高速公路消缺工程施工中頂部混凝土空洞注漿質(zhì)量的措施研究

畢 健,向紫東,蔡鵬程

（葛洲壩集團(tuán)交通投資有限公司,湖北 武漢 430000）

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)受施工工藝及外界環(huán)境因素的影響，經(jīng)常存在外觀缺陷，如麻面、蜂窩甚至空洞，外觀缺陷的存在一定程度上會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的承載性能。橋梁結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)存在大量受力鋼筋和結(jié)構(gòu)性架立鋼筋，對(duì)于鋼筋較密的區(qū)域，混凝土因振搗不足或粗骨料過大等原因，會(huì)導(dǎo)致局部出現(xiàn)脫空，甚至出現(xiàn)空洞露筋。高速公路新建和缺陷處治施工過程中，經(jīng)常遇到連續(xù)剛構(gòu)橋箱內(nèi)頂板出現(xiàn)局部空洞露筋的情況，頂板出現(xiàn)局部露筋后，結(jié)構(gòu)受力鋼筋保護(hù)層厚度不足，暴露在自然環(huán)境中，進(jìn)而引發(fā)結(jié)構(gòu)受力鋼筋銹蝕，銹蝕之后的鋼筋有效橫截面積減小、結(jié)構(gòu)承載能力減小、梁體進(jìn)一步出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，加劇其他部位的破壞，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力不足，橋梁局部空洞如圖1 所示。

圖1 橋梁空洞露筋病害圖

針對(duì)已經(jīng)存在的連續(xù)鋼構(gòu)橋橋箱內(nèi)頂板出現(xiàn)的空洞露筋病害，其處置方式為鑿除露筋周邊混凝土至露出無銹蝕鋼筋為止，對(duì)露出鋼筋中存在銹蝕的區(qū)域進(jìn)行除銹防護(hù)后，設(shè)置模板并采用灌漿材料進(jìn)行灌漿修復(fù)[1]。常規(guī)的灌漿修復(fù)手段為壓力注漿和振動(dòng)注漿，針對(duì)注漿壓力值的不同，壓力注漿手段分為靜壓注漿和高壓注漿，不同注漿手段，其目的在于注漿體最終能夠均勻密實(shí)無氣泡，最終與現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一體，防止露筋部分繼續(xù)銹蝕受力鋼筋[2]。注漿體中如因振搗不密實(shí)等原因而存在較大空隙，則空隙中的氣體在此環(huán)境下將與受力鋼筋發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步加劇鋼筋腐蝕，影響結(jié)構(gòu)安全，且此類情況一旦發(fā)生，因其包裹于注漿體內(nèi)部，外觀上很難發(fā)現(xiàn)。

對(duì)于箱梁結(jié)構(gòu)中的頂板空洞露筋病害，由于其位置較為特殊，采用傳統(tǒng)注漿方式，注漿體在重力作用下容易與原有結(jié)構(gòu)脫離，使注漿體填充不密實(shí)，無法起到加固修復(fù)的作用，導(dǎo)致注漿填充不密實(shí)的主要原因?yàn)槟０迕荛]性不嚴(yán)，存在漏壓的通病。為解決該問題，該文在充分分析常見注漿工藝的基礎(chǔ)上引入“ 真空注漿” 的思路，分析該施工工藝的可實(shí)施性，結(jié)合實(shí)際工程，總結(jié)注漿施工的工藝流程，針對(duì)鉆孔注漿施工中漏壓通病問題提出合理建議和措施，為類似病害處理提供借鑒和幫助。

1 消缺工程中的“真空注漿”

注漿技術(shù)起源于十九世紀(jì)法國，最早應(yīng)用于水利工程，隨著對(duì)注漿技術(shù)與注漿工藝研究的發(fā)展，最終形成注漿工程學(xué)并應(yīng)用于巖土工程中。近年來，橋梁、水壩、隧道等重要結(jié)構(gòu)因混凝土振搗不足或粗骨料過大等原因，經(jīng)常發(fā)生空洞露筋病害，工程中通過注漿手段進(jìn)行修補(bǔ)，注漿材料多為高性能聚合物注漿材料，該工藝在公路消缺工程施工中的應(yīng)用越來越廣泛。

1.1 可注性理論

類似于巖土體結(jié)構(gòu)，可注性是指注漿材料在注漿完成后，能夠通過原結(jié)構(gòu)顆?？障?，擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)構(gòu)空隙，與原結(jié)構(gòu)形成一體。對(duì)于已存在的原狀混凝土，顆粒之間仍然存在結(jié)構(gòu)孔隙，且注漿前需對(duì)空洞露筋處進(jìn)行人工鑿除，由此，高性能的聚合物注漿材料即可通過顆粒間空隙擴(kuò)散至結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成一體。除原狀混凝土結(jié)構(gòu)自身的物理力學(xué)性質(zhì)外，混凝土可注性還在于注漿材料的流變性，注漿材料的流變特性受材料顆粒大小、漿體穩(wěn)定性等因素影響，橋梁結(jié)構(gòu)空洞修復(fù)工程中所采用的注漿材料多為C60 無骨料灌漿料進(jìn)行灌漿，屬于水灰比較小的賓漢姆塑性流體，其流變方程表示為：

