某高速公路既有橋梁工程病害特征分析及修復(fù)措施

曹 棟

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司南京設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210009)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，橋梁建造水平也躍居世界前列，新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，這在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)公路橋梁建設(shè)方法的不足，為現(xiàn)代化橋梁工程的建設(shè)創(chuàng)造了有利的條件[1-3]。但在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中，尤其高速公路的改擴(kuò)建過(guò)程中，對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，多為帶“病”工作狀態(tài)，施工過(guò)程中的重車荷載及服役環(huán)境的變化加劇了橋梁病害的發(fā)展，影響了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和服役壽命。如何解決橋梁結(jié)構(gòu)的“先天不足”和服役過(guò)程中出現(xiàn)的各種病害特征，保證橋梁能夠長(zhǎng)期、安全和高效的使用，是一項(xiàng)日久彌堅(jiān)的任務(wù)。

1 工程概況

某高速公路于2005年1月開工建設(shè)，2008年7月建成通車，全長(zhǎng)175 km。按照《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ 001-97)[4]分段采用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，起點(diǎn)段3.9 km為高速公路，設(shè)計(jì)速度60 km/h，路基寬22.5 m；17.5 km為一級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度60 km/h，路基寬22.5 m；其余148.9 km為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬12 m。

該項(xiàng)目為改擴(kuò)建工程，項(xiàng)目施工期間，由于土建施工需要，重載車輛通行量增加，當(dāng)?shù)赜晁渑?，致使既有橋梁工程出現(xiàn)新的病害，全線共檢測(cè)橋梁192座，其中空心板橋29座，T型梁橋117座。根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)[5]檢查結(jié)果,一類橋梁7座，占總數(shù)的3.6%；二類橋梁169座，占總數(shù)的88%；三類橋梁16座，占總數(shù)的8.4%。未發(fā)現(xiàn)四、五類橋梁。檢測(cè)結(jié)果表明：全線橋梁總體技術(shù)狀況良好，能滿足設(shè)計(jì)荷載安全運(yùn)營(yíng)需要，但由于服役時(shí)間較長(zhǎng)及施工缺陷等原因，部分橋梁存在不同程度的缺陷病害。為了保證橋梁的正常使用，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，保證橋梁的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)安全，需要在全面檢測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)部分病害、缺陷進(jìn)行加固修復(fù)設(shè)計(jì)。

2 主要病害特征及處治措施

2.1 主要病害特征

(1) T梁跨中位置附近豎向裂縫，局部豎向裂縫發(fā)展至底板，形成U形或L形裂縫，如圖1所示。

圖1 T梁腹板豎向裂縫

(2) 蓋梁負(fù)彎矩位置(附近)豎向裂縫，局部裂縫發(fā)展至蓋梁頂面，以及正彎矩區(qū)豎向裂縫，局部形成L(U)形裂縫，如圖2所示。

圖2 蓋梁裂縫擴(kuò)展圖

(3) 墩柱環(huán)向裂縫，如圖3所示；樁基外露，如圖4所示。

圖3 墩柱環(huán)向開裂

圖4 墩柱外露被河水沖刷

(4) 樁基/梁體受棄土擠壓，如圖5和圖6所示。

圖5 墩柱受棄土擠壓

圖6 梁體受土體擠壓

(5) 橋臺(tái)搭板下沉、破損，如圖7所示。

圖7 搭板下沉

(6) 鋼筋銹蝕、混凝土脹裂，如圖8所示。

圖8 鋼筋銹蝕脹裂

(7) 板(梁)底縱向裂縫、空洞、露筋、板式橡膠支座剪切變形、局部脫空、盆式支座上下鋼構(gòu)件安裝反向、橡膠止水帶老化破損等其他病害，如圖9、圖10所示。

圖9 板底縱向裂縫

圖10 馬蹄縱向裂縫

上述(1)(2)和(3)類缺陷病害對(duì)構(gòu)件的正常使用功能有一定影響，存在一定的安全隱患，需進(jìn)行專業(yè)處治;(4)(5)(6)和(7)類病害對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性有一定影響，需對(duì)該類病害進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)處治。

2.2 主要病害特征分析與處治措施

2.2.1 T梁跨中位置附近豎向裂縫

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況初步分析是預(yù)應(yīng)力張拉不滿足設(shè)計(jì)要求所導(dǎo)致，且施工過(guò)程中養(yǎng)護(hù)不到位。對(duì)該類型病害的處治方案為：裂縫封閉后，張拉碳纖維板加固處理。

2.2.2 蓋梁裂縫

根據(jù)裂縫出現(xiàn)的位置，分析蓋梁出現(xiàn)裂縫的原因如下：①在高溫干燥環(huán)境條件下施工時(shí)，模具拆除時(shí)間較晚，養(yǎng)生不到位引起豎向裂縫出現(xiàn)并擴(kuò)展；②橋墩附近蓋梁截面未進(jìn)行加密箍筋設(shè)計(jì)，導(dǎo)致抗彎承載力不足，引起混凝土開裂；③超載引起的剪力超過(guò)蓋梁抗剪能力導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

