某新建公路大橋梁板裂縫原因分析及加固處理

詹思夢,姚 勇

(1.德陽生態(tài)智谷服務中心，四川德陽 618000;2.西南科技大學土木工程與建筑學院，四川綿陽 621010)

某新建公路大橋現(xiàn)澆實心板于2016年5月16日澆筑完成?，F(xiàn)澆T梁于2016年9月24日澆筑完成。橋面水泥混凝土鋪裝于2016年11月4日澆筑完成。由于主線瀝青路面施工時保通需要，在2017年2月15日至4月25日期間進行了臨時通車，所有附近車輛均從大橋上通行，2017年5月初發(fā)現(xiàn)梁板下部跨中區(qū)域有橫向裂縫，但在支座兩端區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)裂縫。T梁裂縫分布圖見圖1。

圖1 T梁裂縫分布

1 橋梁病害情況

1.1 現(xiàn)澆實心板

經(jīng)現(xiàn)場抽樣勘測，裂縫均按橫橋呈“一”型分布，裂縫間距以30～50 cm分布，每一模中有7～11條裂縫(模板長寬為2.4 m×1.2 m)。抽樣檢測兩條裂縫，最大縫寬0.062 mm，最大縫深45.6 mm。

1.2 現(xiàn)澆簡支T梁

經(jīng)現(xiàn)場抽樣勘測，裂縫主要分布在距梁端1.3～18.9 m之間(梁長20 m)，裂縫間距以15～50 cm分布，每片梁大約有50條裂縫，裂縫長度在20～75 cm之間，寬度在0.03～0.20 mm之間，深度在40～130 mm之間。梁板外觀局部有蜂窩麻面、漲模、模板變形等缺陷。馬蹄形部分底端、側(cè)邊均有不同類型的缺陷。

1.3 裂縫調(diào)查

現(xiàn)場普查裂縫數(shù)量及分布：檢查裂縫數(shù)量、長度及寬度，對裂縫位置進行標識，并作好記錄，觀察后期發(fā)育情況。

2 裂縫形成原因分析

2.1 設計角度分析

此大橋由于地理位置特殊，要下穿某鐵路，設計方案前后幾經(jīng)變更。2013年6月第一版設計采用了2×10 m現(xiàn)澆簡支板+8×16 m現(xiàn)澆連續(xù)板橋梁，連續(xù)跨越長灘河，下穿鐵路，橋梁全長159 m。橋梁設計標準總寬12.5 m，交叉口附近段橋梁最大寬度16.5 m，建筑限界高度5.0 m，設計荷載：公路-I級。在建設過程中，鐵路管理部門提出了三條明確意見：①下穿鐵路橋墩處跨徑不得小于20 m；②漸變段不得在下穿鐵路橋跨處；③靠近鐵路橋墩的樁基不得采用沖孔樁。結(jié)合鐵路部門的要求及項目具體情況將設計方案調(diào)整為中心樁號為ZDK0+96.10，橋梁全長159 m，平面為直線，與鐵路呈85.2°交角，下穿點位于鐵路橋第5孔中心位置，上部采用2×13 m現(xiàn)澆連續(xù)板+6×20 m現(xiàn)澆T梁橋。橋梁設計標準總寬12.5 m，交叉口附近段橋梁最大寬度16.5 m，建筑限界高度5.0 m，設計荷載：公路-I級。該橋總體布孔主要考慮到橋梁起點位于連接線與主線的平交區(qū)，且受鐵路橋凈空限制，故1#、2#孔采用2-13 m小跨徑現(xiàn)澆連續(xù)板形成異形板，避免相對大跨異形板復雜的受力狀態(tài)，減少設計和施工布筋的復雜性，其余部分孔跨布設以最大程度減輕對鐵路的影響，并結(jié)合河床斷面及工程地質(zhì)條件，考慮預制吊裝構(gòu)件受鐵路凈空限制，采用6×20 m現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土T梁，T梁梁肋采用直腹板式。2014年4月完成的施工圖設計文件按JTGB01-2003《公路工程技術(shù)標準》和JTGD60-2004《公路橋涵設計規(guī)范》執(zhí)行汽車荷載設計值：均布荷載qk=10.5 kN/m、Pk=237.6 kN。在該橋建設過程中，國家交通運輸部先后發(fā)布了新的JTGB01-2014《公路工程技術(shù)標準》，對汽車集中荷載取值作了提高調(diào)整，調(diào)整后本橋20 m跨T梁的汽車荷載設計值為：qk=10.5 kN/m、Pk=298.8 kN[1]。為及時貫徹執(zhí)行新標準、新規(guī)范的汽車荷載值，保證橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力、耐久性符合新規(guī)范要求。結(jié)合現(xiàn)場實際，最大程度地減少返工和材料浪費，將T梁原設計的直腹板式改為馬蹄形。

