新疆高速公路預(yù)防性橋梁養(yǎng)護(hù)專項(xiàng)研究

摘要：為解決新疆高速公路大量的既有橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)問題，以G30烏魯木齊-奎屯段橋梁預(yù)防性專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)為研究對象，采用現(xiàn)場調(diào)研的方式分析橋梁不同部位的病害情況，采取分級整治措施，并運(yùn)用超聲波法對養(yǎng)護(hù)整治效果進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)果表明，采用超聲波檢測技術(shù)可以得到較好的混凝土裂縫測試精度;橋梁裂縫和混凝土缺陷經(jīng)過整治后，混凝土的裂縫和抗壓強(qiáng)度均得到明顯改善，說明所采取的整治措施合理，達(dá)到了預(yù)期的養(yǎng)護(hù)整治效果。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;預(yù)防性;專項(xiàng)養(yǎng)護(hù);裂縫;病害

0" "引言

橋梁的專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)是為了防止橋梁病害的進(jìn)一步擴(kuò)張，以減緩橋梁病害發(fā)展速度、延長橋梁使用壽命為目的的養(yǎng)護(hù)作業(yè)[1]。它是一種周期性的強(qiáng)制保養(yǎng)措施，要考慮橋梁板梁及下部裂縫嚴(yán)重程度，進(jìn)而決定采取養(yǎng)護(hù)措施或者拆除更換。其核心是要求采取最佳成本效益的養(yǎng)護(hù)措施，強(qiáng)調(diào)養(yǎng)護(hù)管理的計(jì)劃性[2]。專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)的目的是恢復(fù)使用功能、提高承載力、增強(qiáng)安全性和耐久性為目的[3]。

1" "工程概況

G30烏魯木齊至奎屯段位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州境內(nèi)，項(xiàng)目起點(diǎn)于烏魯木齊繞城高速公路（東線）終點(diǎn)相接，終點(diǎn)位于奎屯河大橋西岸與奎賽高等級公路相接，路線全長241.927km。本段中幅為2005年建成的原有雙向四車道高速公路，2019年在原路基礎(chǔ)上按照“兩側(cè)拼接加寬為主，局部擴(kuò)容+局部分離為輔”的形式拓寬改造。擴(kuò)建后形成路基寬度42m的標(biāo)準(zhǔn)雙向八車道高速公路，設(shè)計(jì)車速120km/h，橋梁與路基同寬，橋梁設(shè)計(jì)的汽車荷載等級采用公路I級。

項(xiàng)目橋梁預(yù)養(yǎng)護(hù)共包含43座橋梁，其中大橋9座，中橋12座，小橋22座。本項(xiàng)目G30線預(yù)養(yǎng)護(hù)橋梁段落起終點(diǎn)樁號為K3609+671～K3842+924（以下簡稱本段）。本項(xiàng)目預(yù)養(yǎng)護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)型式主要為現(xiàn)澆矩形板、鋼筋混凝土空心板、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板、預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。

2" "橋梁病害情況

項(xiàng)目區(qū)域位于中溫帶區(qū)，為典型的大陸性干旱氣候，具有冬季寒冷、夏季炎熱、晝夜溫差大的特點(diǎn)。橋梁由“水”引發(fā)的病害較為突出，主要病害如1所示。

橋梁上部結(jié)構(gòu)主要病害為混凝土破損、剝落、露筋銹蝕，個別橋梁存在鋼筋及鋼絞線露出并銹蝕。由于限高架的限制高度與實(shí)際凈空不符，導(dǎo)致板底、梁底剮蹭、掉角，梁體受滲水侵蝕，板間勾縫滲水、泛堿等。橫向裂縫病害主要存在于鋼筋混凝土板橋，間距0.2～0.5m，縫寬0.1～0.2mm;縱向裂縫主要為獨(dú)立裂縫，存在于部分預(yù)應(yīng)力混凝土板橋，縫寬0.1～0.2mm。

下部結(jié)構(gòu)橋墩、橋臺受滲水侵蝕，混凝土腐蝕、泛堿、麻面、剝落較為普遍。臺身、臺帽存在豎向裂縫，抗震擋塊泛堿、開裂、碎裂。部分墩柱底部混凝土有麻面、骨料露出現(xiàn)象;

橋面瀝青混凝土存在局部坑槽、車轍、橫向裂縫、網(wǎng)裂等病害。泄水孔堵塞，滲水侵蝕邊梁。墻式護(hù)欄受滲水侵蝕，墻身防腐涂層、混凝土剝落。伸縮縫內(nèi)有雜物，橡膠條脫落、破損，錨固區(qū)混凝土裂縫，局部破損及異型鋼斷裂、缺失。

3" "高速公路預(yù)防性專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)方法

3.1" "混凝土受滲水腐蝕維修

混凝土受滲水腐蝕，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)耐久性、使用安全性[4]。具體的維修原則為選擇適當(dāng)?shù)姆栏牧希瑢Y(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理。明確滲水來源，最大限度的阻隔水源[5]。維修處理前，需對混凝土侵蝕病害的等級進(jìn)行劃分，并采取有針對性的處置方案，具體如表1所示。

