高速公路舊橋續(xù)建病害處治技術(shù)探討

■吳 杰

（南平高速咨詢監(jiān)理有限公司， 南平 353000）

塔前互通式立交D 匝道橋位于南平延平區(qū)塔前境內(nèi)，屬低山丘陵間沖洪積Ⅰ、Ⅱ級階地地貌，地形起伏較大，小溪從中部通過。 上覆地層全新統(tǒng)沖洪積層、殘坡積層，下伏侏羅系梨山組細(xì)砂巖風(fēng)化層、燕山早期侵入花崗閃長巖、花崗巖風(fēng)化層。 橋中心樁號為DK0+439.434， 橋梁全長為397.86 m，采用4×30 m+5×30 m+4×30 m 三聯(lián)十三孔30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁剛構(gòu)連續(xù)的結(jié)構(gòu)形式。 本橋最大墩高41 m， 柱 樁 徑 采 用1.4 m 配1.6 m 及1.6 m 配1.8 m。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩（柱徑1.4 m 和1.6 m），樁基礎(chǔ)（樁徑1.6 m 和1.8 m）；柱式臺，樁基礎(chǔ)（樁徑1.3 m），下部共12 根墩（24 根立柱），起點(diǎn)為0#臺，終點(diǎn)為13#臺。

該橋由于特殊原因未完成上部結(jié)構(gòu)工程，下部結(jié)構(gòu)于2004 年在高速公路主線通車時修建， 墩柱長期暴露于外界達(dá)15 年以上。 經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測提供數(shù)據(jù)后，設(shè)計(jì)驗(yàn)算分析，組織專家組進(jìn)行論證建議重新建設(shè)時為考慮經(jīng)濟(jì)效益與結(jié)構(gòu)安全可充分利用既有墩柱，對匝道橋12 個墩柱的立柱、系梁、 蓋梁等部位進(jìn)行外觀檢查和混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕程度等檢測，為下一步設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

1 檢測方法與評價結(jié)果

1.1 外觀檢查結(jié)果

因下部結(jié)構(gòu)墩柱長期暴露于外界，12 個墩柱共有1 條橫向裂縫，縫長1.00 m，縫寬0.80 mm，縫深1.00 cm；4 處砼離析，總面積12.00 m2；7 處砼蜂窩麻面，總面積13.57 m2；4 處砼掉塊露筋，總面積0.68 m2；1 處 修 補(bǔ) 痕 跡， 面 積0.60 m2；52 處 銹 脹 露 筋，長0.05～0.70 m；27 處露筋，長0.10～0.80 m；5# 樁基頂部裸露1.20 m，砌石被沖刷淘空。

1.2 材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測結(jié)果

蓋梁頂預(yù)埋鋼筋有效截面積測定， 隨機(jī)截取7#、8#、11#墩蓋梁頂預(yù)埋鋼筋各6 根（中12 mm 3 根、中25 mm 3 根），用銼刀將銹跡打磨至光亮面，利用游標(biāo)卡尺量測打磨前后的鋼筋直徑，計(jì)算銹蝕厚度。對所取預(yù)埋鋼筋進(jìn)行強(qiáng)度檢測，符合規(guī)范要求[1]。

1.3 混凝土強(qiáng)度推定

共15 個構(gòu)件的砼強(qiáng)度推定值大于原設(shè)計(jì)值，符合原設(shè)計(jì)要求，可以利用[2]。

1.4 鋼筋保護(hù)層厚度檢測

各構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度不均勻， 合格率低，鋼筋骨架存在偏位或變形現(xiàn)象。 共有21 個構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度對鋼筋耐久性影響不顯著，13 個構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度對鋼筋耐久性存在不同程度的影響，1#墩右立柱、9#墩左立柱、10# 墩右立柱鋼筋和11# 墩第二道橫系梁鋼筋易失去堿性保護(hù)，發(fā)生銹蝕。

1.5 鋼筋直徑和鋼筋根數(shù)

各構(gòu)件的主筋直徑和根數(shù)均與設(shè)計(jì)值相同，鋼筋間距的變化范圍較大，但是間距平均值與間距設(shè)計(jì)者均較為接近。

2 病害加固處治措施

根據(jù)檢測結(jié)論以及現(xiàn)場實(shí)際條件，針對部分橋墩進(jìn)行加固。 對外觀檢測中發(fā)現(xiàn)的裂縫、取芯孔未修補(bǔ)、砼離析、蜂窩麻面、掉塊露筋、銹脹露筋、露筋、樁基沖刷外露等常規(guī)缺陷，在構(gòu)造加固之前先開展加固處治。

2.1 常規(guī)病害修復(fù)

2.1.1 裂縫缺陷處理

采用畢可法[3]（即恒壓灌注法）注膠處理后，橫向（相對于裂縫走向，以下相同）粘貼一層300 g/m2碳纖維布，如果局部區(qū)域裂縫較多而無規(guī)律，則采用縱橫交錯粘貼方式（圖1）。

