等因素的作用下，混凝土底部拉應力超過了材料的抗彎拉強度；甚至在特定工況下，混凝土直接由于壓應力而發(fā)生破損。

3.材料干縮率大，內(nèi)部和表面產(chǎn)生干縮裂縫，這也是其不能有效填充和新舊界面脫黏的原因之一；同時，材料碳化速率快、耐氯離子侵蝕能力低和抗鹽凍剝蝕性能差等耐久性問題，也是橋梁結構病害的一大誘因。

（三）施工質(zhì)量控制問題

在施工過程中，沒有按工藝標準、安裝工序或設計圖紙的要求落實到位，鉸縫配筋不足、混凝土表面未按規(guī)定鑿毛、清理浮漿，伸縮縫錨固件不達標或焊接不牢實、橋面伸縮縫沒有貫通，混凝土振搗和養(yǎng)護不到位等施工質(zhì)量控制問題，也是影響橋梁工程質(zhì)量的重要因素。

二、工程概況

甬臺溫高速公路于1994年開工建設，北起寧波，南抵溫州，全長252.7公里，除挖方段及隧道外，其余路段均為軟土地基。其中，往溫州方向K171+800處為裝配式混凝土空心板梁橋，橋梁單孔跨徑16m；由于原橋梁板鉸縫構造較淺，鉸縫抗剪能力差，且實際交通荷載遠大于設計荷載，加上溫度、雨水、混凝土收縮和約束變形等因素的影響，橋梁梁板產(chǎn)生縱向裂縫，面層局部塌陷；同時橋梁板鉸縫底部滲、漏水嚴重；鉸縫之間的橫向連接變得非常薄弱，發(fā)生單板受力狀態(tài)。往溫州方向K135+975處隧道口伸縮縫混凝土破碎，鋼筋外露；伸縮縫型鋼變形、斷裂。

三、修復材料

結合以上工程概況，橋梁鉸縫、鋪裝層和伸縮縫等結構部位的維修應選擇高性能修復材料，材料應具有以下性能特征：具有優(yōu)異的黏結性能，能與舊水泥混凝土結合成整體；凝結硬化快、強度高，可使橋梁快速恢復使用；具有良好的柔韌性和抗沖擊性，在活荷載的情況下，不易產(chǎn)生應力疲勞；干縮率小，綜合耐久性能好，如耐磨性、抗鹽凍性和護筋性等。

本橋梁修復工程采用超快硬混凝土修復王材料，該材料黏結強度可與環(huán)氧樹脂類材料相媲美，早期強度優(yōu)異，后期強度穩(wěn)定增長，與舊水泥混凝土匹配性好，同時具有極低的干縮率和良好的耐久性，具體性能指標見表1。

四、施工工藝

（一）橋梁梁板快速更換技術

根據(jù)甬臺溫高速公路現(xiàn)場情況，制定了該橋梁梁板快速更換工藝流程：預制梁板→破除面層及鋪裝層→吊除舊梁板→定位支座標高→吊裝預制的新梁板→澆筑鉸縫混凝土→放置鋪裝層鋼筋網(wǎng)→澆筑鋪裝層→鋪筑瀝青混凝土面層。現(xiàn)場具體實施方式如下。

1.破除上面層混凝土，吊除舊梁板：采用風鎬破除面層瀝青混凝土和鋪裝層水泥混凝土，吊除舊梁板。

2.支座定位，吊裝新梁板：測量支座標高快速定位，吊裝新梁板。

3.鉸縫澆筑修復王混凝土：將新預制梁板上預留的鋼筋彎曲至鉸縫內(nèi)，補充鉸縫內(nèi)鋼筋，錨固牢實；配制超快硬混凝土修復王材料，澆筑鉸縫混凝土并振搗密實。

表1 超快硬混凝土修復王材料的性能指標

4.澆筑鋪裝層混凝土：鉸縫混凝土澆筑完成后，放置鋪裝層鋼筋網(wǎng)，繼續(xù)采用修復王混凝土澆筑鋪裝層。

5.鋪筑瀝青混凝土面層：鋪裝層混凝土澆筑完成并自然養(yǎng)護1小時；攤鋪瀝青混凝土面層，碾壓成型，表面溫度低于50℃時開放交通。

從舊混凝土破除到瀝青混凝土攤鋪完成，整個工藝流程用時6小時，把施工作業(yè)對區(qū)域交通的影響降至最低，達到快速開放交通的要求，并取得了良好的修復效果。該橋梁修復至今仍然完好，沒有出現(xiàn)梁板縱向裂縫等病害。

（二）橋梁伸縮縫快速修復技術

甬臺溫高速公路溫州方向K135+975處隧道口伸縮縫快速修復施工工藝流程如下。

1.破除舊伸縮縫：采用風鎬破除破損的混凝土，砂輪鋸切除已經(jīng)變形、斷裂的伸縮縫型鋼。

2.恢復型鋼：更換新的同型號規(guī)格的型鋼，將錨固件焊接牢實，恢復型鋼結構。

3.澆筑修復王混凝土：配制修復王混凝土，澆筑、振搗和做面。

4.恢復止水帶，開放交通：澆筑完成后自然養(yǎng)護1小時，止水帶安裝完成后開放交通。