賴水生

(福建省龍巖市公路局)

1 工程概況及病害情況

石圳大橋位于G205線福建省龍巖市上杭縣舊縣鄉(xiāng)，見圖1，中心樁號(hào)為K2457+917，全長(zhǎng)217.58 m，與汀江河斜交30°，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，橋跨組合為9×20 m，連城側(cè)還設(shè)有一座通道涵。橋面凈空為行車道9 m+人行道2×1.50 m，橋面縱坡0%，設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100。該橋原設(shè)計(jì)橋面鋪裝為厚10～17 cm的C30混凝土，橋面鋪裝鋼筋直徑6.5 mm，縱、橫向間距15 cm。

圖1 石圳大橋橋型布置圖

該橋于1997年建成通車，交工驗(yàn)收時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)橫隔板錯(cuò)位，橋整體性差，現(xiàn)經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，橋面鋪裝T梁鉸縫處出現(xiàn)縱向貫通裂縫、混凝土局部碎裂，T梁鉸縫出現(xiàn)露筋等病害，并經(jīng)觀察病害有發(fā)展。上杭臺(tái)背填料不密實(shí)下沉導(dǎo)致右側(cè)翼墻外突、墻體產(chǎn)生縱向水平貫通裂縫。上述病害的存在導(dǎo)致橋梁整體性比以前更差，重車過(guò)橋甚至速度較快的空車過(guò)橋時(shí)，橋梁就會(huì)產(chǎn)生較大撓度，已威脅到橋梁的安全使用。

2 破壞原因分析

2.1 橋面鋪裝病害原因分析

根據(jù)該橋病害特征及竣工資料分析，認(rèn)為產(chǎn)生病害的主要原因是:

(1)施工質(zhì)量較差，T梁橫隔板錯(cuò)位，搭接不整齊，T梁間鉸縫鋼筋未按規(guī)范要求相互交叉焊接成整體，造成上部結(jié)構(gòu)各T梁間的橫向聯(lián)結(jié)薄弱，所以T梁鉸縫處的混凝土鋪裝層首先產(chǎn)生了縱向貫通裂縫。

(2)交通量的急劇增加以及超重超限車輛的不斷增多，加劇了裂縫的發(fā)展。

(3)臺(tái)背填料不密實(shí)、下沉，導(dǎo)致橋頭路面開裂。

橋面鋪裝層直接受行車荷載和環(huán)境溫度等因素的影響，其質(zhì)量直接影響橋梁的使用效果。現(xiàn)有的橋面鋪裝層主要采用水泥混凝土和瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，普通公路上的橋梁主要采用水泥混凝土結(jié)構(gòu)，但水泥混凝土具有抗拉強(qiáng)度低、抗沖擊與疲勞性能差、易開裂、抗?jié)B性差等缺陷，而且橋面鋪裝厚度不可能太大，所以水泥混凝土橋面鋪裝層在當(dāng)前重載交通越來(lái)越多的交通環(huán)境下往往容易出現(xiàn)早期裂縫，這些裂縫加速了鋼筋的腐蝕和混凝土的破壞，對(duì)后期的結(jié)構(gòu)受力、抗?jié)B耐久性等產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致其壽命縮短，維修費(fèi)用增加，甚至威脅到整段公路的安全暢通，所以必須采取有效措施進(jìn)行整治。

2.2 橋臺(tái)側(cè)翼墻外鼓、裂縫原因分析

經(jīng)調(diào)查，橋臺(tái)側(cè)翼墻外鼓、出現(xiàn)縱向水平裂縫的原因主要是施工質(zhì)量問(wèn)題，砌體分層砌筑施工中未先灑水濕潤(rùn)下層砌體、未坐漿、砌筑工藝差、砂漿不飽滿、擋墻后未按規(guī)定設(shè)置反濾層、墻后未按規(guī)范回填等問(wèn)題，必須拆除重砌。

3 維修加固技術(shù)研究

3.1 橋面鋪裝裂縫處理技術(shù)

為確保橋梁的運(yùn)營(yíng)安全，提高該橋的承載能力，采用人工鑿除原橋面鋪裝混凝土，用C40聚丙烯纖維混凝土對(duì)橋面鋪裝層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，具體方案及施工控制要點(diǎn)如下:

(1)T梁頂板植埋錨固鋼筋

澆筑新橋面鋪裝層混凝土前，梁頂表面應(yīng)鑿毛成凹凸不小于4～6 mm的粗糙面，無(wú)表面浮漿，骨料清晰外露，并采用高壓水充分沖洗，去除雜物，使其表面清潔、濕潤(rùn)后，才能澆筑橋面鋪裝混凝土。為使新鋪橋面鋪裝混凝土與T梁整體受力，在T梁頂板植埋錨固鋼筋。錨固鋼筋采用直徑12 mm的HRB335鋼筋，用環(huán)氧樹脂砂漿或錨固劑將錨筋錨入T梁內(nèi)6 cm，以鉸縫為中線對(duì)稱設(shè)置，縱向間距20 cm，橫向間距15 cm，在鉸縫兩側(cè)加密設(shè)置，在T梁中間設(shè)置一排錨筋，縱向間距50 cm，錨孔的位置應(yīng)根據(jù)具體情況作相應(yīng)調(diào)整，應(yīng)盡可能不損傷T梁，錨孔應(yīng)清理干凈，確保錨筋牢固錨入T梁，并與橋面鋪裝的鋼筋網(wǎng)筋相焊接以保證新鋪橋面鋪裝混凝土與T梁整體受力。

(2)T梁間設(shè)置鋼筋加強(qiáng)聯(lián)結(jié)

增設(shè)鉸縫橫向聯(lián)結(jié)鋼筋，采用直徑16 mm的HRB335鋼筋，長(zhǎng)70 cm，間距20 cm，以加強(qiáng)鉸縫橫向傳力，增強(qiáng)上部承重構(gòu)件的橫向聯(lián)系，同時(shí)起到了增強(qiáng)橋面鋪裝層與T梁間新舊混凝土粘結(jié)性的作用，使汽車荷載能均勻地從橋面鋪裝層傳遞到T梁。

(3)鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)加固

為加強(qiáng)橋梁的橫向聯(lián)結(jié)，提高橋梁的整體承載力，橋面鋪裝鋼筋采用單層鋼筋網(wǎng)，鋼筋采用直徑為12 mm的HRB335鋼筋，縱、橫向鋼筋間距10 cm。

(4)原鋪裝層全部人工鑿除重鋪C40聚丙烯纖維混凝土，更新置換伸縮縫

鑿除作業(yè)不得使用大型機(jī)械，且不得集中作業(yè)，以免產(chǎn)生過(guò)大的沖擊和震動(dòng)破壞橋梁，造成安全問(wèn)題。在橋面鋪裝鋪筑前應(yīng)將橋面清洗干凈。橋面鋪裝采用厚12～17 cm C40聚丙烯纖維混凝土，同時(shí)摻加早強(qiáng)劑。

伸縮縫采用GQF-MZL型伸縮縫，全橋在0#臺(tái)、4#墩、9#臺(tái)處共設(shè)3條伸縮縫，其它墩頂處設(shè)橋面連續(xù)。橋梁伸縮縫裝置采用異型鋼材設(shè)計(jì)的橋梁伸縮縫裝置，該伸縮裝置的承重結(jié)構(gòu)和位移控制系統(tǒng)分開，能適應(yīng)大位移量伸縮。

3.2 聚丙烯纖維混凝土維修加固技術(shù)及施工工藝

由于聚丙烯纖維混凝土具有輕質(zhì)、抗拉強(qiáng)度高、抗沖擊和抗裂性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使混凝土的能量吸收能力和延性提高，抗彎強(qiáng)度和疲勞極限也有所提高，從而增加結(jié)構(gòu)的抗震能力，基于以上的優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)目中采用C40聚丙烯纖維混凝土(PFRC)進(jìn)行橋面鋪裝的重鋪。聚丙烯纖維分為單絲纖維和網(wǎng)狀纖維，單絲聚丙烯纖維一般使用于細(xì)石混凝土，該項(xiàng)目采用纖維長(zhǎng)度為19 mm的聚丙烯網(wǎng)狀纖維。

原材料方面，該項(xiàng)目采用廣東塔牌集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的P.O 52.5R塔牌水泥;細(xì)集料采用中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.98;粗集料分兩檔，粒徑范圍分別為4.75～19 mm、19～26.5 mm，壓碎值8.3%，針片狀4.7%;外加劑采用CNF-3引氣緩凝高效減水劑，摻量1%;外摻料采用聚丙烯網(wǎng)狀纖維，摻量1 kg/m3。混凝土水灰比采用0.36，單位用灰量412 kg/m3，坍落度35～50 mm，設(shè)計(jì)配合比見表1。