處置措施：對(duì)裂縫進(jìn)行封閉處理，裂縫寬度<0.15 mm采用表面封閉處理；裂縫寬度≥0.15 mm采用壓力灌漿封閉處理；裂縫封閉完成后，采用粘貼5 mm厚鋼板箍的方式，對(duì)整個(gè)蓋梁四個(gè)側(cè)面進(jìn)行粘貼鋼板加固。需要注意的是粘貼鋼板加固必須在封閉裂縫施工完成后進(jìn)行，鋼板表面需要涂刷阻銹劑以防止鋼板被銹蝕。

2.2.3 墩柱環(huán)向開裂

根據(jù)橋墩環(huán)向裂縫的分布規(guī)律和裂縫特征分析認(rèn)為，環(huán)向裂縫產(chǎn)生的主要原因是蓋梁頂部設(shè)置了橫坡，在車輛豎向荷載作用下會(huì)產(chǎn)生水平徑向力，橫向荷載作用導(dǎo)致混凝土開裂造成的，即在汽車荷載水平徑向力和支座反力的共同作用下，墩柱受拉側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力裂縫。

處治措施：根據(jù)裂縫寬度，采用表面封閉或化學(xué)灌漿封閉進(jìn)行封縫處治。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)該橋加強(qiáng)日常觀測(cè)和管理，以便下一步加固處治。

2.2.4 橋臺(tái)搭板下沉、破損

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析認(rèn)為，橋臺(tái)搭板下沉是由于搭板下的路基與橋臺(tái)存在不均勻沉降，導(dǎo)致搭板局部脫空，在重車荷載作用下，橋臺(tái)搭板發(fā)生下沉破損。

處治措施：拆除橋臺(tái)下沉、破損搭板，對(duì)臺(tái)背出現(xiàn)病害的填土進(jìn)行換填，然后重新澆筑搭板。

2.2.5 構(gòu)件鋼筋銹蝕混凝土脹裂

鋼筋銹脹是由于混凝土保護(hù)層厚度不夠，在水流和環(huán)境多重作用下鋼筋發(fā)生銹蝕膨脹引起混凝土疏松脫落造成的。

處治措施：混凝土脹裂類病害，可采用環(huán)氧砂漿修復(fù)處理。

2.2.6 板(梁)底縱向裂縫、空洞、露筋、板式橡膠支座剪切變形、局部脫空、盆式支座上下鋼構(gòu)件安裝反向、橡膠止水帶老化破損等其他病害

板(梁)底縱向裂縫是由于波紋管定位偏差造成保護(hù)層過(guò)薄或澆筑混凝土?xí)r造成預(yù)應(yīng)力管道下沉，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉后，該薄弱部位的混凝土橫向拉應(yīng)變超限，導(dǎo)致開裂。

支座剪切變形過(guò)大的成因是施工落梁時(shí)不夠平穩(wěn)，支座存在較大的初始剪切變形，熱脹冷縮引起橋梁伸縮，帶動(dòng)支座剪切變形。

支座老化開裂的成因是橡膠支座的主要材料橡膠為高分子材料，濕熱作用下會(huì)出現(xiàn)老化，直至橡膠老化失效。橡膠支座試驗(yàn)壽命與質(zhì)量密切相關(guān)，橡膠支座質(zhì)量良莠不齊造成使用壽命短，達(dá)不到設(shè)計(jì)年限。施工偏差造成較大的支座偏壓，剪切變形，導(dǎo)致支座受力很大，加之超載車輛影響，加速橡膠支座老化。

板(梁)局部空洞、露筋是由于澆筑混凝土?xí)r局部振搗不到位，或底模漏漿而引起空洞、露筋。

針對(duì)以上幾種病害的處治措施如下：

(1)對(duì)板(梁)底縱向裂縫，根據(jù)裂縫寬度，采用表面封閉或化學(xué)灌漿封閉進(jìn)行封縫處治。

(2)對(duì)蜂窩麻面、局部露筋、空洞破損病害，采用環(huán)氧砂漿(樹脂)進(jìn)行修復(fù)處理，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)美觀及耐久性。

(3)對(duì)開裂、變形、脫空、偏位等病害的支座，采用同步頂升工藝對(duì)其進(jìn)行更換處理，以保證結(jié)構(gòu)傳力、受力均勻。

(4)對(duì)出現(xiàn)嚴(yán)重病害(錨固區(qū)混凝土嚴(yán)重開裂、碎裂、型鋼斷裂變形)的伸縮縫，按原設(shè)計(jì)進(jìn)行更換。

