营运期间桥梁裂缝处治方法研究
0引言
随着近年来我国国民经济的快速发展，全国道路的交通量显著增加，桥梁结构在日益增长的车辆荷载作用下，尤其是车辆大型化的发展趋势下出现了越来越多的病害，其中以上部梁体开裂最为常见。造成梁体开裂的原因有很多，作者已在《营运期间桥梁裂缝成因分析》（《贵州工业大学学报自然科学版》第37卷 第3期）中作了阐述。而通过对梁体裂缝出现的位置、裂缝的发展状况的分析可以判断出病害产生的原因，从而对梁体采取有针对性的加固措施。但是在对梁体进行主体结构加固前一般都要求对梁体的裂缝进行处治，否则会对结构的耐久性和主体结构的加固效果产生不利的影响。作者近几年参加了一些运营期间桥梁的检测、加固设计工作，尤其在广东省清连一级公路改造工程和重庆市江津长江公路大桥中，大量的接触到了上部梁体开裂的病害。本文选取重庆市江津长江公路大桥和广东省清连一级公路改造工程中具有代表性的迳口大桥和头巾滩大桥对运营期间的桥梁上部梁体开裂病害的处治方法进行阐述，供同行参考。
1 梁体裂缝的处治方法
对于梁体裂缝的处治方法主要有封闭法、压浆法、粘贴碳纤维布封闭法三种，实际应用中针对桥梁结构、病害状况等状况的不同，对梁体裂缝采用了不同的处治方法：
1.1 封闭法和压浆法
江津长江公路大桥建成于1997年，主桥为（140+240+140）m预应力混凝土连续刚构，德感侧引桥为14x50m简支T梁桥，江津侧引桥为4×22.5m连续板桥。主桥桥梁净宽21.5m。主墩采用双薄壁墩身，群桩基础，引桥下部结构采用柱式墩、桩基础、重力式桥台。上部主要病害为：主跨跨中下挠，箱梁顶、底板开裂等病害。其中箱梁顶、底板开裂情况为：主跨跨中段箱梁底板底面裂缝横向贯通底板，箱梁顶板底面纵向裂缝较多，上、下游腹板与底板交界处均发现3?宽纵向裂缝，1/3～2/3跨径范围内上、下游腹板斜裂缝共32条，裂缝宽度均超过规范允许值。病害如下图所示：
在江津长江大桥加固工程中，对箱梁裂缝采取了封闭法和压浆法进行裂缝处治，并采用设置体外预应力钢束的方法提高结构的承载能力，防止主桥跨中继续下挠。
迳口大桥长263m，桥宽10.75m，跨径布置为10×25m，上部结构采用现浇钢筋混凝土连续箱梁，下部桥台采用U型台、扩大基础，桥墩采用柱式墩、桩基础。上部主要病害为：第2、3、5跨箱梁底板在跨中位置出现横向贯通裂缝，最大缝宽0.2mm；各跨箱梁腹板在桥跨范围内均出现竖向裂缝，最大缝宽0.24mm；各跨箱梁在支点处翼缘板下缘出现横向贯通裂缝，最大缝宽0.2mm。在清连一级公路改造工程中，对迳口大桥上部箱梁采用了封闭法和压浆法进行裂缝处治，并采用纵向粘贴钢板条的方法提高结构的承载能力。
封闭法和压浆法是上部梁体出现裂缝的处治工作中使用最多的方法，这两种方法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。的通常对于裂缝宽度≥0.15mm的结构受力裂缝采用压浆法进行修补；非结构受力裂缝和宽度＜0.15mm的裂缝采用封闭法进行修补。
1.1.1 材料特性
(1) 裂缝修补胶(注射剂)安全性能指标应符合下表要求：
| 检验项目
|
性能指标
|
试验方法标准
|
|
| 胶体性能
|
抗拉强度(Mpa)
|
≥20
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GB/T 2568
|
| 受拉弹性模量(Mpa)
|
≥1500
|
GB/T 2568
|
|
| 抗弯强度(Mpa)
|
≥30且不得呈脆性(碎裂状)破坏
|
GB/T 2570
