李莉

摘要：為解決對(duì)有安全性較低的舊橋進(jìn)行加固與修復(fù)問(wèn)題，研究以某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)楣こ虒?shí)例，針對(duì)橋梁梁體裂縫病害成因展開(kāi)分析，設(shè)計(jì)了灌縫膠與碳纖維布協(xié)同處治的加固方案，并詳細(xì)介紹了灌縫膠與碳纖維加固的施工工藝和技術(shù)要點(diǎn)，最后通過(guò)對(duì)加固前、后主梁跨中截面和主墩墩頂截面抗彎承載力，以及各跨1/4截面的抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算分析，證明了灌縫膠與碳纖維布在混凝土橋梁裂縫處治中的優(yōu)良應(yīng)用效果，值得在類似橋梁的加固工程中進(jìn)行推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁；裂縫處治；灌縫膠；碳纖維布

中圖分類號(hào)：TQ437+.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）12-0009-04

Research on process optimization of joint filling glue and carbon fiber cloth in the treatment of cracks in concrete bridges

LI li

（Pingdingshan Highway Engineering Quality Testing Center，Pingdingshan 467000，Henan China）

Abstract：In order to solve the problem of reinforcement and repair of the old bridge with low safety，a prestressed concrete continuous beam bridge was taken as an engineering example，and the causes of crack disease of the bridge girder were analyzed，the reinforcement scheme of joint pouring glue and carbon fiber cloth was designed，and the construction technology and technical points of joint pouring glue and carbon fiber reinforcement were introduced in detail.Finally，through the calculation and analysis of the bending bearing capacity of the midspan section of the main beam and the top section of the main pier before and after reinforcement，as well as the shear bearing capacity of the 1/4 section of each span，the excellent application effect of filling glue and carbon fiber cloth in the crack treatment of concrete bridge was proved，which was worth the promotion and application in the reinforcement project of similar bridge.

Key words：concrete bridge;crack treatment;caulking glue;carbon fiber cloth

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)橋梁加固技術(shù)展開(kāi)了大量研究，如通過(guò)研究橋梁加固原則和方法、預(yù)應(yīng)力橋梁的加固過(guò)程、橋梁加固后檢測(cè)評(píng)定來(lái)說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)開(kāi)裂前后發(fā)生的變化[1]。根據(jù)橋梁的病害特征進(jìn)一步探討了橋梁加固技術(shù)方法[2]。發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)對(duì)提升橋梁結(jié)構(gòu)的承載力和抗彎剛度以及改善結(jié)構(gòu)方面有著顯著作用[3]。以某公路預(yù)應(yīng)力箱形梁橋?yàn)閷?shí)例，采用粘貼鋼板對(duì)橋梁進(jìn)行加固處理，發(fā)現(xiàn)加固后能夠滿足承載力要求[4]。綜合上述研究成果發(fā)現(xiàn)，橋梁加固和改造可以有效提升橋梁結(jié)構(gòu)安全性和使用壽命，同時(shí)還能帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益[5-8]。

1工程項(xiàng)目研究背景介紹

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋總長(zhǎng)（L）225 m，跨徑組合為5 m×45 m，橋面總寬18 m，雙向四車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，最高行駛速度70 km/h，橋面縱坡小于3%，橫坡為1%，活載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，人群荷載3.5 kN/m。橋面橫向布置為2×0.5 m防護(hù)欄+2×1.5 m人行道+4×3.5 m防撞護(hù)欄，橋面鋪裝為10 cm瀝青混凝土+防水層+6 cmC40混凝土層。上部結(jié)構(gòu)主梁采用單箱單室截面等高度連續(xù)箱梁，梁高2.8 m，頂板寬17 m，底板寬7.8 m，箱梁采用C50混凝土，縱向預(yù)應(yīng)力筋為直線束，無(wú)橫向預(yù)應(yīng)力筋，按照GB/T 5224—2003《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)要求，鋼絞線的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，公稱直徑為15.2 mm，張拉控制應(yīng)力為0.75fpk=1 395 MPa，彈性模量為1.95×105MPa。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用鋼筋混凝土箱型薄壁墩，墩頂設(shè)置抗扭雙支座，采用鉆孔灌注樁混凝土群樁基礎(chǔ)，樁徑為1.8 m。橋梁總體布置如圖1所示。

