MPC高韌性復合材料在既有鐵路鋼筋砼橋涵加固中的應用

韓 飛 中國鐵路上海局集團有限公司工務部

1 工程概況

（1）京滬線K800+507 #1963 下淀特大橋，全橋長957.7 m，由75-8 m 普通鋼筋混凝土T 梁＋2-14.5 m 普通鋼筋混凝土低高度T 梁＋1-48 m 栓焊半穿式桁梁＋7-16 m 先張預應力低高度T 梁+3-10 m/4-12 m/1-24 m 先張預應力鋼筋混凝土T 梁構成。現該橋第#18、#23～#24、#50、#52、#56～#57、#76～#78 孔8 m 普通高度鋼筋混凝土T 梁(圖號：叁標橋1023)梁體表面混凝土局部碳化、露筋嚴重，下翼緣存在大量不規則細裂紋，棱角處混凝土脫落嚴重，有砂漿修補痕跡，嚴重影響梁體使用壽命（見圖1）。

圖1 京滬線#1963下淀特大橋8 m普通高度鋼筋混凝土T梁梁底劣化圖（裂縫、掉塊）

（2）京滬線 K783+825 涵原為 1-4.0×2.5 m 蓋板涵，涵長53.4 m，位于前亭站內。2004年因增建電廠專用線，在原蓋板涵端部接長1 m 蓋板涵后再接長框構涵6 m，目前該涵總長60.4 m。線路情況：前亭站線，共9 條。現53.4 m 原蓋板涵和1 m 接長蓋板涵蓋板混凝土粉化剝落、露筋銹蝕嚴重，進一步發展將影響行車安全（見圖2、圖3）。

圖2 京滬線K783+825涵蓋板開裂、粉化

圖3 工務段對蓋板剝落砼、露筋處臨時修補

2 既有線鋼筋砼橋涵病害分析

既有線鋼筋砼橋涵常見結構病害有結構裂縫、混凝土碳化、鋼筋銹蝕及剝蝕掉塊等。主要原因可能是多方面的，概括歸納起來主要有三個：1、設計因素；2、施工質量；3、運營階段工作條件惡化。

鋼筋砼橋涵結構在鐵路建設中大量使用，很長時間是設計單位的首選。很多運營鋼筋砼橋涵結構服役在30年以上，很多病害橋涵甚至超過50年。原有的設計標準偏低，設計形式不合理。

隨著經濟技術的發展，，這類鋼筋砼橋涵結構技術狀況下降，各種老化、破損、裂縫等病害隨之而來。

鋼筋砼結構施工中存在質量問題。施工中有許多隱蔽工程，對材料質量控制要求高，施工工序控制嚴，如果項目施工中哪個環節出問題，最終將導致施工質量不過關。

隨著國家經濟快速發展，橋梁運營階段工作條件變化較大，高速、重載、客運量大幅增加。中、小跨徑的橋涵活載效應占荷載總效應的比例更高，因而影響更大。使用環境變化的同時，自然環境不斷地侵蝕，加快了鋼筋砼結構的老化和衰退，很多既有線鋼筋砼橋涵處于帶病工作狀態。另外，運營設備管理單位養護管理不到位也會加快病害發展。

3 病害整治

上海局工電檢測所橋梁檢定設計室對京滬線#1963下淀特大橋10 孔8 m 普通高度鋼筋混凝土T 梁及京滬線K783+825 蓋板涵的技術狀況和承載能力進行綜合評定，確認經過加固能夠滿足結構安全和正常使用要求，另外需對混凝土結構進行耐久性修補及防護。

根據國內外已有經驗，鋼筋砼結構加固技術基本由三種類型：加強薄弱結構；更換薄弱結構；改變結構受理體系等。工程中最常用的加固方法有：增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維增強復合材料加固法、體外預應力加固法、改變結構體系及增加構件加固法等。

