某高速公路既有橋梁工程病害特征分析及修復措施

曹 棟

(中鐵上海設計院集團有限公司南京設計院，江蘇 南京 210009)

0 引 言

隨著我國經濟的高速發展，橋梁建造水平也躍居世界前列，新技術、新工藝和新設備不斷涌現，這在很大程度上彌補了傳統公路橋梁建設方法的不足，為現代化橋梁工程的建設創造了有利的條件[1-3]。但在實際的建設過程中，尤其高速公路的改擴建過程中，對既有橋梁結構的保護意識不強，多為帶“病”工作狀態，施工過程中的重車荷載及服役環境的變化加劇了橋梁病害的發展，影響了橋梁結構的耐久性和服役壽命。如何解決橋梁結構的“先天不足”和服役過程中出現的各種病害特征，保證橋梁能夠長期、安全和高效的使用，是一項日久彌堅的任務。

1 工程概況

某高速公路于2005年1月開工建設，2008年7月建成通車，全長175 km。按照《公路工程技術標準》(JTJ 001-97)[4]分段采用不同技術標準建設，起點段3.9 km為高速公路，設計速度60 km/h，路基寬22.5 m；17.5 km為一級公路，設計速度60 km/h，路基寬22.5 m；其余148.9 km為二級公路，設計速度80 km/h，路基寬12 m。

該項目為改擴建工程，項目施工期間，由于土建施工需要，重載車輛通行量增加，當地雨水充沛，致使既有橋梁工程出現新的病害，全線共檢測橋梁192座，其中空心板橋29座，T型梁橋117座。根據《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21-2011)[5]檢查結果,一類橋梁7座，占總數的3.6%；二類橋梁169座，占總數的88%；三類橋梁16座，占總數的8.4%。未發現四、五類橋梁。檢測結果表明：全線橋梁總體技術狀況良好，能滿足設計荷載安全運營需要，但由于服役時間較長及施工缺陷等原因，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，提高結構的耐久性，保證橋梁的長期運營安全，需要在全面檢測的基礎上對部分病害、缺陷進行加固修復設計。

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

圖2 蓋梁裂縫擴展圖

(3) 墩柱環向裂縫，如圖3所示；樁基外露，如圖4所示。

圖3 墩柱環向開裂

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)類缺陷病害對構件的正常使用功能有一定影響，存在一定的安全隱患，需進行專業處治;(4)(5)(6)和(7)類病害對結構耐久性有一定影響，需對該類病害進行相應的修復處治。

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

根據現場調查情況初步分析是預應力張拉不滿足設計要求所導致，且施工過程中養護不到位。對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

根據裂縫出現的位置，分析蓋梁出現裂縫的原因如下：①在高溫干燥環境條件下施工時，模具拆除時間較晚，養生不到位引起豎向裂縫出現并擴展；②橋墩附近蓋梁截面未進行加密箍筋設計，導致抗彎承載力不足，引起混凝土開裂；③超載引起的剪力超過蓋梁抗剪能力導致裂縫的產生。

處置措施：對裂縫進行封閉處理，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，對整個蓋梁四個側面進行粘貼鋼板加固。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 墩柱環向開裂

根據橋墩環向裂縫的分布規律和裂縫特征分析認為，環向裂縫產生的主要原因是蓋梁頂部設置了橫坡，在車輛豎向荷載作用下會產生水平徑向力，橫向荷載作用導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，墩柱受拉側產生拉應力裂縫。

處治措施：根據裂縫寬度，采用表面封閉或化學灌漿封閉進行封縫處治。并根據現場實際情況，對該橋加強日常觀測和管理，以便下一步加固處治。

2.2.4 橋臺搭板下沉、破損

現場調查分析認為，橋臺搭板下沉是由于搭板下的路基與橋臺存在不均勻沉降，導致搭板局部脫空，在重車荷載作用下，橋臺搭板發生下沉破損。

處治措施：拆除橋臺下沉、破損搭板，對臺背出現病害的填土進行換填，然后重新澆筑搭板。

2.2.5 構件鋼筋銹蝕混凝土脹裂

鋼筋銹脹是由于混凝土保護層厚度不夠，在水流和環境多重作用下鋼筋發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，可采用環氧砂漿修復處理。