從設計角度上出發(fā)，由于當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展制約的原因，設計方案本身不能太過于保守，實際運營條件下是允許橋梁帶裂縫工作的，而且橋面鋪裝層本身也要與梁板一起參與共同受力，原則上在瀝青鋪裝層未施工的情況下應該禁止通車，況且在伸縮縫處10 cm的高差形成的反復沖擊荷載使構(gòu)件承受了較大的彎矩，可能是導致裂縫形成的主要原因。

2.2 施工角度分析

施工中嚴格按照設計圖紙和規(guī)范施工，梁板澆筑前也進行了預壓試驗，預壓試驗值合格，排除了地基基礎沉降導致裂縫形成的可能性。

由于臨時通車時，橋梁瀝青混凝土鋪裝尚未施作，僅進行了水泥混凝土的鋪裝，水泥混凝土的鋪裝層平整度與瀝青混凝土路面相比相差甚遠，特別是在伸縮處還有10 cm的高差，雖然在伸縮縫兩側(cè)進行了臨時堆砂處理，但車輛通行時，車輛不可避免產(chǎn)生跳動顛簸，特別是重載車輛，反復對橋面產(chǎn)生了很大的沖擊荷載，沖擊系數(shù)值很大，致使構(gòu)件承受了較大的彎矩，從而導致構(gòu)件中部區(qū)域的下部產(chǎn)生了裂縫。

3 裂縫處治方法

3.1 裂縫治理基本原則

裂縫寬度在0.15 mm以下采用環(huán)氧膠泥封閉；裂縫寬度在0.15 mm以上采用壓注專用裂縫灌注膠液的方法[2]進行壓膠處理。

3.1.1 裂縫治理工序

(1)用角磨機打磨清除裂縫表面雜物、浮漿和裝飾涂料等，并用丙酮將裂縫兩側(cè)20～30 cm邊緣處擦洗干凈，再用氣泵或小型空壓機吹洗干凈、干燥。

(2)為了使混凝土裂縫完全充滿漿液，并保證壓力，同時保證漿液不外滲，用化學膠液摻入滑石粉拌和成的膠泥將灌漿嘴間隔30～50 cm粘貼在縱向裂縫處。

(3)化學膠液封閉帶硬化后，進行氣壓試驗，氣壓控制在0.2～0.4 MPa。

(4)將灌注膠液均勻調(diào)配，每次混膠量不能超過800 g。

(5)混合膠裝入壓力灌注器內(nèi)芯中，加壓灌膠，直到緊鄰灌注器上部的灌膠嘴溢膠為止，取下灌注器，用快封膠封閉灌膠嘴，再從底部溢膠的灌漿嘴加壓灌膠，直到裂縫最上部灌膠嘴溢膠，待膠液固化后去除灌膠嘴，用砂輪機打磨裂縫表面。

(6)采用超聲波或鉆孔取樣檢查裂縫飽滿情況。

3.1.2 裂縫治理注意要點

(1)進行灌漿前應對裂縫進行處理，將裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物清理干凈，并用有機溶劑將裂縫兩側(cè)20～30 cm邊緣處擦洗干凈，保持干燥。