式中，τ——剪切應(yīng)力；γ——流速梯度和剪切速率，μp、τn——剪切應(yīng)力屈服值和塑形黏度。從式中可以看出，此類注漿材料的流動(dòng)阻力較大，自然壓力條件下，很難擴(kuò)散至原狀混凝土結(jié)構(gòu)與之形成整體，需進(jìn)行壓力注漿，保證注漿體密實(shí)性。

壓力注漿過程對(duì)注漿模板的要求較高，傳統(tǒng)鉆孔注漿過程中，注漿模板存在漏壓通病，水泥砂漿在注漿完成后，其凝結(jié)時(shí)間和養(yǎng)護(hù)時(shí)間均較長，養(yǎng)護(hù)過程中，注漿模板漏壓后會(huì)導(dǎo)致注漿體不飽滿，新舊混凝土截面黏結(jié)變差，處置后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無法保證[3]。

1.2 密閉性注水試驗(yàn)

在注漿工程中，真空注漿是指利用設(shè)備或工程手段，預(yù)先在需要注漿的區(qū)域形成真空負(fù)壓，后通過大氣壓將注漿材料灌注道注漿區(qū)域，灌漿材料在真空負(fù)壓的作用下深入原混凝土結(jié)構(gòu)空隙，與之形成整體，參考注漿工程中的真空注漿理論，在高速公路消缺工程中，“真空注漿”是指對(duì)注漿空腔進(jìn)行密封處理，形成類似真空（無真空負(fù)壓）的密閉空間進(jìn)行注漿，保證注漿飽滿無空隙[4]。

如圖2 所示，消缺工程中的“真空注漿”技術(shù)的難點(diǎn)在于注漿空腔的密閉性，模板支護(hù)完成后，模板周邊采用橡膠帶、密封膠、環(huán)氧水泥砂漿進(jìn)行密封處理。支護(hù)模板過程中，預(yù)留進(jìn)料口泄水閥位置，進(jìn)料口泄水閥位置同樣采用密封膠等密封材料處理，養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后，進(jìn)行注水試驗(yàn)，關(guān)閉泄水閥，使注漿空腔內(nèi)充滿水體。檢查注水過程和注水完成后一定時(shí)間段內(nèi)，注漿模板是否存在漏水現(xiàn)象，漏水點(diǎn)及時(shí)用橡膠管+環(huán)氧砂漿+堵漏王（永久性防水的水硬性材料）進(jìn)行封堵，待注漿模板不再有明顯液體滲出時(shí)，可認(rèn)為注漿模板密閉性達(dá)到注漿要求。注水試驗(yàn)的作用在于：一方面能夠在檢驗(yàn)注漿模板密閉性的同時(shí)，可浸透舊混凝土界面，防止其吸收注漿材料中的水體，進(jìn)而導(dǎo)致注漿體與舊混凝土之間黏接不良；另一方面注漿過程中通過泄水閥與進(jìn)料口之間的壓力差，形成“真空”狀態(tài)，保證注漿飽滿[5]。消缺工程中，“真空注漿”技術(shù)的另一關(guān)鍵點(diǎn)在于進(jìn)料口及泄水閥的位置，進(jìn)料口及泄水閥一般預(yù)留在注漿模板底部，模板支護(hù)時(shí)，泄水閥位置需考慮注水試驗(yàn)完成后，能夠?qū)⒛０逯械脑囼?yàn)水體排凈，防止注水試驗(yàn)完成后，注漿模板存水稀釋注漿材料，進(jìn)而導(dǎo)致注漿部分強(qiáng)度降低。泄水閥的另一個(gè)作用在于觀察模板內(nèi)注漿是否飽滿，判斷注漿是否完成，進(jìn)料口位于模板底部，注漿過程存在一定壓力，其過程為壓力注漿，能夠保證注漿材料因重力或振搗不足等情況出現(xiàn)的脫空等問題。

圖2 密封注漿模板及預(yù)留進(jìn)料口泄水閥

2 工程應(yīng)用

連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)頂板由于外界因素和施工振搗不足等原因，經(jīng)常出現(xiàn)空洞露筋病害，對(duì)于箱梁頂板，采用傳統(tǒng)注漿技術(shù)進(jìn)行處治往往效果不佳，具體表現(xiàn)在注漿體后期容易出現(xiàn)破損、脫落或者局部空隙的現(xiàn)象。此類病害如不妥善處理，將影響結(jié)構(gòu)安全承載性能，工程中采用“真空”注漿技術(shù)，解決注漿過程中普遍存在的漏壓問題，對(duì)橋梁空洞露筋病害進(jìn)行修繕處治。