增大截面加固法施工簡便但是養護時間較長，對結構外觀以及橋下凈空有影響；粘貼鋼板加固不中斷交通，施工快速，但是對施工工藝要求較高且使用范圍局限且粘貼鋼板加固，鋼板厚度一般不超過1 cm，對結構剛度的提高有限，后期維護工作量大；粘貼碳纖維布加固法具有修補界面易脫離，共同受力性差，抗壓強度和結構剛度不足等缺點；體外預應力加固對結構承載力有所提高，但是體外鋼束容易腐蝕。徐州兩座橋涵采用鋼板與MPC高韌性復合材料相結合的方案，鋼板既起到模板作用又對結構受力有幫助，大大提高了加固效果和施工效率。

MPC 高韌性復合材料是一種由超強高韌性膠結材料、多種改性劑以及特制細骨料配制而成的新型改性聚合物復合材料。它具有輕質、高強、高韌性、與鋼筋混凝土界面之間的粘結性能好等優異力學特性，還具有抗凍、防腐、抗滲等良好的物理化學特性。通過大量理論計算與試驗室數據對比以及現場結構加固工程實踐結果的考核和驗證，該材料不僅可切實提高鋼筋混凝土橋梁結構的承載能力，還可以有效地抑制混凝土結構裂縫的產生和發展速度，可達到提高橋梁結構承載力和耐久性之綜合維修加固功能。此外，該復合材料還具有施工工藝簡便、施工質量容易管理、施工周期短，在不損傷原結構和不中斷交通等條件下，可滿足各種鋼筋混凝土結構維修與加固施工工藝等技術要求。2018年《MPC高韌性復合材料鐵路橋梁加固技術研究》課題榮獲中國鐵路上海局集團有限公司科技進步二等獎。該材料在既有既有鐵路橋涵砼結構加固中的創新性、先進性及使用推廣價值得到路內專家的肯定（見圖4）。

圖4 京滬線#1963下淀特大橋8m普通高度鋼筋混凝土T梁加固圖

京滬線#1963下淀特大橋對全橋10孔8 m 普通鋼筋混凝土T 梁進行加固并罩面處理：（1）梁體下翼緣采用MPC 超強高韌性復合材料進行修復。（2）梁體上翼緣、腹板等其它部位采用BY（S）-X40 聚合物砂漿進行修補罩面處理。京滬線K783+825 原蓋板涵段采用MPC 超強高韌性復合材料對病害蓋板進行加固，與梁體下翼緣加固方式相同。

4 施工工藝及步驟

施工步驟：①鑿除梁體（蓋板）粉化松動混凝土保護層，并清洗干凈→②鋼筋除銹后涂刷阻銹劑→③鑿埋Φ10 mm×130 mm錨栓，間距50 cm×50 cm，錨栓通過鉆孔植筋的方式植入原梁體（蓋板），植筋膠采用A 級進口膠→④采用專用鋼模板（厚6 mm），保證鋼模板與原混凝土界面干燥，壓漿澆注MPC 復合材料→⑤吊掛鋼模板的螺栓外露部分截斷并磨平，涂刷防銹漆。

現場澆注MPC 復合材料注意事項：（1）現場壓漿澆注MPC 復合材料時，應根據材料廠家提供的各組分用量現場配置MPC復合材料。（2）采用計量、攪拌和壓漿全自動施工設備時，應事先對空壓機、電源、電線、電機、攪拌機以及物料傳送設備等進行試運行，確保整體設備正常工作；（3）現場壓漿澆注MPC復合材料時，采用低進高出、最高處預留排氣孔，保證一次性連續澆注（見表1）。

表1 MPC復合材料性能指標

5 結束語

通過MPC 高韌性復合材料加固后的2 座鋼筋砼橋涵，結構強度、剛度及耐久性得到一定程度改善，并有效地抑制裂縫的擴展速度，較好的解決了原來存在的病害問題。成功的MPC 高韌性復合材料加固工程的設計和施工實踐案例，為形成不中斷交通運輸條件下鐵路橋涵快速加固新技術和新工藝提供參考和一定的指導意義。