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)

某新建公路大橋現澆實心板于2016年5月16日澆筑完成。現澆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月初發現梁板下部跨中區域有橫向裂縫，但在支座兩端區域內未發現裂縫。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 現澆實心板

經現場抽樣勘測，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 現澆簡支T梁

經現場抽樣勘測，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、側邊均有不同類型的缺陷。

1.3 裂縫調查

現場普查裂縫數量及分布：檢查裂縫數量、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，設計方案前后幾經變更。2013年6月第一版設計采用了2×10 m現澆簡支板+8×16 m現澆連續板橋梁，連續跨越長灘河，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。結合鐵路部門的要求及項目具體情況將設計方案調整為中心樁號為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現澆連續板+6×20 m現澆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，且受鐵路橋凈空限制，故1#、2#孔采用2-13 m小跨徑現澆連續板形成異形板，避免相對大跨異形板復雜的受力狀態，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，并結合河床斷面及工程地質條件，考慮預制吊裝構件受鐵路凈空限制，采用6×20 m現澆普通鋼筋混凝土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《公路工程技術標準》和JTGD60-2004《公路橋涵設計規范》執行汽車荷載設計值：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布了新的JTGB01-2014《公路工程技術標準》，對汽車集中荷載取值作了提高調整，調整后本橋20 m跨T梁的汽車荷載設計值為：qk=10.5 kN/m、Pk=298.8 kN[1]。為及時貫徹執行新標準、新規范的汽車荷載值，保證橋梁結構的承載能力、耐久性符合新規范要求。結合現場實際，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，由于當地經濟發展制約的原因，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，雖然在伸縮縫兩側進行了臨時堆砂處理，但車輛通行時，車輛不可避免產生跳動顛簸，特別是重載車輛，反復對橋面產生了很大的沖擊荷載，沖擊系數值很大，致使構件承受了較大的彎矩，從而導致構件中部區域的下部產生了裂縫。

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)將灌注膠液均勻調配，每次混膠量不能超過800 g。

(5)混合膠裝入壓力灌注器內芯中，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進行鉆孔，鉆孔的間距應為2～3 m，鉆孔后應清除孔內碎屑粉塵。

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

(5)當吸漿率小于0.1 L/min時，應再繼續壓注幾分鐘方可停止灌注。

(6)待裂縫內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氧膠液進行處理。現澆實心板裂縫處治構造圖見圖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 現澆實心板裂縫處治構造

T梁裂縫處治過程中應注意要求如下：

(1)為保證結構安全，在T梁端部粘貼U形箍鋼板以提高原結構的抗剪承載能力。

(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，側面各粘貼一道鋼板，底面鋼板寬度為20 cm，厚度為8 mm，側面鋼板寬度為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，露出結構密實部位的表面。

構件表面凸出部分、構件交接部分，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、模板接頭處出現高差等情況，應將構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 養護

碳纖維施工完成后應進行養護，保證養護時間的溫度不低于樹脂的允許使用溫度，養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

在粘貼區域按照圖紙要求結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，向孔內注入環氧樹脂膠泥或專用植筋膠，將錨栓緩慢轉動插入，環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

依據圖紙及實際情況放樣下料，根據結構表面鉆孔位置，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，粘鋼膠配比根據當地條件及有效時間長短作適當調整。每次配膠量不宜超過500 g，在0.5 h內用完為宜。

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，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)，漆的顏色需調配成與混凝土的顏色相近。

6 結束語

(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量會產生較大影響，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)針對現澆實心板結構，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氧膠液進行處理。

(3)針對現澆簡支T梁結構，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氧膠液進行處理。