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層過薄或澆筑混凝土時造成預應力管道下沉，當預應力鋼絞線張拉后，該薄弱部位的混凝土橫向拉應變超限，導致開裂。

支座剪切變形過大的成因是施工落梁時不夠平穩，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，濕熱作用下會出現老化，直至橡膠老化失效。橡膠支座試驗壽命與質量密切相關，橡膠支座質量良莠不齊造成使用壽命短，達不到設計年限。施工偏差造成較大的支座偏壓，剪切變形，導致支座受力很大，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時局部振搗不到位，或底模漏漿而引起空洞、露筋。

針對以上幾種病害的處治措施如下：

(1)對板(梁)底縱向裂縫，根據裂縫寬度，采用表面封閉或化學灌漿封閉進行封縫處治。

(2)對蜂窩麻面、局部露筋、空洞破損病害，采用環氧砂漿(樹脂)進行修復處理，增強結構美觀及耐久性。

(3)對開裂、變形、脫空、偏位等病害的支座，采用同步頂升工藝對其進行更換處理，以保證結構傳力、受力均勻。

(4)對出現嚴重病害(錨固區混凝土嚴重開裂、碎裂、型鋼斷裂變形)的伸縮縫，按原設計進行更換。

(5)對盆式支座上下鋼構件安裝反向的支座，按原設計圖紙安裝支座。

(6)對伸縮縫老化破損的橡膠止水帶，按原設計更換處理。

2.3 粘貼鋼板加固施工技術要點

2.3.1 橋下搭設臨時操作平臺

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

先在設計的位置上打孔徑為φ14 mm的孔，在粘貼面上用噴砂或平砂輪打磨除銹，直至出現金屬光澤，鋼板粘貼面應有一定的粗糙度，打磨紋路與鋼板受力方向垂直，用無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

用角磨機打磨混凝土粘貼面，露出新鮮的混凝土，然后用無油棉紗蘸丙酮擦拭混凝土粘貼面，在混凝土表面凹處用環氧樹脂純漿液涂抹，待純漿液半干時，再用環氧膠泥或環氧砂漿找平，待其固化后，在混凝土粘貼面上按設計打孔，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，用記號筆在混凝土粘貼面上畫上記號，再進行打孔，鉆孔時要求用力均勻，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 配制環氧樹脂膠液

粘膠的安全性能指標，應滿足中華人民共和國行業推薦性標準《公路橋梁加固施工技術規范》(JTG/T J23-2008)第4.6.5條表4.6.5A級膠的要求。一般由甲乙兩組組合而成，甲組料為結構膠基料，乙組料為固化劑，兩組料配合后必須在30 min內使用，否則開始固化后就無法粘合。結構膠兩個組分的配合比，必須嚴格按產品說明書上的要求進行配制。拌和配制時，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。攪拌應按同一方向進行，避免產生氣泡，攪拌時不允許有水分進入盛器。

2.3.5 安裝膨脹螺栓及粘合鋼板

將攪拌均勻配制好的結構膠用刮刀緊密、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。結構膠涂抹在鋼板上，中央較厚約3 mm，兩側可薄一些，平均厚度約2 mm。鋼板粘貼前，先前用無油棉紗蘸丙酮擦拭膨脹螺栓，在梁底混凝土孔內擠入結構膠，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，可由中間到兩側擰緊螺栓，分級達到全部緊固的程度。待鋼板與混凝土緊密粘合，擠出多余的結構膠。最后進行涂膠飽滿程度的檢查，用手錘沿粘貼面敲擊鋼板，如無空動聲表示已粘貼密實，否則應剝下鋼板，重新進行鋼板的粘貼。拌和的結構膠基本固化時間約24 h，此后即可受力。固化后應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，否則認為不合格，重新粘貼操作。

3 結束語

高速公路改擴建工程中，對既有橋梁結構的保護不夠，在施工過程中的重車荷載及各種外界因素的影響下，橋梁結構的病害會劣化，影響其正常使用功能，存在安全隱患。為此，加強施工過程中既有橋梁結構的保護和養護管理，創新橋梁加強修復和管理養護方法，大力推廣應用新技術、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。