關(guān)于對(duì)橋梁箱梁裂縫病害形成原因分析及養(yǎng)護(hù)對(duì)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(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在高速公路上行駛的集裝箱運(yùn)輸車(chē)以及其他載重卡車(chē)出現(xiàn)超限運(yùn)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(yùn)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(shí)有發(fā)生，因些必須及時(shí)對(duì)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(yíng)運(yùn)橋梁的病害現(xiàn)狀，介紹箱梁的病害加固措施，為該類(lèi)橋梁的養(yǎng)護(hù)工作提供參考。

廣東汕汾高速公路為G15國(guó)道沈海高速粵境段的一部分，該路段的外砂高架橋全長(zhǎng)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(jiǎn)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(tái)），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(tái)，灌注樁基礎(chǔ)。

2 外砂高架橋箱梁裂縫病害特點(diǎn)

經(jīng)過(guò)委托專(zhuān)業(yè)檢測(cè)單位對(duì)外砂高架橋進(jìn)行技術(shù)狀況檢測(cè)，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(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，較寬裂縫出現(xiàn)張開(kāi)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(jiǎn)支箱梁，二期工程段為連續(xù)箱梁，箱梁開(kāi)裂病害較為嚴(yán)重，根據(jù)竣工圖紙對(duì)原結(jié)構(gòu)采用橋梁結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)分析軟件《橋梁博士》V3.0進(jìn)行使用階段和極限強(qiáng)度驗(yàn)算，按85規(guī)范驗(yàn)算，一期箱梁長(zhǎng)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(yàn)算結(jié)算表明原結(jié)構(gòu)的使用荷載、抗彎和抗剪均能滿(mǎn)足85規(guī)范的要求；按04規(guī)范驗(yàn)算，長(zhǎng)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(mǎn)足04規(guī)范的要求。二期箱梁長(zhǎng)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(mǎn)足85規(guī)范的要求。通過(guò)以上對(duì)箱梁裂縫病害的規(guī)律，結(jié)合計(jì)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(shí)支架預(yù)壓量偏低，導(dǎo)致箱梁開(kāi)裂。

②早期施工時(shí)混凝土不均勻收縮、箱梁內(nèi)模過(guò)早拆除，導(dǎo)致箱梁開(kāi)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(shí)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(duì)裂縫寬度<0.15mm的裂縫采用涂刷環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行封閉處理，對(duì)裂縫寬度≥0.15mm的采用壓力灌注環(huán)氧樹(shù)脂膠來(lái)修補(bǔ)裂縫；② 根據(jù)對(duì)原結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，原結(jié)構(gòu)承載能力均滿(mǎn)足85規(guī)范及04規(guī)范設(shè)計(jì)要求，但鑒于外砂高架橋一期段簡(jiǎn)支箱梁安全系數(shù)（1.15）偏低及高速公路超載現(xiàn)象問(wèn)題，對(duì)外砂高架橋一期工程段開(kāi)裂較為嚴(yán)重的簡(jiǎn)支箱梁粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)處理，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。

4 病害維修維修加固措施實(shí)施

4.1 裂縫灌漿處理的施工方法和驗(yàn)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(shù)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(diǎn)：（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?chē)挠臀矍宄蓛糁敝疗浔砻娓{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?chē)挠臀?；?）根據(jù)裂縫的寬度和長(zhǎng)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(gè)，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(shí)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(gè)人進(jìn)行灌注時(shí)，一次用量為500～1000g進(jìn)行樹(shù)脂稱(chēng)量，灌縫時(shí)用0.2MPa的無(wú)油壓縮空氣為動(dòng)力緩慢灌膠，當(dāng)相鄰壓膠嘴不夾氣冒膠時(shí)關(guān)閉該閥，逐一冒膠逐一關(guān)閉，直至最后一個(gè)閥門(mén)關(guān)閉，注意灌縫膠的可灌時(shí)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(shù)脂不足時(shí)，表示應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灌注，直至達(dá)到預(yù)估灌縫樹(shù)脂用量或橡膠膜內(nèi)樹(shù)脂不再減少；（9）當(dāng)封縫膠固化 6小時(shí)（25℃）～24小時(shí)（25℃）后就可拆除固定基座，并用砂輪機(jī)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(yàn)和驗(yàn)收：（1）所有進(jìn)場(chǎng)樹(shù)脂材料，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有產(chǎn)品出廠(chǎng)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(jì)要求，適合現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度條件；（2）樹(shù)脂材料應(yīng)陰涼密閉儲(chǔ)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(bào)請(qǐng)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(shí)，底座間距為200mm～300mm；裂縫寬度在0.15mm以下上時(shí)，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(shù)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(shí)以上；（7）當(dāng)彈性橡膠膜內(nèi)樹(shù)脂不足時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灌注，補(bǔ)充注入的灌膠控制時(shí)間一般為15～20分鐘，低溫施工時(shí)，該時(shí)間可適當(dāng)縮短。超過(guò)此時(shí)間如橡膠球內(nèi)樹(shù)脂無(wú)繼續(xù)滲入的趨勢(shì)，則視為裂縫已灌注飽滿(mǎn)；（8）在灌縫過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量，灌縫結(jié)束后應(yīng)檢驗(yàn)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(shù)脂膠進(jìn)行封閉處理的施工方法和驗(yàn)收：

