陳　闖

(路橋建設(shè)(貴州)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，貴州 黔南布依族苗族自治州　551200)

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高速公路舊橋病害特征及綜合加固技術(shù)研究

陳闖

(路橋建設(shè)(貴州)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，貴州 黔南布依族苗族自治州551200)

依托藍(lán)商高速杜家村大橋現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果，分析了橋梁病害特征及成因，并從梁體裂縫處理、碳纖維布加固、梁體表面防護(hù)等方面，提出了病害綜合處治方案，實(shí)踐表明，該加固方案具有簡(jiǎn)便可行、實(shí)用美觀、環(huán)境效果良好等優(yōu)點(diǎn)。

公路橋梁，梁體裂縫，加固技術(shù)，碳纖維布

0　引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，交通基建設(shè)施日益完善，越來(lái)越多的橋梁建成并投入到運(yùn)營(yíng)中去[1，2]。早期建設(shè)的橋梁承載力標(biāo)準(zhǔn)低，隨著大型、重型車與日俱增和橋梁服役年限的不斷增長(zhǎng)，橋梁梁體出現(xiàn)病害是不可避免的問(wèn)題，嚴(yán)重威脅到高速公路的運(yùn)營(yíng)安全，隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加，舊橋和危橋加固應(yīng)當(dāng)提到日程上來(lái)，提出合理、快速、有效、可靠的橋梁加固措施是目前亟待解決的問(wèn)題。目前許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)橋梁加固技術(shù)做了一些研究[3,4]，并且交通部也出版了針對(duì)于橋梁加固的技術(shù)規(guī)范[5-8],但是都未對(duì)橋梁加固技術(shù)進(jìn)行詳盡的說(shuō)明，目前對(duì)混凝土梁體的加固技術(shù)尚不完善。本文結(jié)合藍(lán)商高速杜家村大橋的實(shí)際調(diào)研情況，針對(duì)某一特例分析了病害成因，并建議了合理的加固處理方案，可為以后的混凝土梁橋加固提供借鑒。

1　病害調(diào)研及成因分析

1.1工程概況

藍(lán)商高速公路起于藍(lán)田縣席家河，與西藍(lán)高速公路相接，止于商州區(qū)西澗村，是國(guó)家高速滬陜線在陜西境內(nèi)穿越秦嶺的重要路段[7]。其中杜家村大橋在2010年被評(píng)定為三類橋，處于較差狀態(tài)，因此有必要對(duì)杜家村大橋進(jìn)行加固處理，確保行車安全。杜家村大橋中心樁號(hào)為K1478+920，橋梁全長(zhǎng)525.0 m。左、右幅上部結(jié)構(gòu)均采用(4×30+3×3×30+4×30)m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(單幅每孔4片箱梁)；下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、U形臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

1.2病害調(diào)研情況

杜家村大橋共有143片混凝土箱梁，梁體之間接縫共計(jì)121道，兩端橫隔板供給226塊?，F(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，梁體跨中附近兩側(cè)的腹板存在豎向裂縫，裂縫長(zhǎng)度基本貫通腹板整體，經(jīng)測(cè)量梁體上的大部分裂縫寬度介于0.08 mm～0.16 mm之間,其中路線左幅的3號(hào)～4號(hào)箱梁腹板豎向裂縫最大縫寬達(dá)到0.26 mm～0.28 mm,右幅個(gè)別箱體貫通形成U形裂縫，其中梁體底板處橫向裂縫最大寬度達(dá)0.04 mm，杜家村大橋箱梁腹板處裂縫分布特征如下：跨中裂縫多于邊跨，裂縫多集中于梁體腹板處，梁體底板處裂縫較少。另外，裂縫寬度特征多為細(xì)長(zhǎng)的橫向裂縫，縱向裂縫比較少。

1.3梁體病害特征及分析

根據(jù)杜家村大橋裂縫現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果，認(rèn)為杜家村大橋梁體病害誘因包括：

1)踏勘結(jié)果表明梁體裂縫規(guī)律呈不規(guī)則出現(xiàn)，且裂縫出現(xiàn)處均不對(duì)稱，裂縫長(zhǎng)度寬度等也無(wú)特定規(guī)律，其中裂縫寬度特征為細(xì)長(zhǎng)型分布，說(shuō)明該梁體的設(shè)計(jì)符合要求，裂縫出現(xiàn)，應(yīng)歸因于梁體的預(yù)制及養(yǎng)護(hù)等過(guò)程。

2)杜家村大橋左幅9-3號(hào)、12-1號(hào)箱梁出現(xiàn)“U形”裂縫，“U形”裂縫在腹板上部位置裂縫寬度較寬，到腹板下部及底板位置寬度很小，底板裂縫寬度為0.04 mm，幾乎難以分辨腹板豎向縫與底板橫向縫的連通。而梁式橋抗彎承載能力不足所表現(xiàn)的受力U形裂縫其形態(tài)為下寬上窄，底板裂縫與腹板裂縫完全連通。故認(rèn)為裂縫產(chǎn)生并非箱梁抗彎承載力不足。