3.2" 混凝土裂縫處理

結(jié)合結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境、受力狀態(tài)、裂縫發(fā)展情況，選擇不同混凝土裂縫處置方案[6]。同樣地，維修處理前，需對混凝土侵蝕病害的等級進(jìn)行劃分，并采取有針對性的處置方案，具體如表2所示。

3.3" "瀝青混凝土橋面病害處置

鑒于橋面僅有少量的橫、縱向裂縫，確定瀝青混凝土橋面的病害等級為輕度。根據(jù)氣候環(huán)境選擇適宜的產(chǎn)品類型進(jìn)行貼縫帶封閉處理，新疆地區(qū)宜選用適應(yīng)嚴(yán)寒環(huán)境的材料。使用電動刷子、吹風(fēng)機(jī)對選擇使用貼縫帶的裂（接）縫進(jìn)行清潔處理，裂縫表面須平整，無大的突起、凹陷、松散、碎石或油痕、油脂及其他污物。將貼縫帶背面的隔離紙張揭去，無粘性物面朝上，以裂（接）縫為中心線將貼縫帶平整地貼在路面上。如遇不規(guī)則的裂縫，可用裁紙刀或剪刀將貼縫帶切斷，按裂縫的走向跟蹤粘貼，在貼縫帶與貼縫帶的結(jié)合處，要形成80～100mm重疊。用滾筒用力碾壓，將貼縫帶熨貼至地面，以確保貼縫帶同路面結(jié)合成為一體，不能有氣泡、皺褶[7]。

鑒于混凝土橋面鋪裝外露，橋面瀝青混凝土坑槽、車轍明顯，梁底滲水，確定瀝青混凝土橋面的病害等級為重度。瀝青混凝土采用銑刨機(jī)銑刨，銑刨后采用高壓水射流清洗表面。橋面混凝土鋪裝層表面清潔后，刷涂高滲透環(huán)氧封閉層[8]。須進(jìn)行2次防水涂層刷涂，每次刷涂量為0.25kg/m2，兩道涂刷間隔時間約為0.5h，可根據(jù)氣候情況作適當(dāng)調(diào)整。一些護(hù)欄座等設(shè)施的側(cè)面、立面應(yīng)分三道涂刷，每道涂刷量適當(dāng)減少，以防止出現(xiàn)垂流或掛不上涂料等情況。瀝青混凝土橋面鋪裝施工宜在涂層完工之后4～24h之內(nèi)進(jìn)行，不得超過48h。

3.4" 橋面伸縮縫病害處置

鑒于伸縮縫內(nèi)有雜物，橡膠條脫落，確定為輕度（I類）病害。處理時清除雜物，可采用空壓機(jī)接管子直接吹出，然后恢復(fù)脫落橡膠條。伸縮縫內(nèi)有雜物，鑒于橡膠條老化、破損，錨固區(qū)混凝土局部破損、露筋，確定為中度（II類）病害。對于伸縮縫內(nèi)破損橡膠止水條，應(yīng)及時更換，防止垃圾下落堵塞伸縮縫，防止水流對下部結(jié)構(gòu)腐蝕沖刷。

具體施作方法為使用壁紙刀，將舊橡膠條割斷，分段取出，清理槽口內(nèi)全部殘留物。用鋼釬將縫內(nèi)雜物搗碎夾出，難以取出的或推至底部，從下部取出。利用高壓水射流徹底清洗縫內(nèi)垃圾，及時清理運(yùn)出場地。安裝新橡膠止水條前，在型鋼凹槽內(nèi)涂抹潤滑油（硅脂油），再將橡膠止水條平放在安裝位置，用專門的工具側(cè)壓鑲嵌到型鋼凹槽內(nèi)。

對于伸縮縫槽口混凝土局部破損，修復(fù)前鑿除塊裂區(qū)域表層混凝土，直至外露密實(shí)混凝土基面。再在原混凝土基面涂刷混凝土防腐材料，之后使用快干高強(qiáng)砂漿進(jìn)行修復(fù)[9]。選取快干高強(qiáng)砂漿，現(xiàn)場加水拌合后即可使用，40min即凝固，2～3h即可通車，以減少交通封閉管制時間。

4" "基于超聲波檢測的高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)效果驗(yàn)證

4.1" "超聲波檢測的基本原理及測試方法

4.1.1" " 混凝土裂縫的超聲波檢測

超聲波檢測的主要原理，是利用聲波在混凝土固體介質(zhì)中傳播的速度比空氣中的傳播速度大。當(dāng)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、空洞、破損等現(xiàn)象時，聲源發(fā)射的超聲波透過這些缺陷的時間將明顯增大。而超聲波繞過裂縫末端后，由于速度較快將提前到達(dá)接收傳感器，通過判別接收聲波信號的振幅、初至?xí)r間、頻率、相位等聲學(xué)參數(shù)，可達(dá)到判別裂縫寬度、長度以及走向的目的。