表1 石圳大橋聚丙烯纖維混凝土設(shè)計(jì)配合比

在施工配合比設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)相同材料、同時(shí)制作且制作成型和養(yǎng)護(hù)條件完全相同、的摻加聚丙烯纖維和未摻的4組混凝土試件分別進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的試驗(yàn)比對(duì)，試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加聚丙烯纖維的抗壓強(qiáng)度可提高約11%，抗折強(qiáng)度可提高約7%，見表2。

表2 石圳大橋聚丙烯纖維混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

聚丙烯纖維混凝土施工工藝要求及注意事項(xiàng)如下:

①保證纖維材料充分均勻分散。

②粗細(xì)集料的粒徑應(yīng)在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

③按照配合比用量各種材料應(yīng)正確計(jì)量

④先下砂和碎石再加入聚丙烯纖維，然后加入水泥，最后加水在強(qiáng)制式攪拌機(jī)均勻拌和，攪拌時(shí)間長(zhǎng)短以纖維能在砂漿中的均勻分布為度。

⑤采用高頻振搗器，避免欠振與過(guò)振，要保證聚丙烯纖維混凝土較好的密實(shí)性。

⑥抹面時(shí)不要使用過(guò)粗糙的工具，以免帶出纖維，抹面次數(shù)也不宜過(guò)多，以免影響纖維網(wǎng)對(duì)抑制塑性裂縫的作用。

⑦及時(shí)養(yǎng)護(hù)工作，保證聚丙烯纖維混凝土早期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

3.3 橋臺(tái)側(cè)翼墻外鼓、裂縫維修加固措施

拆除損壞的橋欄桿和上杭臺(tái)右側(cè)翼墻，采用7.5#漿砌片石進(jìn)行修復(fù)。對(duì)上杭臺(tái)橋頭下沉路段，采取路面挖除后換填1 m深的砂礫，路面結(jié)構(gòu)為25 cm厚的水泥混凝土面層+15 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層，面層設(shè)單層鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)，鋼筋為直徑12 mm的HRB335鋼筋，縱向鋼筋間距10 cm，橫向鋼筋間距20 cm，橫向鋼筋位于縱向鋼筋之下。

4 工程效果評(píng)價(jià)及技術(shù)總結(jié)

4.1 工程效果評(píng)價(jià)

(1)短鋼筋錨固力檢測(cè)

錨固鋼筋控制拉拔應(yīng)力為8 MPa，24 h后共抽檢30根，經(jīng)檢測(cè)其拉拔力均大于10 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)聚丙烯纖維混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)抽取聚丙烯纖維混凝土抗壓試塊4組，抗折試件4組，分別檢測(cè)7 d、28 d強(qiáng)度，檢測(cè)結(jié)果表明，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，見表3。

表3 石圳大橋聚丙烯纖維混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

(3)經(jīng)檢測(cè)，聚丙烯纖維混凝土橋面鋪裝施工質(zhì)量符合規(guī)范要求，且通車運(yùn)營(yíng)至今，未發(fā)現(xiàn)有裂縫及其他任何病害，證明修治結(jié)果是確實(shí)可行而有效的。

(4)經(jīng)維修加固橋臺(tái)側(cè)翼墻外鼓、裂縫等病害已消除。

4.2 技術(shù)總結(jié)

聚丙烯纖維混凝土(PFRC)具有質(zhì)量輕、抗拉強(qiáng)度高、抗沖擊和抗裂性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，此外，由于聚丙烯纖維可代替部分鋼筋而降低混凝土的自重，提高了混凝土的能量吸收能力和延性，增加了結(jié)構(gòu)的抗震能力，特別適合橋面鋪裝的受力特性。同時(shí)聚丙烯纖維與鋼纖維相比具有摻配簡(jiǎn)單、施工方便、價(jià)格相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此，適用性更廣，值得在橋梁的維修加固特別是橋面鋪裝中廣泛應(yīng)用。

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，聚丙烯纖維混凝土雖可提高混凝土的抗彎拉和抗壓強(qiáng)度等，但提升比率不大，這是由于聚丙烯纖維不含極性基團(tuán)也沒(méi)有化學(xué)活性基團(tuán)，與混凝土中的水泥相溶性差，水泥不易附在纖維表面，減弱了聚丙烯纖維的增強(qiáng)作用，所以應(yīng)加強(qiáng)聚丙烯纖維的表面極性的研究，改善纖維與水泥的粘結(jié)力，進(jìn)一步提高了聚丙烯纖維混凝土的抗折性能和抗壓性能。