高速鐵路混凝土連續梁結構修補及防護技術研究

王 喆 中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段

1 前言

新時代，在“交通強國”的偉大方針指引下，我國高速鐵路經過十幾年的快速建設和發展，截止至2018年底高速鐵路總營業里程達29 000 km以上，高居世界第一，已經成為我國新的“名片”。因此現階段設備管理單位擔負的運營維護任務顯得尤為重要，各類設備病害整治技術亟需進行系統的研究以確保高速鐵路運輸絕對安全。

近期在對高速鐵路橋梁結構服役狀態的調查研究中發現，高速鐵路混凝土連續梁結構普遍出現：混凝結構土松散剝落、裂紋、空洞不密實并伴有滲水等病害，通過進一步的分析評估，上述病害幾乎全部發生在現澆混凝土連續梁結構，而且此類型病害如果不及時進行修補及防護，將嚴重影響橋梁耐久性。本文通過結合滬寧城際無錫西特大橋某座現澆混凝土連續梁結構病害整治實踐，總結混凝土連續梁結構修補及防護技術，為設備管理單位提供相似工程的參考借鑒。

2 工程概況

滬寧城際無錫西特大橋某現澆混凝土連續梁橋跨布置形式為（60+100+60）m，梁部采用變截面預應力混凝土箱梁，箱梁截面為單箱單室。該連續梁服役僅僅10年不到的時間，已經出現梁底混凝土松散剝落、局部混凝土空洞裂縫、局部混凝土不密實等病害（見圖1、圖2、圖3）。

經現場進一步查看及混凝土結構耐久性分析，以上病害均屬于施工工藝不當或者不規范導致的梁體局部表層病害，橋梁正常運行暫不受影響，但亟需進行修補及防護，保證混凝土結構耐久性。

圖1 梁底混凝土松散剝落

圖2 混凝土空洞及裂縫

3 關鍵技術

整治時根據專項的檢測評估報告確定該連續梁混凝土結構病害的部位、范圍和程度，采用高強材料分層嵌補、壁可法、注漿法進行有針對性的修補、整治，同時全面排查箱梁內是否存在裂縫，發現裂縫一并納入整治，另外對梁體進行一次全面的防護性涂裝。

4 主要施工技術方案

4.1 混凝土松散、脫落整治

4.1.1 原因分析

該連續梁采用滿堂支架現澆法施工，梁體內外模板均在橋面進行加工，持續時間較長，模板加工過程中產生的鋸末等雜物散落至梁底，逐漸堆積到支座周邊，混凝土澆筑前未清理干凈，造成梁底支座周邊混凝土雜物較多，導致混凝土表面出現松散、剝落病害。

4.1.2 處理方案

（1）首先將無強度的松散層全部清除徹底，對未超過鋼筋保護層的，將松散混凝土鑿去，洗刷干凈。松散層較深超過鋼筋保護層時，先清除松散部分和內部夾雜物，用壓力水沖洗干凈。清除時要避免對梁體鋼筋及預應力鋼筋造成損傷，如果鋼筋發生銹蝕狀況，應先對鋼筋除銹，再使用環氧樹脂砂漿涂刷進行防銹處理。

（2）然后采用彈性FLW-QF膩子材料進行分層嵌補。混凝土表面嵌補平整后，用FLW-JS聚合物水泥涂料進行表面裝修。

（3）最后采用專業SIKA組合材料對其表面進行整體裝修以保證整個工程的質量和觀感。

4.2 混凝土裂縫整治

4.2.1 原因分析

該連續梁裂縫大小、分布無明顯規律，屬于混凝土收縮裂縫，按一般裂縫修補即可。

4.2.2 處理方案

（1）寬度＜0.15 mm的裂縫采用直接封閉處理，使用水性環氧封閉漆或溶劑型環氧封閉漆進行3次以上刷涂，讓漿液靠毛細作用滲入裂縫中，以保證對裂縫的封閉。封閉漆對混凝土基材應具有良好的濕潤性、滲透性、耐堿性和附著力，厚度一般為 20 μm～30 μm，最大不超過 50 μm，封閉漆主要性能指標見“混凝土橋梁結構表面涂層防腐技術條件”防腐體系中的封閉底漆的技術條件。主要性能指標見表1。