檢測時，分別將超聲波傳感器的接受端和發(fā)射端對稱放置在裂縫兩側(cè)，按超波傳感器接受端與發(fā)射端的中心間距di分別布置為100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm，分別測試這些位置的超聲波初至?xí)r間ti0，按照聲波的傳播路徑以及裂縫深度hci的幾何關(guān)系，可以求得待測點(diǎn)i位置處的缺陷（裂縫、空洞、破碎等）深度。

4.1.2" "混凝土強(qiáng)度的超聲波檢測

大量的試驗(yàn)表明，采用超聲波對混凝土的強(qiáng)度測試時，聲波機(jī)械振動會引發(fā)混凝土微粒在彈性范圍內(nèi)縱向壓縮及橫向拉伸等物理現(xiàn)象。不同強(qiáng)度的混凝土產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變過程有所不同，這些應(yīng)力應(yīng)變過程直接反應(yīng)的是混凝土動彈模量、強(qiáng)度指標(biāo)等。差異化的混凝土強(qiáng)度將導(dǎo)致超聲波聲學(xué)參數(shù)，如聲波速度、振幅衰減系數(shù)、相位等產(chǎn)生變化等，因此在實(shí)踐上利用超聲波的這種特性，可以建立聲波參數(shù)與混凝土強(qiáng)度之間的經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系。

當(dāng)橋梁鋼筋混凝土粗骨料采用的是卵石時，可以按照公式（1）計(jì)算混凝土的抗壓強(qiáng)度

fcu=0.0056v1.439R1.769" " " " " " " " " " "（1）

其中，fcu為混凝土的抗壓強(qiáng)度，R為回彈值。當(dāng)橋梁鋼筋混凝土粗骨料采用的是碎石時，可以按照公式（2）計(jì)算混凝土的抗壓強(qiáng)度。其中，fcu為混凝土的抗壓強(qiáng)度，R為回彈值。

fcu=0.0162v1.656R1.410" " " " " " " " " " （2）

4.2" 超聲波檢測的效果評價

圖2為橋梁混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)整治前后裂縫和抗壓強(qiáng)度的超聲波檢測成果。從圖2a中可以看出：對于不同深度的裂縫（平均深度分別為5.0mm、3.0mm、1.4mm），在不同超聲波傳感器間距監(jiān)測條件下均可以得到較好的測試精度;對于不同深度的裂縫（平均深度分別為5.0mm、3.0mm、1.4mm），經(jīng)過裂縫整治處理后，裂縫深度均小于0.1mm。由此表明采取的裂縫整治措施合理，達(dá)到了預(yù)期的養(yǎng)護(hù)整治效果。

從圖2b中可以看出，選取的橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)6個超聲波監(jiān)測點(diǎn)，在缺陷處理前，混凝土的抗壓強(qiáng)度變化較大，最小值為45.8MPa，最大值為53.3MPa，平均值為50.5MPa。而經(jīng)過缺陷處理后，混凝土的抗壓強(qiáng)度變化趨于穩(wěn)定，最小值為52.4MPa，最大值為54.2MPa，平均值為52.9MPa，混凝土強(qiáng)度得到明顯的提高和均一化。

5" "結(jié)論

采用超聲波檢測技術(shù)可以得到較好的混凝土裂縫測試精度。對于不同深度的裂縫，經(jīng)過裂縫整治處理后，裂縫深度均小于0.1mm，表明采取的裂縫整治措施合理，達(dá)到了預(yù)期的養(yǎng)護(hù)整治效果。在缺陷處理前，混凝土的抗壓強(qiáng)度變化較大，而經(jīng)過缺陷處理后，混凝土的抗壓強(qiáng)度變化趨于穩(wěn)定，混凝土強(qiáng)度得到明顯的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈楸，康愛紅，顧萬，等.混凝土板梁橋典型病害風(fēng)險(xiǎn)矩陣評估及養(yǎng)護(hù)策略研究[J].公路，2020，65（7）：298-303.

[2] 孫廣俊，焦陽，吳炳延，等.基于技術(shù)狀況的混凝土公路橋梁周期性預(yù)防性養(yǎng)護(hù)策略研究[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，44（1）：82-91.

[3] 樊曉旭.高速公路橋梁橋面瀝青混凝土鋪裝層的病害成因及養(yǎng)護(hù)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2015，32（2）：64-67.

[4] 范建波，韓帥，羅燦.山區(qū)高速公路橋梁典型病害分析與處治措施[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019（4）：107-109.

[5] 肖弘光.高速公路橋梁橋面瀝青混凝土鋪裝層的病害成因及養(yǎng)護(hù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（22）：7470-7471.

[6] 劉建勛，趙文斌，張戎令，等.極旱大溫差地區(qū)養(yǎng)護(hù)方式對混凝土橋墩性能的影響[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2018，35（12）：148-153.

[7] 孫馬，范偉.基于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的橋梁全壽命周期養(yǎng)護(hù)策略[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018（3）：221-223.

[8] 徐勇，趙鵬鑫，劉戰(zhàn)利，等.高效保濕養(yǎng)護(hù)膜在橋梁墩身混凝土養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2021，61（7）：59-61，79.

[9] 吳自濤.公路橋梁施工管理養(yǎng)護(hù)技術(shù)及加固維修策略[J].黑龍江交通科技，2020，43（8）：150，152.