(2)對于大于0.3 mm的裂縫，應沿裂縫鑿成“V”型槽[3]，槽寬與槽深應根據(jù)裂縫深度確定，完成后應利用壓縮空氣清理干凈。

(3)對于裂縫深度較深時，應沿裂縫長度范圍內(nèi)進行鉆孔，鉆孔的間距應為2～3 m，鉆孔后應清除孔內(nèi)碎屑粉塵。

(4)灌漿時應待下一個排氣嘴出漿時立即關(guān)閉轉(zhuǎn)心閥，灌漿壓力應保持穩(wěn)定，宜為0.2 MPa。

(5)當吸漿率小于0.1 L/min時，應再繼續(xù)壓注幾分鐘方可停止灌注。

(6)待裂縫內(nèi)灌漿液達到初凝不外流時，方可拆除灌漿嘴，并采用摻入水泥的灌漿液把灌漿嘴處抹平封口。

(7)裂縫封閉后應進行壓氣試漏，檢查密閉效果。

(8)裂縫深度越深、裂縫越細，其壓注壓力越小，并延長保壓時間。

3.2 現(xiàn)澆實心板

在板梁底沿縱向粘貼一層碳纖維布[4]進行處理，粘貼碳纖維布之前應對原橋的裂縫進行處理，裂縫寬度小于0.15 mm的采用環(huán)氧膠泥封閉；裂縫寬度不小于0.15 mm的采用畢可法壓注改性環(huán)氧膠液進行處理?，F(xiàn)澆實心板裂縫處治構(gòu)造圖見圖2。

粘貼碳纖維布前應對混凝土表面進行打磨、清理，處理后的表面須滿足施工工藝要求。縱向碳纖維布采用50 cm寬的碳纖維布條帶進行處理，條帶之間間隔30 cm，并在板梁兩端分別設置兩道碳纖維布壓條，壓條寬度為50 cm，壓條間隔為100 cm。

3.3 現(xiàn)澆簡支T梁

T梁馬蹄及腹板有多條豎向裂縫，為進一步提高T梁耐久性和安全性，在T梁底部馬蹄部位的底面和側(cè)面分別粘貼8 mm厚鋼板[5]進行處治，對原橋裂縫寬度小于0.15 mm的采用環(huán)氧膠泥封閉；裂縫寬度不小于0.15 mm的采用畢可法壓注改性環(huán)氧膠液進行處理。T梁裂縫處治布置見圖3。

(a)梁底平面

(b)I-I和II-II剖面圖2 現(xiàn)澆實心板裂縫處治構(gòu)造

T梁裂縫處治過程中應注意要求如下：

(1)為保證結(jié)構(gòu)安全，在T梁端部粘貼U形箍鋼板以提高原結(jié)構(gòu)的抗剪承載能力。

(2)粘貼鋼板前應對混凝土表面進行打磨、清理。

(3)為提高T梁耐久性，在T梁底部馬蹄部位底面縱向粘貼兩道鋼板，側(cè)面各粘貼一道鋼板，底面鋼板寬度為20 cm，厚度為8 mm，側(cè)面鋼板寬度為15 cm，厚度為8 mm，鋼板材料采用Q345鋼材。

(4)由于底面鋼板粘結(jié)延伸長度不能滿足要求，因此在T梁兩端第一跨橫隔板范圍內(nèi)設置U形箍以保證抗彎鋼板的錨固，并兼做抗剪鋼板使用，U形箍鋼板寬度為25 cm，厚度為5 mm，鋼板材料采用Q345鋼材。

(5)U形箍上端采用縱向壓條進行錨固，壓條寬度為15 cm，厚度為5 mm，鋼板材料采用Q345鋼材，在沒有U形箍的位置，加設鋼墊板，鋼墊板厚度為5 mm，采用Q345鋼材。

(6)鋼板錨栓采用M10化學錨栓，植入深度9 cm。

(7)鋼板粘貼須采用壓力注膠的方式進行粘貼。

(8)磚孔前須先對T梁梁底鋼筋進行探測，鉆孔時須采取措施避免對梁體鋼筋造成損傷，施工中若鉆孔位置與鋼筋位置沖突，可適當調(diào)整孔位，鉆孔完成后對錨栓孔進行清理。