2.1 工程背景

某公路交工驗(yàn)收橋梁隧道外觀缺陷處治工程中，針對(duì)交工驗(yàn)收存在的需立即處治的嚴(yán)重病害進(jìn)行二次檢查及確定施工方案。該高速公路在交工驗(yàn)收前的相關(guān)檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)橋梁隧道存在局部外觀缺陷。為保證交工驗(yàn)收工作的順利進(jìn)行，對(duì)其所新建橋梁隧道的外觀缺陷進(jìn)行維修處治。

該大橋全長347.54 m，橋面分為左右兩幅，寬均為12.5 m，上部結(jié)構(gòu)采用70 m+130 m+70 m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，交工驗(yàn)收外觀檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)病害描述如表1 所示。

表1 橋梁病害匯總表

頂板空洞露筋病害如圖3 所示。

2.2 處治方法

鑿除空洞部分混凝土，對(duì)露筋鋼筋進(jìn)行除銹并涂刷防銹漆，支護(hù)鋼模板采用C60 無骨料灌漿料進(jìn)行灌漿，整個(gè)病害區(qū)域粘貼雙層300 g/m2一級(jí)碳布，并采用專用油漆進(jìn)行表面刷漆至與混凝土顏色相近。

對(duì)裂縫寬度≥0.15 mm 裂縫進(jìn)行裂縫灌注，對(duì)＜0.15 mm 裂縫進(jìn)行封閉。

對(duì)混凝土外觀缺陷部位進(jìn)行環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。

處治工程量有裂縫灌注40 m；裂縫封閉40 m；C60無骨料灌漿料灌漿22.25 m2；粘貼碳布44.5 m2；表面刷漆處理44.5 m2；混凝土缺陷環(huán)氧砂漿修補(bǔ)10 m2。

2.3 工藝流程

根據(jù)對(duì)上述病害的處治方案，其具體步驟如下：現(xiàn)場(chǎng)查看→確定病害位置→搭設(shè)腳手架→鑿除空洞處混凝土→標(biāo)記空洞位置各點(diǎn)標(biāo)高→模板下料→模板封邊處理（橡膠條和環(huán)氧砂漿）→支護(hù)模板→預(yù)留進(jìn)料口、安裝排水閥門（最低處）、安裝觀察口閥門（最高處）→密閉性試驗(yàn)（注水），任何漏水處用堵漏王封閉處理→密閉性檢查合格→空洞內(nèi)放水→灌漿料拌和→灌注灌漿料→觀察口出漿→封閉二次灌注→養(yǎng)護(hù)1 d→拆除模板→打磨、環(huán)氧砂漿找平→粘貼碳纖維布→表面油漆處理→完工實(shí)驗(yàn)→驗(yàn)收，現(xiàn)場(chǎng)施工過程如圖4 所示。

圖4 頂板空洞露筋修復(fù)施工流程

消缺工程處置完成后，在標(biāo)準(zhǔn)條件下對(duì)修補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，由于灌漿材料選用的是C60 灌漿料，是一種以高性能水泥為主要基料，其特點(diǎn)是具有流動(dòng)性好、黏結(jié)性強(qiáng)、混合均勻、凝固迅速等優(yōu)點(diǎn)，C60 灌漿料施工完成后，按照規(guī)定時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保持其濕潤狀態(tài)，以確保其強(qiáng)度和耐久性。養(yǎng)護(hù)完成后采用回彈儀對(duì)灌漿區(qū)域進(jìn)行回彈模量檢測(cè)，從測(cè)區(qū)的16 個(gè)回彈值中剔除3 個(gè)最大值及3 個(gè)最小值，剩下10 個(gè)測(cè)得平均回彈值為53.2，測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值為58.3 MPa，脫空率0%，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

橋梁空洞露筋病害處治過程中，注漿模板漏壓通病問題時(shí)常發(fā)生，漏壓漏漿最終將導(dǎo)致注漿體自身強(qiáng)度不能得到保證，還可能存在二次空洞病害發(fā)生，在充分分析常見注漿工藝的基礎(chǔ)上引入“真空注漿”的思路，通過注水試驗(yàn)保證注漿模板密閉性，避免了傳統(tǒng)注漿過程中普遍存在的漏壓漏液通病。結(jié)合某大橋頂板空洞露筋病害處治工程，探究了注漿材料的可注性及消缺工程中的“真空注漿”技術(shù)的可實(shí)施性，工程實(shí)踐證明：通過注水試驗(yàn)，保證注漿模板的密閉性，采用C60 灌漿料對(duì)空洞區(qū)域進(jìn)行修復(fù)后，經(jīng)檢測(cè)，測(cè)區(qū)平均回彈值為53.2，混凝土強(qiáng)度換算值為58.3 MPa，脫空率0%，滿足設(shè)計(jì)要求，該研究結(jié)果可為類似病害處理提供借鑒和幫助。