(5)對(duì)盆式支座上下鋼構(gòu)件安裝反向的支座，按原設(shè)計(jì)圖紙安裝支座。

(6)對(duì)伸縮縫老化破損的橡膠止水帶，按原設(shè)計(jì)更換處理。

2.3 粘貼鋼板加固施工技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 橋下搭設(shè)臨時(shí)操作平臺(tái)

T梁底部要留有足夠的人員操作凈空，并確保施工人員安全。

2.3.2 鋼板前期處理

先在設(shè)計(jì)的位置上打孔徑為φ14 mm的孔，在粘貼面上用噴砂或平砂輪打磨除銹，直至出現(xiàn)金屬光澤，鋼板粘貼面應(yīng)有一定的粗糙度，打磨紋路與鋼板受力方向垂直，用無(wú)油棉紗蘸丙酮擦拭鋼板粘貼面，直到用新棉紗蘸丙酮擦拭后不見污垢為止。

2.3.3 蓋梁與混凝土粘貼面的前期處理

用角磨機(jī)打磨混凝土粘貼面，露出新鮮的混凝土，然后用無(wú)油棉紗蘸丙酮擦拭混凝土粘貼面，在混凝土表面凹處用環(huán)氧樹脂純漿液涂抹，待純漿液半干時(shí)，再用環(huán)氧膠泥或環(huán)氧砂漿找平，待其固化后，在混凝土粘貼面上按設(shè)計(jì)打孔，孔徑為φ14 mm，孔深80 mm，打孔前先將未打磨已鉆孔的鋼板安放到蓋梁，用記號(hào)筆在混凝土粘貼面上畫上記號(hào)，再進(jìn)行打孔，鉆孔時(shí)要求用力均勻，用力不可太大，以免損壞梁體。最后用空氣壓縮機(jī)或毛刷掃除表面粉粒，保持混凝土粘貼面干燥清潔。

2.3.4 配制環(huán)氧樹脂膠液

粘膠的安全性能指標(biāo)，應(yīng)滿足中華人民共和國(guó)行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T J23-2008)第4.6.5條表4.6.5A級(jí)膠的要求。一般由甲乙兩組組合而成，甲組料為結(jié)構(gòu)膠基料，乙組料為固化劑，兩組料配合后必須在30 min內(nèi)使用，否則開始固化后就無(wú)法粘合。結(jié)構(gòu)膠兩個(gè)組分的配合比，必須嚴(yán)格按產(chǎn)品說(shuō)明書上的要求進(jìn)行配制。拌和配制時(shí)，可采用干凈的易散熱的寬淺軟塑料(聚乙烯)盆作為盛器，先放入已稱好的甲組料，然后再放入已稱好的乙組料，必須充分拌和。攪拌應(yīng)按同一方向進(jìn)行，避免產(chǎn)生氣泡，攪拌時(shí)不允許有水分進(jìn)入盛器。

2.3.5 安裝膨脹螺栓及粘合鋼板

將攪拌均勻配制好的結(jié)構(gòu)膠用刮刀緊密、均勻地涂抹在前期處理的混凝土和鋼板的粘貼面上，并充分浸潤(rùn)。結(jié)構(gòu)膠涂抹在鋼板上，中央較厚約3 mm，兩側(cè)可薄一些，平均厚度約2 mm。鋼板粘貼前，先前用無(wú)油棉紗蘸丙酮擦拭膨脹螺栓，在梁底混凝土孔內(nèi)擠入結(jié)構(gòu)膠，將膨脹螺栓壓入孔底，安裝鋼板及鋼板壓條，擰緊螺栓。可用錘子邊敲擊邊擰緊，可由中間到兩側(cè)擰緊螺栓，分級(jí)達(dá)到全部緊固的程度。待鋼板與混凝土緊密粘合，擠出多余的結(jié)構(gòu)膠。最后進(jìn)行涂膠飽滿程度的檢查，用手錘沿粘貼面敲擊鋼板，如無(wú)空動(dòng)聲表示已粘貼密實(shí)，否則應(yīng)剝下鋼板，重新進(jìn)行鋼板的粘貼。拌和的結(jié)構(gòu)膠基本固化時(shí)間約24 h，此后即可受力。固化后應(yīng)用小錘輕輕地敲擊鋼板，從音響中判斷粘貼效果，粘貼牢固面積要求大于90%以上，否則認(rèn)為不合格，重新粘貼操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

高速公路改擴(kuò)建工程中，對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)不夠，在施工過(guò)程中的重車荷載及各種外界因素的影響下，橋梁結(jié)構(gòu)的病害會(huì)劣化，影響其正常使用功能，存在安全隱患。為此，加強(qiáng)施工過(guò)程中既有橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)和養(yǎng)護(hù)管理，創(chuàng)新橋梁加強(qiáng)修復(fù)和管理養(yǎng)護(hù)方法，大力推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝和新材料，確保既有橋梁的使用安全和壽命具有重要的意義。