表1 主要性能指標

（2）裂縫寬度≥0.15 mm的裂縫，采用“壁可法”注入肖邦BL-GROUT高分子樹脂膠進行封閉處理。施工工藝流程圖如圖4所示。

圖4 施工工藝流程

①表面處理：用錘子和鋼釬鑿除裂縫兩側疏松的混凝土塊和砂粒，露出堅實的混凝土表面；使用砂輪、鋼絲刷或類似工具對混凝土表面裂縫兩邊約5cm范圍內的污物、灰塵、松散顆粒及粘結物等進行清理；用略潮濕的抹布清除表面的浮塵并徹底晾干；如果縫內潮濕，要等其充分干燥，必要時可用噴燈或電吹風機烘干，使用噴燈時注意不要讓火焰直接燒灼混凝土。

②調制101#封口膠：封口膠主劑、硬化劑的配比為重量比7:3；確認環境溫度和此溫度下材料的使用時間，用抹刀反復混合攪拌膠的兩種成分，直到其呈現均勻一致的灰色。

③安裝注入座：了解裂縫的走向、起止點、分岔情況，確定粘結注入座的位臵，用石筆在裂縫表面做標記。用抹刀將少許封口膠抹在注入座底面四邊，將注入孔正對裂縫中心稍加按壓，使膠體從底面的4個小孔中擠出，并用膠將注入座底板四周包裹。注意不要讓膠堵住注入孔，粘好后不要再移動注入座。注入座的數量，可按每米3個布置，裂縫分叉處應有注入座。

④密封裂縫：用抹刀刮抹封口膠密封注入座之間的裂縫，密封寬度約5 cm，厚度2 mm左右。可先沿與裂縫垂直方向抹，盡量使封口膠填充進裂縫一定深度，然后再沿裂縫走向抹，避免在一處反復涂抹。縫兩側有較多細微龜裂的部位，應抹至8 cm～10 cm寬，并按壓膠的邊緣，消除卷邊。混凝土剝落處要填充密實，裂縫末端也要封閉嚴密。裂縫密封后，對封口膠進行養護，環境溫度在50℃時養護24 h，環境溫度在150℃時養護12 h，固化前要注意防水。

⑤安裝注入器：同一條裂縫的注入器要一起安裝完成，防止注入材料從未安裝注入器的底座流出。

⑥調制灌注膠：BL-GROUT灌注膠為雙組分材料，使用時根據用量需要按主劑：硬化劑=2:1進行混合攪拌均勻即可。

⑦注入灌注膠：將BL型注入器的連接端安裝在注入座上，把卡口部分的兩扣卡緊，確認橡膠密封圈處于正常位置。打開黃油槍的蓋子，把槍體的拉桿拉到頭，使槍體內形成空腔，將膠裝入槍體，蓋好蓋子。將黃油槍倒置，打開閥門，推動黃油槍推桿，排除管道中的空氣。當過濾器中有膠流出時，將它連接到注入器的注入端，卡緊兩扣卡口，慢慢推動黃油槍推桿，開始注入。每次推動都要達到活塞的行程盡頭，每2 s～3 s推動一下。注膠時，水平走向的裂縫從一端開始逐個注入，傾斜或垂直走向的裂縫要從較低一端開始向上推進。同一條裂縫上的灌注膠應連續注入，間隔時間不能太長。

⑧注入量的控制：當注入膠充滿注入器的限制套時，即停止注入，等待注入器緩慢的將膠體壓入裂縫內。當注入器膨脹后收縮較快，說明該處裂縫，封內空間大，要補灌，直到注入器能穩定地保持一定的膨脹狀態。

⑨灌注膠的固化：在固化過程中，可手捏注入器隨時了解固化情況，完全固化一般需要10 h～24 h。固化以后即可取掉注入器和注入座。如有必要用砂輪機把膠口打磨掉，保證表面平整。