2病害檢測(cè)及成因分析

2.1裂縫檢測(cè)分析

該橋自2016年正式運(yùn)營(yíng)至今已有6年，但在近期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)各跨主梁均存在較多裂縫病害，其中第三跨梁體裂縫病害較為嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)梁底累計(jì)發(fā)現(xiàn)53條縱向裂縫。根據(jù)對(duì)2016、2020和2022年橋梁3次定期檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)該橋從運(yùn)營(yíng)至今梁體裂縫數(shù)量在不斷增加，部分裂縫存在較大的擴(kuò)張趨勢(shì)，若不及時(shí)采取治理措施，將嚴(yán)重影響橋梁的安全運(yùn)營(yíng)及使用壽命。橋梁3次定期檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

2.2裂縫成因分析

（1）梁底縱向裂縫。主梁各跨梁底縱向裂縫均出現(xiàn)在L/4和3L/4附近，且存在多條裂縫擴(kuò)展情況，分析可能是箱梁未設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力筋或者實(shí)際橫向預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大，導(dǎo)致梁體在長(zhǎng)期荷載作用下出現(xiàn)縱向裂縫，其次是橋梁養(yǎng)護(hù)不到位，在大溫差應(yīng)力作用下同樣會(huì)產(chǎn)生裂縫;

（2）梁底橫向裂縫。主梁各跨梁底橫向裂縫大部分出現(xiàn)在L4～3L4位置，分析可能是結(jié)構(gòu)性裂縫，由于預(yù)應(yīng)力張拉不到位，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量有所下降，同時(shí)對(duì)模板支架等施工質(zhì)量的控制不嚴(yán)格，在不均勻沉降作用下產(chǎn)生橫向裂縫;

（3）腹板豎向裂縫。主梁各跨腹板豎向裂縫主要分布在L4位置和墩頂位置，分析可能是結(jié)構(gòu)性裂縫，原因是施工者對(duì)預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量把控不嚴(yán)或者后期養(yǎng)護(hù)不到位，從而導(dǎo)致腹板出現(xiàn)豎向裂縫;

（4）翼板橫向裂縫。梁體翼板橫向裂縫主要分布在L5位置和墩頂位置，多條既有裂縫存在擴(kuò)展情況，主要原因是前期預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量和模板支架施工質(zhì)量存在較大缺陷，加上后期養(yǎng)護(hù)不到位，導(dǎo)致出現(xiàn)多處翼板橫向裂縫;

3加固方案設(shè)計(jì)

3.1加固改進(jìn)方案

設(shè)計(jì)時(shí)加固修復(fù)耐久性裂縫計(jì)算寬度值小于0.15 mm，并根據(jù)裂縫寬度分別采取不同的處治措施，最終確定加固方案。

（1）對(duì)于小于0.15 mm裂縫的處理采用裂縫封閉膠進(jìn)行封閉處理，修復(fù)采用表面環(huán)氧封閉法，先清除混凝土表面灰層和油污，再采用壓縮空氣清除槽內(nèi)浮塵，氣壓在0.2 MPa以上，清理完畢后依次涂刷底膠和混凝土表面修補(bǔ)膠，底膠采用改性環(huán)氧樹(shù)脂類膠粘劑，表面修補(bǔ)采用環(huán)氧膠泥，具體工藝流程如圖2所示。

（2）對(duì)于大于等于0.15 mm裂縫的處理采用壓力灌注的方式進(jìn)行注膠封閉處理，修復(fù)采用灌漿施工法，先齊縫開(kāi)設(shè)V槽，然后清除混凝土槽內(nèi)灰層和油污，清理完畢后對(duì)V槽進(jìn)行封閉，最后采用專業(yè)灌縫膠進(jìn)行灌縫處理，具體工藝流程如圖3所示。

（3）梁底裂縫采用粘貼橫向碳纖維布方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理，纖維粘貼長(zhǎng)度與梁底板寬度一致，碳纖維布置寬度為50 cm，設(shè)置層數(shù)為2層，為方便后期對(duì)裂縫情況的觀察，纖維布布置間距為10 cm，碳纖維布的單位面積質(zhì)量為300 g/m2，具體布置方式如圖4所示。

3.2施工工藝優(yōu)化及要點(diǎn)

3.2.1寬度小于0.15 mm裂縫修補(bǔ)施工要點(diǎn)

（1）為保證裂縫修復(fù)質(zhì)量，環(huán)氧封閉膠配膠重量應(yīng)進(jìn)行精確稱量，A、B膠設(shè)計(jì)配膠比為100∶30，該配膠比下25 ℃的凝結(jié)時(shí)間為50～60 min，因此在施工階段單次配膠量不宜過(guò)大，需保證在凝結(jié)前及時(shí)使用，以防止浪費(fèi)材料；