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

工藝要點(diǎn)：（1）用鋼絲刷將裂縫周?chē)挠臀壅J(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(jī)溶劑對(duì)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(shù)脂膠泥；（5）將環(huán)氧樹(shù)脂膠泥按規(guī)定比例稱(chēng)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(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)；（6）將拌和好的環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(shù)脂膠，以起到防護(hù)作用；（8）封縫環(huán)氧樹(shù)脂膠泥固化后，要進(jìn)行表面清理，使表面平順。

檢驗(yàn)和驗(yàn)收

（1）封縫膠涂得太薄或太窄，均容易造成灌縫樹(shù)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(shí)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(yàn)收

碳纖維布和粘貼碳纖維布配套樹(shù)脂應(yīng)采用與碳纖維配套的底層樹(shù)脂，找平材料和浸漬樹(shù)脂，其安全性和適配性必須滿(mǎn)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(qiáng)復(fù)合材料加固混凝土工程施工與驗(yàn)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?zhàn)有扪a(bǔ)-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(diǎn)：（1）施工前應(yīng)對(duì)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(cè)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(jì)圖紙?jiān)诩庸滩课环啪€(xiàn)定位；（2）用電動(dòng)砂輪機(jī)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(shí)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(qiáng)混凝土表面強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)的混凝土表面緊密接觸，才能產(chǎn)生良好的補(bǔ)強(qiáng)效果，但是混凝土表面的銳利突起物、錯(cuò)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(qiáng)度降低，混凝土表面小的模板錯(cuò)位及混凝土氣孔很難通過(guò)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(shí)將矩形斷面直角打磨后補(bǔ)成圓弧狀；（6）浸漬樹(shù)脂（粘貼主膠）粘貼碳纖維布，浸漬樹(shù)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(shù)脂順利地將碳纖維布粘附于混凝土表面，經(jīng)過(guò)碾壓，使浸漬樹(shù)脂很容易浸透碳纖維布，形成一個(gè)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(shù)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(shù)脂的標(biāo)準(zhǔn)用量，計(jì)算出所涂布的面積的需用量，視現(xiàn)場(chǎng)氣溫等實(shí)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(wú)遺漏地將粘接膠涂在需補(bǔ)強(qiáng)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??；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(jì)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(shù)脂膠液充分浸漬碳纖維布，消除氣泡和除去多余樹(shù)脂，使碳纖維和底層充分粘接；⑤對(duì)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(duì)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(kāi)（注意不要?jiǎng)澋锰L(zhǎng)），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(shí)。應(yīng)保證密實(shí)粘貼面積大于95%。

檢驗(yàn)與驗(yàn)收

（1）施工開(kāi)始前，應(yīng)確認(rèn)碳纖維布和粘結(jié)劑、底層樹(shù)脂、找平材料的產(chǎn)品合格證和質(zhì)量驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，其各項(xiàng)性能應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；（2）粘結(jié)質(zhì)量不符合要求需割除修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)沿空鼓部分的碳纖維布割除，以每邊向外緣擴(kuò)展150mm大小之間同樣碳纖維布，用同樣粘結(jié)劑補(bǔ)貼在原處；（3）正拉粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)將抽樣檢驗(yàn)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(qiáng)度以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時(shí)應(yīng)有足夠的韌性，以免混凝土開(kāi)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(shí)間合適（一般保證有3小時(shí)左右），同時(shí)應(yīng)對(duì)水分含量不敏感，具有適宜的流動(dòng)性和粘度，固化收縮率?。唬?）碳纖維修補(bǔ)所用底層樹(shù)脂、找平樹(shù)脂、浸漬樹(shù)脂或粘結(jié)樹(shù)脂應(yīng)采用與碳纖維相配套的材料。

結(jié)語(yǔ)

外砂高架橋通過(guò)對(duì)箱梁的裂縫進(jìn)行灌漿及粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)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(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。以上的維修加固措施的施工期限較短，經(jīng)費(fèi)也較少，完全可以應(yīng)用到同類(lèi)的箱梁梁橋的加固上。該橋經(jīng)加固后開(kāi)放交通至今，使用情況一直良好，經(jīng)跟蹤觀(guān)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(jì)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(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）

[3]公路橋梁加固設(shè)計(jì)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）