圖1 現(xiàn)場修復(fù)施工情況對比

2.1.2 施工工藝

裂縫調(diào)查——裂縫處理——設(shè)置灌漿嘴——封縫——配制灌漿膠液——灌漿——膠液固化——粘貼碳纖維布（300 g）。

（1）裂縫處理

用鋼絲刷等工具清除混凝土裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物，刷去浮灰，用布沿縫兩側(cè)3～5 cm 范圍擦拭干凈，不得有油污、砂粒及浮漿等污垢、雜質(zhì)。

（2）設(shè)置灌漿嘴

在裂縫的交錯處、裂縫較寬處及裂縫端部必須設(shè)置灌漿嘴，灌漿嘴的間距根據(jù)裂縫大小、走向及結(jié)構(gòu)形式而定，一般縫寬0.3～0.5 mm 時灌漿嘴間距為30～50 cm，在一條裂縫上必須設(shè)置有進(jìn)漿、排氣或出漿口。 封閉及灌漿嘴周圍必要時應(yīng)先用丙酮洗凈， 灌漿嘴底盤周圍均勻地抹上1～2 mm 厚裂縫封閉膠泥，并與孔眼對準(zhǔn)貼于裂縫上，注意粘貼牢固，且不得堵嘴堵縫。

（3）封縫

封縫質(zhì)量的好壞直接影響灌漿效果與質(zhì)量，應(yīng)特別予以重視。 裂縫的封閉使用專用的裂縫封閉膠， 按推薦配膠比例稱取并調(diào)配封閉膠泥，用油灰刀沿裂縫往復(fù)涂刮后均勻涂抹一層厚1～2 mm、寬2～3 cm 的膠泥，注意防止小氣泡及密封不嚴(yán)。

（4）配制灌漿膠液

配制環(huán)氧膠液前應(yīng)將A、B 兩組分充分搖勻，根據(jù)估計(jì)的灌膠量按推薦配膠比例分別稱量兩組分并混合均勻。 從膠液混合開始，注膠操作應(yīng)在膠液適用期內(nèi)完成（25℃時約為90 min）。

（5）灌漿

注膠操作應(yīng)使用專用的注膠器具。 在一條裂縫上的灌漿由下而上，由一端到另一端。 灌漿壓力常采用0.1～0.2 MPa，在保證灌漿順暢的情況下，采用較低的灌漿壓的時間， 可獲得更好的灌漿效果，當(dāng)最后一個出漿口出膠停止后再保持壓注10 min 左右即可停止灌漿。 拆除管路，非注意防止流腔。

（6）膠液固化

灌縫膠應(yīng)在5℃以上的環(huán)境中固化， 固化時間視環(huán)境溫度而定，一般情況（25℃）下固化12 h 即可。 膠液固化后即拆除嘴子，并用裂縫封閉膠封閉。離析、蜂窩麻面、掉塊露筋、銹脹露筋、露筋：松散的混凝土和鋼筋表面的銹蝕應(yīng)清理干凈，并用結(jié)構(gòu)膠或環(huán)氛砂漿對缺損部位進(jìn)行修補(bǔ)，達(dá)到保護(hù)鋼筋和修復(fù)結(jié)構(gòu)表面的目的。 樁基沖刷外露：對被沖刷的地表采用C20 片石砼進(jìn)行回填，以保護(hù)樁基，對橋下地表的排水溝進(jìn)行修增，引導(dǎo)地表水順暢排出且不沖刷樁周土體。

2.2 橋梁鋼筋保護(hù)層

（1）針對保護(hù)層大于上限值的部分，經(jīng)現(xiàn)場檢測未發(fā)現(xiàn)裂紋，對結(jié)構(gòu)耐久性等影響較小，不做處理。 （2）針對保護(hù)層小于下限值的部分，按照以下方法處理：①保護(hù)層偏差≤1 mm 的部分，可不做處理；②1 mm＜保護(hù)層偏差≤5 mm 的部分，涂刷1 層硅烷浸漬涂料，涂刷范圍為50 cm×50 cm；③保護(hù)層偏差＞5 mm 以上的部分， 涂刷2 層硅烷浸漬涂料，涂刷范圍為100 cm×100 cm。

2.3 構(gòu)造加固

根據(jù)塔前互通D 匝道橋檢測報(bào)告及對橋墩、樁基進(jìn)行承載能力驗(yàn)算最終確定對2、3、8、9、10 號橋墩進(jìn)行加固（圖2～3）。