4.3 混凝土表面空洞整治

4.3.1 原因分析

（1）該連續梁施工時內外模板距離狹窄，振搗困難，骨料粒徑過大，鋼筋過密，造成砼下料時被鋼筋或振動棒卡住，下部形成孔洞。

（2）混凝土流動性差，或出現離析，粗骨料同時集中到一起，造成澆筑不暢。

（3）施工時未按澆筑順序振搗，造成漏振點。沒有分層澆筑，或分層過厚，使下部砼振搗作用半徑達不到，形成松散狀態。

（4）水泥結塊、骨料中含有冰塊、泥塊等雜物。

4.3.2 施工方案

（1）基層處理，首先鑿除疏松位置的混凝土至堅硬混凝土處，鑿除前要確定梁體鋼筋及預應力鋼筋位置，避免對梁體鋼筋及預應力鋼筋造成損傷。然后打磨去除混凝土表面浮漿。

（2）對混凝土空洞部分鑿除后的鋼筋進行檢查，如果鋼筋發生銹蝕狀況，應先對鋼筋除銹，基面涂刷界面劑后再進行混凝土修復。

（3）界面處理采用加固型卡本界面劑或CB-720環氧基界面劑做界面處理，增強界面粘接力。拉伸粘結強度≥3.3MPa（混凝土破壞）。

（4）混凝土耐久性修復，混凝土表面處理：抹耐久性高強修補料進行修復。厚度依照現場孔洞深度確定，每次抹灰厚度：20 mm左右，最終以基層修復平整為準。抗壓強度R28≥50 MPa，耐久性要求的最小厚度為10 mm。

（5）面層處理，24 h后表面再刮一層耐久性薄層修補料保證面層美觀度，厚度1 mm左右。

4.4 混凝土內部空洞不密實整治

4.4.1 原因分析

（1）該連續梁施工時內外模板距離狹窄，振搗困難，骨料粒徑過大，鋼筋過密，造成砼下料時被鋼筋或振動棒卡住，下部形成孔洞。

（2）混凝土流動性差，或出現離析，粗骨料同時集中到一起，造成澆筑不暢。

（3）施工時未按澆筑順序振搗，造成漏振點。沒有分層澆筑，或分層過厚，使下部砼振搗作用半徑達不到，形成松散狀態。

（4）水泥結塊、骨料中含有冰塊、泥塊等雜物。

4.4.2 施工方法

對于混凝土結構內部空洞，采用注漿法進行加固。

（1）布孔：根據檢測結果，標定空洞位置，根據空洞大小，每個空洞部位布設3～5個孔。

（2）鉆孔：采用鉆孔機鉆孔，鉆孔直徑3 cm，孔深要達到混凝土空洞處，并保證各孔相通。鉆孔前要根據設計圖紙定位出梁體鋼筋及預應力鋼筋位置，避免鉆孔時對梁鋼筋及預應力鋼筋造成損傷。鉆孔完成后，由一個孔道注入清水，觀察各孔道是否出水，有不出水的孔，必須補鉆，直至各孔相通。選定一個作為注漿孔，與注漿孔最遠的一個作為排氣孔。

（3）注漿壓力確定：由于漿液的擴散能力壓力的大小密切相關，高壓漿壓力能使一些微細孔隙張開，漿液填充得更密實，高壓漿壓力還有助于擠出漿液中多余水分，使漿液結石強度提高。但是當壓漿壓力超過混凝土的抗折強度時，會造成混凝土破壞。因此，應通過現場試驗來確定，本次壓漿采用的最大壓力為0.5 MPa～0.7 MPa。

（4）制備漿液：為保證修補質量，選用TS-168G預應力孔道壓漿料預應力孔道壓漿料作為注漿材料。TS-168G是由高標號水泥以及多種無機和有機材料復合而成，具有流動性好，泌水率小，早強、微膨脹、壓漿飽滿等特性，并可一次性壓漿施工，孔道內漿體密實無孔隙，預應力筋不銹蝕，并與混凝土牢固粘結成為一個整體。

（5）壓漿：將灌漿栓塞打入孔中，軟管出料口套在栓塞上并固定好，如果連接部牢固或密封不夠，就會發生漏漿、暴孔、壓力不足等現象。錨固牢靠后，啟動壓漿泵，同時打開攪拌機底部出料開關，開始連續地泵送灰漿。開始壓漿前，除排氣外，其余各孔均預先塞死。

開始壓漿后，按與壓漿孔的距離，由近而遠，順序打開木塞，一孔飽滿出漿后，將其塞住，再打開下一個孔，如此循環進行，直至最后的排氣孔出漿，并應達到排氣孔排出與規定稠度相同的水泥漿為止。關閉出漿口后，在0.5 MPa壓力下，保持穩壓2 min，讓漿液在支座內充分滲透，達到擠密和充實的效果，然后打開卸荷開關，緩慢降壓，直到壓力歸零，結束壓漿。

5 結束語

本工程對高鐵現澆混凝土橋梁結構常見的松散、裂紋、空洞、不密實等病害進行整治，實施完成后效果良好，有效的提高了原有混凝土結構的耐久性，可以廣泛運用于同類型混凝土病害及修補，可供設備管理單位參考借鑒。