（2）在底膠涂刷施工時(shí)，應(yīng)沿裂縫進(jìn)行多次涂刷，以保證底膠充分滲透混凝土表面和充分填充微裂縫，同時(shí)為保證填縫質(zhì)量，底膠涂刷長(zhǎng)度應(yīng)沿裂縫方向超出10 cm長(zhǎng)度和5～6 cm寬度，以確保底膠涂刷充分、到位；

（3）在封縫施工完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)修復(fù)過(guò)的混凝土表面進(jìn)行質(zhì)量檢查，以確保封縫表面無(wú)開(kāi)裂、塌陷情況，對(duì)于出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的表面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行返工處理，直到到達(dá)施工要求。

3.2.2寬度大于等于0.15 mm裂縫灌漿施工要點(diǎn)

（1）為保證裂縫灌漿質(zhì)量，先對(duì)混凝土表面松散灰砂、油垢進(jìn)行清理，在采用干燥、無(wú)油的壓縮空氣對(duì)縫隙粉塵、浮渣進(jìn)行清除，以保證注漿嘴和封縫膠帶粘貼在平整、潔凈的混凝土表面；

（2）在埋設(shè)注漿嘴時(shí)，對(duì)于深度較大的結(jié)構(gòu)性裂縫，應(yīng)齊縫或斜向由下而上鉆孔至裂縫深處，并與裂縫表面呈交叉狀態(tài)。注漿嘴埋設(shè)應(yīng)設(shè)置在裂縫端部、交叉處以及較寬位置，布置間距40 cm，對(duì)于貫穿性深裂縫應(yīng)增設(shè)注漿管，間隔1～2 m；

（3）封縫采用專用封縫膠，粘接強(qiáng)度應(yīng)不小于4 MPa，施工膠層應(yīng)均勻無(wú)氣泡和砂眼，厚度超過(guò)2 mm。封縫完成后，應(yīng)采用壓縮空氣試壓，確保注漿嘴、注漿通道密封、不漏氣；

（4）對(duì)于橫向裂縫灌漿順序采用從寬到細(xì)、從一端到另一端的順序，對(duì)于豎向裂縫采用從低到高順序進(jìn)行灌漿，以確保灌漿充分、到位，在吸漿率小于50 mL/h時(shí)，立即停止灌漿，同時(shí)封閉注漿嘴。

3.2.3粘貼碳纖維布施工要點(diǎn)

（1）為保證碳纖維布粘貼質(zhì)量，采用角磨機(jī)對(duì)混凝土不平整的表面進(jìn)行打磨處理，并使用專業(yè)工具清除表面粉塵、砂礫，以確保表面干燥、光滑[9-11]。在進(jìn)行底膠涂刷時(shí)，底膠用量應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)比例進(jìn)行配比，同時(shí)確保底膠攪拌均勻程度，底膠涂刷溫度應(yīng)控制在5～40 ℃，相對(duì)濕度控制在70%以下;

（2）對(duì)于混凝土表面存在明顯凹陷、段差等現(xiàn)象的位置，應(yīng)采用找平膠進(jìn)行填補(bǔ)處理，并使用砂紙對(duì)處理過(guò)的混凝土表面進(jìn)行打磨，以確保施工表明光滑、無(wú)雜物。浸漬膠的配置應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配比及施工工藝進(jìn)行均勻攪拌，攪拌過(guò)程應(yīng)做好防塵措施，以防止混入其他雜質(zhì);

（3）在粘貼碳纖維布時(shí)，粘貼數(shù)量應(yīng)按照當(dāng)天施工需求進(jìn)行裁剪，并做好防潮處理。膠粘劑涂抹范圍應(yīng)大于碳纖維的大小，以確保碳纖維布粘貼均勻、到位，碳纖維布和混凝土表面粘貼的密實(shí)度應(yīng)達(dá)到100%，且碳纖維布粘貼方向無(wú)彎曲、拱起情況，碳纖維布粘貼長(zhǎng)度、寬度及層數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，以保證碳纖維布最終加固效果。

4加固修復(fù)效果分析

為研究該加固方案修復(fù)橋梁裂縫的改善效果，按照J(rèn)TG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算要求，分別對(duì)加固前后主梁各跨跨中彎矩、四分之一截面剪力以及各主墩彎矩進(jìn)行驗(yàn)算分析。