圖2 2、3、8、9、10 號橋墩加固

原橋2、3、8、9、10 號墩進(jìn)行了抬樁處理， 以彌補(bǔ)既有摩擦樁承載力的小幅度不足，由于既有橋墩已建成多年，抬柱處理后，既有橋墩的重力仍然基本由原樁基承擔(dān)， 但通過橋墩包箍和加設(shè)的承臺，新建的上部結(jié)構(gòu)恒載、二期恒載和活載將由原樁基和新建樁基共同承擔(dān)。 對樁基部位采用抬樁方式新增兩根樁基，新增樁基直徑1.2 m，樁頂采用承臺連接，增大原有下部結(jié)構(gòu)的承載能力。

對抬樁的橋墩采用外包混凝土，加大橋墩直徑以利于新承臺傳通經(jīng)向力。 橋墩直徑統(tǒng)一加大40 cm。 承臺的厚度統(tǒng)一取2.0 m，承臺的平面尺寸分別為1400×320 cm 和1450×340 cm，承臺底離系梁頂10 cm。

圖3 橋墩、樁基加固示意圖

針對橋墩柱的麻面、疏松等缺陷嚴(yán)重程度與分布情況，根據(jù)檢測單位取芯檢測結(jié)果，混凝土強(qiáng)度滿足要求，因此本次采取：（1）對缺陷位置表面清創(chuàng)（露筋位置須除銹、阻銹）；（2）采用高強(qiáng)砂漿填補(bǔ)；（3）在墩柱表面環(huán)向通長粘貼一層300 g/m2碳纖維布。 進(jìn)行粘貼碳布處治時，碳布表面需進(jìn)行修飾，碳布在豎向粘貼范圍為墩頂至缺陷最下方邊緣往下延伸0.5 m 或缺陷區(qū)域分別向墩柱上下兩個方向延伸0.5 m。 墩柱貼布位置混凝土表面若無缺陷須先進(jìn)行打磨處理后再粘貼碳布。 缺陷表面鑿除采用機(jī)械鑿除（圖4、表1）。

表1 碳纖維布安全性能指標(biāo)

圖4 D 匝道橋4# 墩墩柱頂碳布粘貼范圍示意圖

2.4 加固配筋方案

為加強(qiáng)新增承臺與原有墩柱的連接，在承臺底主筋處的墩柱體內(nèi)植入一定數(shù)量的鋼筋。 考慮到植筋方向?yàn)閺较?，部分植筋鋼筋與承臺制筋不在同一直線上，故加大植筋外露端的焊接預(yù)留長度。 同時，加強(qiáng)墩柱抱箍箍筋的設(shè)置，承臺在施工時應(yīng)按《橋墩鋼筋加固布置圖》預(yù)埋鋼筋[3]（圖5）。

圖5 墩臺固結(jié)配筋方案示意

本工程為舊橋續(xù)建加固項(xiàng)目，加固時應(yīng)注意各類構(gòu)件可能對施工造成影響的組件位置。 一是進(jìn)一步檢查確認(rèn)部分構(gòu)件的預(yù)埋鋼筋是否預(yù)埋，包括耳墻的防撞欄基礎(chǔ)預(yù)埋鋼筋， 橋臺的伸縮縫預(yù)埋鋼筋，蓋梁項(xiàng)的固結(jié)墩預(yù)埋鋼筋和預(yù)埋鋼板。 二是檢查各構(gòu)件預(yù)埋鋼筋的銹蝕情況，是否完好，是否需要除銹處理。 三是固結(jié)墩蓋梁頂面應(yīng)鑿毛并沖洗干凈再澆筑混凝土。 四是檢查支座墊石是否已施工。五是考慮下部結(jié)構(gòu)砼耐久性要求， 根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，本橋勘察區(qū)地下水對混凝土具弱分解性腐蝕。

3 結(jié)語

本互通已交工驗(yàn)收和通車， 目前運(yùn)營效果良好，表明本橋墩下構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)方案的成功。 隨著橋梁使用時間的增長， 損傷程度也會越來越嚴(yán)重，病害會不斷發(fā)展，為保障橋梁的安全運(yùn)營，延長其使用壽命，就要在檢測評估的基礎(chǔ)上，對承載能力不足、使用性能較差或耐久性能不滿足要求的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，進(jìn)行有針對性地維修加固。 橋梁加固涉及的內(nèi)容十分廣泛，加固設(shè)計(jì)計(jì)算、加固方案工藝比較選擇以及投資效益的優(yōu)化等方面，通常橋梁下部結(jié)構(gòu)需具有足夠的承載潛力，足以滿足上部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固所增加的重量以及活荷載對它的要求[4]。由于歷史原因，D 匝道橋完成下部結(jié)構(gòu)后停工。 重新檢測后進(jìn)行加固設(shè)計(jì)后完成續(xù)建工程。 本研究對舊橋續(xù)建加固項(xiàng)目病害處治進(jìn)行總結(jié)，可為此類橋梁在高速公路的應(yīng)用提供參考與借鑒。