關于對橋梁箱梁裂縫病害形成原因分析及養護對策

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

隨著我國國民經濟的快速發展，在高速公路上行駛的集裝箱運輸車以及其他載重卡車出現超限運輸的現象，且數量和比重逐年大幅增加。日益發展的超限運輸導致公路早期破壞和橋梁的損壞，危橋增多和垮橋事件時有發生，因些必須及時對構造物進行修復和加固，確保橋梁的安全，本文結合一座營運橋梁的病害現狀，介紹箱梁的病害加固措施，為該類橋梁的養護工作提供參考。

廣東汕汾高速公路為G15國道沈海高速粵境段的一部分，該路段的外砂高架橋全長共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，上部結構采用12.85m～17m簡支箱梁，采用搭架現澆法施工，下部結構采用柱式橋墩（臺），鉆孔灌注樁基礎；K10+752.51～K11+498.00共745.5米為二期工程A合同段，上部結構為9聯鋼筋砼連續箱梁，最大跨徑為24m，下部結構采用柱式橋墩，灌注樁基礎；K11+498～K12+504.1共1006.1米為二期工程B合同段，上部結構采用8聯鋼筋砼連續箱梁，最大跨徑為25m，梁高統一為1.4m，下部結構采用柱式橋墩，設置了部分薄壁墩，肋式臺，灌注樁基礎。

2 外砂高架橋箱梁裂縫病害特點

經過委托專業檢測單位對外砂高架橋進行技術狀況檢測，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，少數箱梁的1/8～3/8跨徑內也有橫向裂縫，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，并有滲水結晶現象，且在重車經過時，較寬裂縫出現張開及閉合現象。

3 病害維修方案研究選擇

外砂高架橋一期工程段為簡支箱梁，二期工程段為連續箱梁，箱梁開裂病害較為嚴重，根據竣工圖紙對原結構采用橋梁結構專業分析軟件《橋梁博士》V3.0進行使用階段和極限強度驗算，按85規范驗算，一期箱梁長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，驗算結算表明原結構的使用荷載、抗彎和抗剪均能滿足85規范的要求；按04規范驗算，長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，原結構的使用荷載、抗彎和抗剪均能滿足04規范的要求。二期箱梁長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，原結構的使用荷載、抗彎和抗剪均能滿足85規范的要求。通過以上對箱梁裂縫病害的規律，結合計算結果進行分析，箱梁裂縫產生的主要原因可能為：

①箱梁分底板、腹板、頂板澆注，澆注時支架預壓量偏低，導致箱梁開裂。

②早期施工時混凝土不均勻收縮、箱梁內模過早拆除，導致箱梁開裂，在重載超載大量交通，病害連續發展。

③裂縫的進一步發展，降低結構剛度，同時裂縫寬度較大，容易誘發結構鋼筋出現銹蝕現象，引起結構進一步劣化。

基于以上思路采取的處治措施如下：

①對裂縫寬度<0.15mm的裂縫采用涂刷環氧樹脂膠進行封閉處理，對裂縫寬度≥0.15mm的采用壓力灌注環氧樹脂膠來修補裂縫；② 根據對原結構的分析計算，原結構承載能力均滿足85規范及04規范設計要求，但鑒于外砂高架橋一期段簡支箱梁安全系數（1.15）偏低及高速公路超載現象問題，對外砂高架橋一期工程段開裂較為嚴重的簡支箱梁粘貼碳纖維布補強處理，適當提高結構的安全儲備。