3)設(shè)計(jì)為保證梁張拉預(yù)應(yīng)力和二期恒載作用下發(fā)生過(guò)大上拱而導(dǎo)致整體化層厚度不滿足或相鄰箱梁頂面高差大橫向連接困難和連接剛度不足，預(yù)制梁設(shè)置了向下的預(yù)拱度?，F(xiàn)場(chǎng)觀察成橋跨中上拱明顯，說(shuō)明箱梁的縱、橫向剛度滿足設(shè)計(jì)要求，抗彎儲(chǔ)備滿足設(shè)計(jì)要求。

4)過(guò)度超張拉也可導(dǎo)致梁片產(chǎn)生豎向裂縫。預(yù)應(yīng)力筋在進(jìn)行張拉施工時(shí)，實(shí)行張拉力和預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值兩個(gè)指標(biāo)同時(shí)控制。在實(shí)際施工中，由于預(yù)應(yīng)力管道變形、鋼絞線絞纏等原因，可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長(zhǎng)值達(dá)不到理論計(jì)算伸長(zhǎng)值。此時(shí)，如要強(qiáng)行保證達(dá)到計(jì)算伸長(zhǎng)值，可產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力筋超張拉。如施加預(yù)應(yīng)力過(guò)度，可導(dǎo)致梁片上拱，產(chǎn)生豎向裂縫。

2　病害綜合處治措施

2.1梁體裂縫處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘的裂縫結(jié)果，制定初步裂縫處治措施?，F(xiàn)場(chǎng)施工前，進(jìn)一步核實(shí)裂縫寬度、深度及裂縫開裂形式，分析裂縫開裂機(jī)理，最終制定裂縫處治方案。對(duì)于杜家村大橋，制定裂縫處治原則為當(dāng)裂縫小于0.15 mm時(shí)，采用表面打毛，涂膠封閉的方式處置，當(dāng)裂縫寬度大于該值時(shí)，采用灌縫的方式進(jìn)行處理。其中，對(duì)于微小裂縫，可不予處理?，F(xiàn)場(chǎng)裂縫處理方式主要有以下幾個(gè)步驟：

首先依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，制定現(xiàn)場(chǎng)放樣方案，準(zhǔn)備好所需的漿液材料以及與注漿有關(guān)的器材等。對(duì)于寬度小于0.15 mm的裂縫，進(jìn)行表面拉毛并覆蓋涂料，對(duì)于裂縫寬度大于0.15 mm的裂縫進(jìn)行灌漿處理。本文以需要灌漿的裂縫為例進(jìn)行說(shuō)明。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果及設(shè)計(jì)圖紙，確定需要灌漿的裂縫位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇搭設(shè)施工架或應(yīng)用橋檢車，對(duì)于地形不利于搭設(shè)施工架的梁體，可使用橋檢車進(jìn)行裂縫處治施工。確定需要處理的裂縫后，首先對(duì)表面進(jìn)行打毛，即用砂輪處理裂縫表面，使其光滑，目的是為了涂布防護(hù)膠，根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度，在裂縫體上進(jìn)行鉆孔，作為注漿導(dǎo)向孔，鉆孔深度取5 cm，孔徑為8 cm，孔間距為25 cm～40 cm，裂縫兩端必須鉆孔，鉆孔完成后進(jìn)行清洗工作，確保鉆孔與裂縫之間貫通，清孔可用高壓空氣進(jìn)行清洗，鉆孔清洗干凈之后，進(jìn)行灌漿工作，灌漿前首先粘結(jié)灌漿嘴，使得孔眼對(duì)準(zhǔn)粘貼在裂縫正中央，裂縫中留有一個(gè)出氣孔，注漿嘴安設(shè)完畢后進(jìn)行壓氣試驗(yàn)，確保注漿嘴與裂縫不透氣，施工完成后可進(jìn)行裂縫灌漿，灌漿原則為，豎向裂縫一般由下往上進(jìn)行漿液灌注，裂縫頂端留有出氣孔，當(dāng)漿液灌注到出氣孔有漿液流出為止，對(duì)于水平裂縫，裂縫一端留有注漿孔，一端留有出氣孔，進(jìn)行水平灌漿，灌漿注漿也是通過(guò)出氣孔有漿液流出為止，說(shuō)明灌漿效果良好，灌漿完畢后對(duì)裂縫表面進(jìn)行防護(hù)涂料覆蓋，確保其耐久性。

2.2碳纖維布加固

為進(jìn)一步提高梁體的使用壽命及安全性，裂縫處理完成后，對(duì)杜家村大橋開裂箱梁腹板中間15 m范圍內(nèi)粘貼一層碳纖維布。首先對(duì)混凝土梁進(jìn)行處理，舊混凝土打磨直至露出新鮮混凝土結(jié)構(gòu)層，著重打磨模板接縫處，使其平整，對(duì)梁體上凹凸不平及缺陷的地方進(jìn)行找平處理。對(duì)梁體表面缺陷及裂縫處理完成之后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在梁體腹板上中間15 m內(nèi)粘貼三條碳纖維布，限制裂縫發(fā)展，同時(shí)提高結(jié)構(gòu)的耐久性能，箱梁腹板粘結(jié)碳纖維布圖見(jiàn)圖1。