|
|
| 抗压强度(Mpa)
|
≥50
|
GB/T 2569
|
|
| 钢－钢拉伸抗剪强度标准值(Mpa)
|
≥10
|
GB/T 7124
|
|
| 不挥发物含量(固体含量)
|
≥99%
|
GB/T 14683
|
|
| 可灌注性
|
在产品使用说明书规定的压力下能注入宽度为0.1mm的裂缝
|
现场试灌注固化后取芯样检查
|
|
(2)修补裂缝用聚合物水泥注浆料安全性能指标应符合下表要求：
| 检验项目
|
性能或质量指标
|
试验方法标准
|
|
| 浆体性能
|
劈裂抗拉强度(Mpa)
|
≥5
|
|
| 抗压强度(Mpa)
|
≥40
|
GB/T 2569
|
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| 抗折强度(Mpa)
|
≥10
|
|
|
| 注浆料与混凝土的正拉粘结强度(Mpa)
|
≥2.5，且为混凝土破坏
|
|
|
1.1.2 施工工艺
(1) 裂缝的检查及标注
根据裂缝的分布，在现场核实裂缝数量、长度及宽度，并在梁上进行标注，据此进行灌浆材料配量、埋嘴、灌浆等方面的具体计算和安排。
① 对于裂缝宽度＜0.15mm
采用聚合物水泥表面封闭法，聚合物水泥是在加固专用的改性环氧浆液配出后按规定比例加入一定量的525＃水泥搅拌均匀而成，封闭后要考虑梁体表面的美观。
② 对于裂缝宽度≥0.15mm
采用灌注混凝土裂缝修补胶液封闭裂缝法，将裂缝修补胶浆液压注入结构物内部裂缝中去，以达到封闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的，使混凝土构件恢复整体性。
(2) 钻孔
在裂缝表面进行骑缝钻孔，以此作为灌浆导向孔。腹板及顶、底板裂缝：沿裂缝走向钻孔，孔深5厘米，孔径8毫米，孔距35厘米，凡裂缝交叉处应在交叉地方钻孔。
(3) 清孔及裂缝表面处理
所有孔眼必须使用高压空气吹洗干净，使其不让灰渣阻塞，之后沿裂缝从上而下将两边3cm～4cm范围内的灰尘、浮浆用小锤、手铲、钢刷、砂纸、毛刷依次处理干净，将构件表面整平，凿除突出部分，然后用丙酮擦洗，清除裂缝周围的油污，清洗时应注意不要将裂缝堵塞。
(4) 粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭
① 粘贴灌浆嘴底盘的铁锈必须除净，并用丙酮擦洗干净，然后将专用胶泥均匀的抹在底盘周围，厚度1～2毫米，与孔眼对准粘贴在裂缝上。灌浆嘴的间距根据缝长及裂缝的宽窄以3.5～4.0厘米为宜，一般宽缝可稀，窄缝宜密，每一道裂缝至少须各有一个进浆孔的排气孔。注意，灌浆孔眼必须对中保证导流畅通，灌浆嘴应粘贴牢靠，四周抹成鱼脊状进行封闭。
② 裂缝表面封闭
为使混凝土缝隙完全充满浆液，并保持压力，同时又保证浆液不大量外渗，必须对已处理过的裂缝表面(除孔眼及嘴子外)用聚合物水泥砂浆浆液沿裂缝走向从上至下均匀涂刷两遍进行封闭(宽度6～8cm)，并在上面分段紧密贴上一层玻璃丝布(宽度5～7cm)，形成封闭带。
(5) 压气实验
封闭带硬化后，需进行压气试验，以检查封闭带是否封严，压缩气体通过灌浆嘴，气压控制在0.2～0.4MPa，此时，在封闭带上及灌浆嘴周围可涂上肥皂水，如发现通气后封闭带上有泡沫出现，说明该部位漏气，对漏气部位可再次封闭。
试气对于竖向缝可从下向上，水平向缝由低端往高端进行。
(6) 灌浆操作
① 灌注裂缝采用空气泵压注法，压浆罐与灌浆嘴用聚氯乙烯高压透明管相连接，连接要严密，不能漏气。