4 碳纖維布施工方法

4.1 混凝土表面處理

檢查裂縫，對寬度0.15 mm以下的裂縫進行封閉處理，對寬度0.15 mm以上的用改性環(huán)氧樹脂灌注或填補。

混凝土表面劣化層要用鋼絲角磨機去除、磨平，用小型空壓機吹凈，清理干凈，露出結(jié)構(gòu)密實部位的表面。

構(gòu)件表面凸出部分、構(gòu)件交接部分，模板斷槎等用角磨機打磨平整，確保粘貼面干凈，無油污，并使表面充分干燥。

(a)平面圖I-I剖面

(b)平面圖II-II剖面

(c)縱剖面圖I-I剖面

(d)縱剖面圖II-II剖面圖3 T梁裂縫處治布置

4.2 位置放線

在進行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布之前，應按處理方案要求進行碳纖維布的放線定位測量。

4.3 涂底膠

用滾筒刷或毛刷均勻地將底層膠涂布于需處理的構(gòu)件表面，涂布面邊界不應小于所粘貼的碳纖維布的大小。

4.4 表面凹洞找平

底層膠干燥后，粘貼面如有缺損、坑洼、凹陷、模板接頭處出現(xiàn)高差等情況，應將構(gòu)件表面凹陷部位用找平膠填平。

4.5 涂浸澤膠

浸澤膠按比例攪拌混合均勻，用滾刷或毛刷涂在選定的砼表面上，涂布面積不小于碳纖維布的面積，涂布須均勻，不垂流，樹脂硬化時效須提前掌握。找平后表面平整度必須符合質(zhì)量標準要求[6]。

4.6 粘貼碳纖維布

碳纖維布應按處理方案要求的尺寸裁剪，并按設計方向、位置、順序貼上。貼布前，布與樹脂之間不要有空氣，可用刮板沿纖維方向在碳纖維布上刮壓數(shù)次，使樹脂浸澤碳纖維。

貼布后，即可在碳纖維布上均勻涂抹浸澤膠，使膠充分含浸碳纖維。應涂刷均勻，周邊整齊，須確認碳纖維布上纖維無褶皺、無歪斜，滾壓時不得損傷碳纖維布[7]。

4.7 養(yǎng)護

碳纖維施工完成后應進行養(yǎng)護，保證養(yǎng)護時間的溫度不低于樹脂的允許使用溫度，養(yǎng)護時間至膠液完全固化為止。

4.8 涂表面防護膠

碳纖維布形成復合材料且樹脂固化后，在復合層表面采用毛刷和刮板均勻涂刷表面防護膠，形成防護層。

5 T梁粘貼鋼板施工方法

5.1 定位放線

在進行混凝土表面處理和粘貼鋼板前，應按處理方案的要求進行鋼板位置放線定位測量。

5.2 粘貼鋼板區(qū)域混凝土表面處理

對粘貼面進行打磨，去掉1～2 mm厚表層，用空壓機吹凈或用清水沖洗干凈，待完全干燥后用丙酮清洗表面即可。

對于新混凝土粘合面，先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，再用硬毛刷沾洗滌劑洗刷表面，或用清水沖洗，待完全干燥后即可。

5.3 鉆孔植栓

在粘貼區(qū)域按照圖紙要求結(jié)合實際情況進行鉆孔埋植一根化學錨栓。在鉆孔前，必須用鋼筋定位儀查明加固構(gòu)件的鋼筋分布情況，避免鉆孔時碰到鋼筋。對形成的孔用小型空壓機吹凈，向孔內(nèi)注入環(huán)氧樹脂膠泥或?qū)Ｓ弥步钅z，將錨栓緩慢轉(zhuǎn)動插入，環(huán)氧樹脂膠泥或植筋膠必須飽滿。