4 病害維修維修加固措施實施

4.1 裂縫灌漿處理的施工方法和驗收：

工藝流程：基底清掃→標注注膠底座的位置→配置灌縫用環氧樹脂→封閉裂縫→粘接注膠底座→注入灌縫材料→養護→結構表面處理。

工藝要點：（1）裂縫的檢查和確認，用鋼絲刷反復刷裂縫左右5cm范圍內的混凝土表面，尤其是注膠底座粘貼面周圍的油污清除干凈直至其表面浮漿脫落；（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范圍內的灰塵、浮漿用小錘、手鏟、毛刷依次處理干凈，將構件表面整平，鑿去突出部分，然后用丙酮清洗，清除周圍的油污；（3）根據裂縫的寬度和長度將注膠底座按標注位置順裂縫粘貼在裂縫表面，先在裂縫的首尾各設一個，中間根據裂縫寬度以不大于35cm間距布設，裂縫分岔處應布設，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，在已經確定好的底座位置上粘貼和固定底座，并適當用力下壓底座，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，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，在灌漿前必須先進行氣密性檢查；（6）裂縫灌膠，按一個人進行灌注時，一次用量為500～1000g進行樹脂稱量，灌縫時用0.2MPa的無油壓縮空氣為動力緩慢灌膠，當相鄰壓膠嘴不夾氣冒膠時關閉該閥，逐一冒膠逐一關閉，直至最后一個閥門關閉，注意灌縫膠的可灌時間；（7）向注膠底座內灌膠，直至彈性橡膠膜膨脹至限高紙條處；（8）當彈性橡膠內樹脂不足時，表示應進行補充灌注，直至達到預估灌縫樹脂用量或橡膠膜內樹脂不再減少；（9）當封縫膠固化 6小時（25℃）～24小時（25℃）后就可拆除固定基座，并用砂輪機等將密封膠切去，并加以磨平，使混凝土構件表面平整。

檢驗和驗收：（1）所有進場樹脂材料，符合質量標準，并具有產品出廠合格證，其各種性能指標及技術參數應符合本工程加固設計要求，適合現場溫度、濕度條件；（2）樹脂材料應陰涼密閉儲存，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，確認合格后報請技術員檢查，得到認可后才能進行下道工序，否則必須返修，直至合格為止；（4）注膠底座的粘結間距為：裂縫寬度在0.15mm以下時，底座間距為200mm～300mm；裂縫寬度在0.15mm以下上時，底座間距為300mm～350mm；（5）封縫膠涂得太薄或太窄，均容易造成灌縫樹脂的泄漏，因此，封縫膠的涂抹寬度應以 2～3cm，厚度 2mm 為宜；（6）為確保固化，封縫膠至少應養護12小時以上；（7）當彈性橡膠膜內樹脂不足時，應進行補充灌注，補充注入的灌膠控制時間一般為15～20分鐘，低溫施工時，該時間可適當縮短。超過此時間如橡膠球內樹脂無繼續滲入的趨勢，則視為裂縫已灌注飽滿；（8）在灌縫過程中應嚴格控制質量，灌縫結束后應檢驗灌縫效果。

4.2 裂縫寬度<0.15mm的裂縫表口采用涂刷環氧樹脂膠進行封閉處理的施工方法和驗收：

工藝流程：混凝土表面處理→潔凈表面→環氧樹脂膠泥封閉裂縫→在膠泥上涂刷一層環氧樹脂膠液→養護→檢查質量。

工藝要點：（1）用鋼絲刷將裂縫周圍的油污認真清除干凈，并將縫口表面2cm范圍內的混凝土打毛；（2）用吸塵器或酒精等將裂縫處的灰塵洗凈、清除；（3）使用丙酮等有機溶劑對準備封閉裂縫處進行清潔處理，并使混凝土表面充分干燥；（4）配制環氧樹脂膠泥；（5）將環氧樹脂膠泥按規定比例稱量準確后放置調和板上，調和均勻，一次調和量以可使用時間內用完為準；（6）將拌和好的環氧樹脂膠泥均勻的涂刮在構件表面裂縫處，使其將裂縫完全封閉；（7）環氧樹脂膠泥封閉裂縫完畢，待其固化后，在膠泥表面涂刷一層環氧樹脂膠，以起到防護作用；（8）封縫環氧樹脂膠泥固化后，要進行表面清理，使表面平順。

檢驗和驗收

（1）封縫膠涂得太薄或太窄，均容易造成灌縫樹脂的泄漏，因此，封縫膠的涂抹寬度應以2～3cm，厚度2mm為宜；（2）為確保固化，封縫膠至少應養護12小時以上。

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收

碳纖維布和粘貼碳纖維布配套樹脂應采用與碳纖維配套的底層樹脂，找平材料和浸漬樹脂，其安全性和適配性必須滿足《碳纖維布材料加固混凝土結構技術規程》（CECS146:2003）及《粘結碳纖維增強復合材料加固混凝土工程施工與驗收暫行規定〈修訂本〉》的要求。