② 在灌浆过程中应注意控制压力，裂缝宽度较大的，如果进浆通畅时，压力宜控制在0.2MPa；如果裂缝进浆不畅，可把泵压控制在0.4MPa。
③ 灌注的次序：对于水平裂缝，宜由低端逐渐压向高端；对于竖向腹板裂缝由下向上逐渐压注；从一端开始压浆后，另一端的灌浆嘴在排出裂缝内的气体后喷出浆液与压入的浆液浓度相同时，可停止压浆，在保持压力下封堵灌浆嘴。
贯通缝如果单面灌后另一面未见出浆，可在另一面压灌一次。 对于未贯通腹板缝必须见到邻近嘴子喷浆。
④ 其它工作
对于已灌完的裂缝，待浆液固化后将灌浆嘴一一拆除，并将粘贴灌浆嘴处用专用树脂胶泥抹平，最后对每一道裂缝表面再涂一层聚合物水泥浆，确保封闭严实，并使其颜色与原混凝土结构表面尽量保持一致；灌浆工作完毕后，用压缩空气将压浆罐和注浆管中残液吹净，并用丙酮冲洗管路及工具，以备下次使用。
1.2粘贴碳纤维布封闭法
头巾滩大桥长365m，桥宽22m，斜交角度110°，跨径布置为9×20+10+9x20m，上部结构采用预制预应力混凝土空心板+现浇异型钢筋混凝土空心板，下部桥台采用肋式台、U型台，桩基础、扩大基础，桥墩采用柱式墩，桩基础。上部主要病害为：全桥近半数空心板板底存在纵向裂缝，缝长1m～贯通，最大缝宽0.44mm；个别板梁在靠近桥墩2m～7m范围内底板出现横向贯通裂缝，裂缝宽度0.06～0.2mm；左幅桥现浇板底发现11条纵向裂缝，缝长介于1.1m～贯通，宽0.1mm～0.16mm。在清连一级公路改造工程中，对头巾滩大桥梁体采用了梁底粘贴碳纤维布封闭法进行裂缝处治。
碳纤维布具有适应性好、耐腐蚀、几乎不增加结构自重、施工简便等优点。采用粘贴碳纤维布的方法对梁体裂缝进行封闭不仅能够满足修补裂缝的要求，还能提高结构承载能力，对结构构件进行局部补强。尤其在现在我国的国产碳纤维布质量不断提高，市场价格不断下降的大环境下，粘贴碳纤维布封闭法的使用前景将会更加广泛。
1.2.1 材料特性
(1) 碳纤维布
碳纤维复合材安全性能指标
| 类别
项目
|
单向织物(布)
|
条形板
|
||
| 高强度Ⅰ级
|
高强度Ⅱ级
|
高强度Ⅰ级
|
高强度Ⅱ级
|
|
| 抗拉强度标准值ff,k(MPa)
|
≥3400
|
≥3000
|
≥2400
|
≥2000
|
| 受拉弹性模量Ef(MPa)
|
≥2.4×105
|
≥2.1×105
|
≥1.6×105
|
≥1.4×105
|
| 伸长率(％)
|
≥1.7
|
≥1.5
|
≥1.7
|
≥1.5
|
| 弯曲强度ffb(MPa)
|
≥700
|
≥600
|
|
|
| 层间剪切强度(MPa)
|
≥45
|
≥35
|
≥50
|
≥40
|
| 仰贴条件下纤维复合材与混凝土正拉粘结强度(MPa)
|
≥2.5，且为混凝土内聚破坏
|
|||
| 纤维体积含量(％)
|
|
|
≥65
|
≥55
|
| 单位面积含量(％)
|
≤300
|
≤300
|
|
|
(2) 粘贴碳纤维用胶黏剂
碳纤维浸渍、粘接用胶粘剂安全性能指标
| 性能项目
|
性能要求
|
|
| A级胶
|
||
| 胶体性能
|
抗拉强度(MPa)
|
≥40
|
| 抗拉弹性模量(MPa)
|
≥2500
|
|
| 抗弯强度(MPa)
|
≥50
|
|
| 且不得呈脆性破坏
|
||
| 抗压强度(MPa)
|
≥70
|
|
| 伸长率(％)
|
≥1.5
|
|
| 粘结能力
|
钢－钢拉伸抗剪强度标准值(MPa)
|
≥14
|
| 钢－钢不均匀扯离强度(kN/m)
|
≥20
|
|