5.4 鋼板配套錨栓鉆孔和灌漿嘴鉆孔

依據(jù)圖紙及實際情況放樣下料，根據(jù)結(jié)構(gòu)表面鉆孔位置，對鋼板進行配套錨栓鉆孔。灌漿嘴鉆孔參照如下要求：

(1)鋼板寬度小于15 cm，長小于3 m，在鋼板兩頭對角線處各鉆一孔，一個作為灌膠口。

(2)鋼板寬度大于15-40 cm，長小于3 m，在鋼板四角各鉆一孔，一側(cè)作為灌膠口，其余為出氣孔。

(3)鋼板長度為3～6 m，還應在鋼板中間鉆一個出氣孔，一個作為灌膠孔。

5.5 鋼板粘貼表面處理

對鋼板粘貼表面采用噴砂、砂布或平砂輪打磨，直至光亮。然后再進行粗糙處理，打磨紋路盡量與鋼板受力方向垂直，之后用酒精或丙酮棉紗清洗鋼材表面除油。

5.6 鋼板粘貼、固定與加壓

打磨好的鋼板按照鉆孔錨栓的位置粘貼至梁體表面。鋼板粘貼好后，立即用植筋螺栓固定，加墊片，緊固螺母，交替擰緊各加壓螺桿。鋼板與混凝土之間的縫隙盡量壓實，以不大于2 mm為宜。

5.7 配置粘貼鋼板密封膠液

根據(jù)粘貼鋼板專用粘鋼膠的配比，嚴格計量，將甲乙組分倒入攪拌器中，采用機械方法按同一方向攪拌均勻，粘鋼膠配比根據(jù)當?shù)貤l件及有效時間長短作適當調(diào)整。每次配膠量不宜超過500 g，在0.5 h內(nèi)用完為宜。

5.8 鋼板密封

用配好的密封膠密封鋼板邊緣及錨固螺栓，在灌膠孔和出氣孔上安裝灌膠嘴并用密封膠粘結(jié)，密封2 h后下步施工。

5.9 壓氣試驗

化學膠液封閉的鋼板邊、錨栓、灌漿口及出氣口硬化后，進行壓氣試驗，氣壓控制在0.2～0.4 MPa，對漏氣部位再次進行封閉。

5.10 檢驗

用小錘敲擊法或其它可靠方法檢查灌注密實度(大于90 %)，若低于90 %，則要重新灌注。

5.11 防腐處理

經(jīng)檢驗確認鋼板粘貼效果可靠后，清除鋼板外表面污垢和銹斑，擦除灰塵，進行鋼板表面金屬噴鋁，然后在鋼板表面刷一層底膠，再用人工或機械在鋼板表面點粘砂粒，增加鋼板表面粗糙度，然后在鋼板外表面涂抹長效型漆[8](長效型底漆、長效型中間漆、長效型面漆)，漆的顏色需調(diào)配成與混凝土的顏色相近。

6 結(jié)束語

(1)瀝青混凝土鋪裝層未施工的情況下提前開放交通，過往車輛在伸縮縫處高差處引起的沖擊荷載對橋梁施工質(zhì)量會產(chǎn)生較大影響，通過分析橋梁梁板裂縫形成的原因，合理設計橋梁加固處理施工方案。

(2)針對現(xiàn)澆實心板結(jié)構(gòu)，采用在板梁底沿縱向粘貼一層碳纖維布的施工工藝進行處理，粘貼前應對原橋的裂縫進行處理，裂縫寬度小于0.15 mm的采用環(huán)氧膠泥封閉；裂縫寬度不小于0.15 mm的采用畢可法壓注改性環(huán)氧膠液進行處理。

(3)針對現(xiàn)澆簡支T梁結(jié)構(gòu)，為進一步提高T梁耐久性和安全性，采用在T梁底部馬蹄部位的底面和側(cè)面分別粘貼8 mm厚鋼板的施工工藝進行處治，對原橋裂縫寬度小于0.15 mm的采用環(huán)氧膠泥封閉；裂縫寬度不小于0.15 mm的采用畢可法壓注改性環(huán)氧膠液進行處理。