碳纖維布粘貼步驟如下：

1)為了使得施工更具有針對(duì)性，首先在梁體中央進(jìn)行放線工作，即在梁體中間需要粘結(jié)碳纖維布范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)先放線，放線尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制，放線應(yīng)盡量符合設(shè)計(jì)的要求，各尺寸應(yīng)盡量控制在較小的誤差范圍內(nèi)，放線工作是所有工作的基礎(chǔ)，其放線的準(zhǔn)確與否關(guān)系到碳纖維布的整體施工質(zhì)量。

2)混凝土梁體表面處理。為了使得碳纖維布粘結(jié)更為牢靠，需對(duì)梁體進(jìn)行初步處理，采用砂輪打磨梁體表面，去除梁體表面風(fēng)化的混凝土層，對(duì)于施工模板引起的不平整，應(yīng)著重處理，如進(jìn)行著重打磨，或進(jìn)行找平處理，若梁體鋼筋外露，則應(yīng)先對(duì)鋼筋進(jìn)行處理，然后用膠體進(jìn)行找平，基面先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，然后用壓縮空氣除去粉塵，用丙酮或無(wú)水酒精擦拭表面，用清潔布將表面擦干凈，確保表面充分干燥。

3)梁體涂布底膠。涂布底膠也是為了加強(qiáng)碳纖維布的粘結(jié)效果，在梁體表面處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行底膠涂布工作，底膠原則上只在放線范圍內(nèi)，即碳纖維布粘貼的范圍內(nèi)施工，但是為了更好的粘結(jié)效果，應(yīng)使得底膠涂布范圍略大于放線范圍，涂布底膠前要

確認(rèn)混凝土的表面干凈干燥，底膠干燥之前應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，避免表面沾上塵土等雜質(zhì)。

4)底膠初步干燥后可進(jìn)行下一步工作，即粘貼碳纖維布，碳纖維布應(yīng)預(yù)先按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行裁剪，并且卷成小卷便于攜帶，碳纖維布準(zhǔn)備妥當(dāng)后，在底膠上再涂刷一層膠體，然后將碳纖維布在初步干燥的底膠上勻速展開，碳纖維布展開過(guò)程中切忌避免空氣卷入，當(dāng)碳纖維布與梁體之間出現(xiàn)氣泡時(shí)，應(yīng)采取措施將氣泡趕出，如果氣泡太多無(wú)法滿足要求時(shí)，應(yīng)迅速取下碳纖維布，進(jìn)行重新粘貼，直到兩者不產(chǎn)生氣泡為止。對(duì)于膠體應(yīng)即用即取，避免浪費(fèi)。

5)最后為了增加碳纖維布的粘結(jié)效果，還需要涂布一層面膠，即等碳纖維布粘貼牢固后，在其表面涂刷一層面膠，其原則為涂布面積略大于碳纖維面積。

2.3梁體表面防護(hù)

為了美觀和耐久性要求，最后需要在梁體施工表面刷涂一層耐久性涂料，耐久性涂料選擇應(yīng)以符合美觀、耐久性及防水要求為準(zhǔn)，在耐久性涂料涂刷前，應(yīng)首先檢查碳纖維的粘貼效果，確保其加固能力。

3　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合藍(lán)商高速公路杜家村大橋現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，分析了梁體病害特征及產(chǎn)生的原因，認(rèn)為產(chǎn)生病害的原因與箱梁制作工藝、混凝土配合比、澆筑質(zhì)量、混凝土早期(移梁)強(qiáng)度等控制有關(guān)。針對(duì)病害結(jié)果有針對(duì)性的提出了裂縫灌漿封閉、粘貼碳纖維布和梁體表面防護(hù)等進(jìn)行加固措施。以實(shí)體工程杜家村大橋加固為例，說(shuō)明經(jīng)過(guò)文中所述的加固措施處理后，梁體達(dá)到了耐久性和美觀的要求，對(duì)于橋梁的運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義。

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[3]周昊,黃培彥,郭馨艷.碳纖維加固橋梁結(jié)構(gòu)界面剪應(yīng)力的試驗(yàn)研究[J].公路交通技術(shù),2010,12(6):43-46.

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[6]JTG/T J23—2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

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Study on old highway bridge diseases features and comprehensive reinforcement technologies

Chen Chuang

(Highway Bridge Construction(Guizhou) Testing Detection Co., Ltd, Miao Nationalities Autonomous Region 551200, China)

According to Lanshang highway Dujia village bridge field survey results, the paper analyzes the bridge disease features and causes. Starting from aspects of beam crack treatment, carbon fiber cloth reinforcement, and beam surface protection, it puts forward comprehensive disease treatment scheme. Practice proves that: the above-mentioned reinforcement scheme is convenient, feasible, applicable, beautiful, and good environment protecting effect and so on.

highway bridge, beam crack, reinforcement technology, carbon fiber cloth

1009-6825(2016)25-0168-02

2016-06-26

陳闖(1979- )，男，工程師

U445.71

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