4.1跨中彎矩驗(yàn)算分析

針對(duì)加固前后主梁各跨跨中彎矩值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，采用加固方案對(duì)梁體裂縫進(jìn)行修復(fù)后，主梁各跨跨中的抗彎承載力均得到了明顯提升，其中一跨、二跨、三跨、四跨和五跨跨中截面的抗彎承載力分別增大了6 588、6 258、6 003、6 140和6 380 kN·m，最大增幅為12.6%，最小增幅為10.6%，說(shuō)明該加固方案對(duì)于梁體裂縫修復(fù)效果良好，可有效提升各跨跨中截面的抗彎承載力。

4.2四分之一截面剪力驗(yàn)算分析

針對(duì)加固前后主梁各跨1/4截面剪力值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，采用加固方案對(duì)梁體裂縫進(jìn)行修復(fù)后，主梁各跨四分之一截面的抗剪承載力均得到了明顯提升，其中一跨、二跨、三跨、四跨和五跨之四分之一截面的抗剪承載力分別增大了934、794、703、704和919 kN，最大增幅為20.5%，最小增幅為13.5%，說(shuō)明該加固方案對(duì)于梁體裂縫修復(fù)效果良好，可有效提升各跨四分之一截面的抗剪承載力。

4.3墩頂彎矩驗(yàn)算分析

針對(duì)加固前后各主墩彎矩值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖7所示。

根據(jù)圖7可知，采用加固方案對(duì)梁體裂縫進(jìn)行修復(fù)后，橋梁各主墩墩頂截面的抗彎承載力均得到了明顯提升，其中1#墩、2#墩、3#墩和4#墩墩頂截面的抗彎承載力分別增大了13 489、9 410、11 238和13 824 kN·m，最大增幅為8.5%，最小增幅為6.1%，說(shuō)明該加固方案對(duì)于梁體裂縫修復(fù)效果良好，可有效提升各墩墩頂截面的抗彎承載力。

5結(jié)語(yǔ)

橋梁梁體出現(xiàn)裂縫問(wèn)題不僅會(huì)影響橋梁整體美觀，更會(huì)給橋梁正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)，因此及時(shí)對(duì)橋梁裂縫成因進(jìn)行分析并采取治理措施，已成為橋梁質(zhì)量控制必不可少的一部分。為進(jìn)一步完善橋梁加固技術(shù)的設(shè)計(jì)，針對(duì)某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁裂縫成因進(jìn)行分析，提出了灌縫膠與碳纖維布的加固方案，加固后橋梁主梁、主墩的抗彎承載力和抗剪承載力均得到了不同程度提升，使得橋梁能夠滿足正常運(yùn)營(yíng)要求，由此可見(jiàn)該加固方案對(duì)橋梁裂縫的處治效果顯著。

【參考文獻(xiàn)】

［1］高新學(xué)，劉明龍.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固技術(shù)與檢測(cè)評(píng)定[J].黑龍江交通科技，2021，44（11）：87-88.

[2]劉炎，李從財(cái).預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測(cè)與加固施工技術(shù)[J].交通世界，2021（29）：136-137.

[3]李瀚.預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)在公路橋梁加固中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2020，5（13）：59-60.

[4]劉建平.粘貼鋼板加固技術(shù)在橋梁上的應(yīng)用與研究[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2020，47（3）：126-128.

[5]逄蘊(yùn)澤.SBS/CNTs改性瀝青灌縫膠的制備及性能研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2022.

[6]孫勇.灌縫膠材料開(kāi)發(fā)及疲勞性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2020.

[7]張博.橡膠瀝青灌縫膠的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)[J].山東化工，2020，49（10）：130-132.

[8]張雄偉，陶國(guó)慶，黃飛龍.碳纖維布加固混凝土梁承載力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分析[J].粘接，2021，47（7）：188-191.

[9]嚴(yán)衛(wèi)華，韓沐陽(yáng)，葛文杰.碳纖維布增強(qiáng)ECC-混凝土復(fù)合梁受彎性能分析[J].建筑科學(xué)，2022，38（9）：46-56.

[10]李哲宇，劉金龍，祝磊，等.粘貼碳纖維布對(duì)加固梁抗彎承載力的影響[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，23（3）：23-28.

[11]吳智深.外貼碳纖維布加固橋梁結(jié)構(gòu)失效原因與對(duì)策分析[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2022，19（3）：1-14.