（1）粘貼碳纖維布工藝流程：構件基底處理-涂刷底層涂料-環氧膩子修補-粘貼碳纖維布-保護涂層配制并涂刷（上涂層）-養護-表面防護。

（2）工藝要點：（1）施工前應對粘貼部位混凝土的表層含水率及所處環境溫度進行測量，若混凝土表層含水率＞4%或環境溫度＜5℃，則應采取措施，在達到要求后再進行施工，施工前應按設計圖紙在加固部位放線定位；（2）用電動砂輪機清除被加固范圍內混凝土表面的剝落、疏松、蜂窩、浮漿、由于腐蝕或風化等劣化混凝土，并用高壓風槍或毛刷清理干凈，露出干凈、結實的混凝土結構層；（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，增強混凝土表面強度，又可以改進膠結性能，從而使得混凝土與碳纖維布之間粘結性得以提高；（5）找平處理，碳纖維布只有與所加固補強的混凝土表面緊密接觸，才能產生良好的補強效果，但是混凝土表面的銳利突起物、錯位和轉角部位等都可能使碳纖維布產生損傷，并引起強度降低，混凝土表面小的模板錯位及混凝土氣孔很難通過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，必須用找平膠進行找平，同時將矩形斷面直角打磨后補成圓弧狀；（6）浸漬樹脂（粘貼主膠）粘貼碳纖維布，浸漬樹脂在粘貼材料中起著至關重要的作用，它連接底膠與碳纖維布，它的粘度應控制在一定范圍，有利于浸漬樹脂順利地將碳纖維布粘附于混凝土表面，經過碾壓，使浸漬樹脂很容易浸透碳纖維布，形成一個復合整體，共同抵抗外力作用，具體應按下列步驟和要求進行：①浸漬樹脂要嚴格按材料規定的配比進行配制，根據浸漬樹脂的標準用量，計算出所涂布的面積的需用量，視現場氣溫等實際情況，確保在適用期內一次用完；②用滾筒刷或毛刷均勻、無遺漏地將粘接膠涂在需補強的混凝土表面，粘接膠涂布面邊界應不小于所粘貼的碳纖維布大小；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計要求，一層中各張布之間的搭接應在纖維方向進行；④用膠輥在碳纖維布上沿纖維方向施加壓力并反復碾壓，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，消除氣泡和除去多余樹脂，使碳纖維和底層充分粘接；⑤對粘貼施工完成后的復合材料層，經自然養護至粘接膠完全固化后，對碳纖維布粘貼面仔細檢查，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（注意不要劃得太長），然后采用注射器針管將調制好的粘接膠注入空鼓或氣泡內填充至密實。應保證密實粘貼面積大于95%。

檢驗與驗收

（1）施工開始前，應確認碳纖維布和粘結劑、底層樹脂、找平材料的產品合格證和質量驗收報告，其各項性能應滿足設計要求；（2）粘結質量不符合要求需割除修補時，應沿空鼓部分的碳纖維布割除，以每邊向外緣擴展150mm大小之間同樣碳纖維布，用同樣粘結劑補貼在原處；（3）正拉粘結強度達不到要求時，應將抽樣檢驗所代表部位碳纖維復合材料全部剝除重做；（4）粘結材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關鍵，也是兩者之間轉遞途徑中的薄弱環節，因此粘結材料應有足夠的剛度與強度以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時應有足夠的韌性，以免混凝土開裂導致脆性粘結破壞；（5）粘貼材料應能在一般氣候條件下固化，且固化時間合適（一般保證有3小時左右），同時應對水分含量不敏感，具有適宜的流動性和粘度，固化收縮率小；（6）碳纖維修補所用底層樹脂、找平樹脂、浸漬樹脂或粘結樹脂應采用與碳纖維相配套的材料。

結語

外砂高架橋通過對箱梁的裂縫進行灌漿及粘貼碳纖維布補強處理，提高了結構構件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達到對結構物進行加固、補強的目的，適當提高結構的安全儲備。以上的維修加固措施的施工期限較短，經費也較少，完全可以應用到同類的箱梁梁橋的加固上。該橋經加固后開放交通至今，使用情況一直良好，經跟蹤觀察未發現新的病害。

[1]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTJ 023-85）

[2]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004）

[3]公路橋梁加固設計規范（JTG/T J22-2008）

[4]公路橋涵加固施工技術規范（JTG/T J23-2008）