| 与混凝土的正拉粘结强度(MPa)
|
≥2.5，且为混凝土内聚破坏
|
|
| 不挥发物含量(固体含量)(％)
|
≥99
|
|
底胶及修补胶的安全性能指标
| 性能项目
|
性能要求
|
|
| A级胶
|
||
| 底胶
|
钢－钢拉伸抗剪强度标准值(MPa)
|
≥14
|
| 与混凝土的正拉粘结强度(MPa)
|
≥2.5，且为混凝土内聚破坏
|
|
| 不挥发物含量(固体含量)(％)
|
≥99
|
|
| 混合后初粘度(23℃时)(Mpa·s)
|
≤6000
|
|
| 修补胶
|
胶体抗拉强度(MPa)
|
≥30
|
| 胶体抗弯强度(MPa)
|
≥40，且不得呈脆裂破坏
|
|
| 与混凝土的正拉粘结强度(MPa)
|
≥2.5，且为混凝土内聚破坏
|
|
1.2.2 施工工艺
(1) 施工准备
① 认真阅读设计施工图，充分理解设计意图和要求。
② 熟悉施工现场和被加强部位混凝土的实际状况，拟定出施工方案和施工计划。
③ 对所使用碳纤维布、配套树脂、机具等作好施工前的准备工作。
(2) 表面处理
① 清除被补强范围内表面混凝土的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。
② 按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。
③ 被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，完全露出结构断面。
④ 将混凝土表面清理干净并保持干燥。
(3) 胶粘剂配制
① 预配制包装：在各自容器中搅动混合。将B组分加入A组分，用手持式低速电动搅拌器(最大500rpm)搅拌3分钟，使其外观均匀一致，尽可能少的带入空气。
② 大量包装，非预配制包装：将两组分以正确的比例放入合适的混合容器中，用低速电动搅拌器正确的搅拌。当树脂和固化剂混合即为使用期的开始。混合量越大，使用时间越短。为了在较高温度下，得到更长的使用时间，可将混合的胶粘剂分成几个部分，或是在混合之前降低A、B组分的温度。
(4) 找平处理
① 配制找平材料。
② 混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有楞角。
③ 转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径不小于20mm。
④ 待找平材料表面指触干燥时即进行下一步工序施工。
(5) 粘贴碳纤维布
① 按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。
② 用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。待树脂表面指触干燥时即进行下一步工序施工。
③ 将碳纤维布用清洁剂清洁后，用抹灰刮刀将胶粘剂涂在其表面，用特制的滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布。
④ 在粘接剂允许的暴露时间内(视温度不同而定)，将碳纤维布置于混凝土表面上。用橡皮滚筒将板压到环氧胶粘剂中，直到胶粘剂由板两边被挤出。
⑤ 粘贴碳纤维布时，各层碳纤维布应错开布置，各层的错开间距应为5～10cm，且应保证各层碳纤维布的接缝错开。
⑥ 当胶粘剂固化后，可以清除流出在层压板上的粘接剂的膜，最后，轻轻敲打进行碳纤维布的空鼓检验。
2 结语
由于混凝土自身具有高抗压，低抗拉的特性，因此上部梁体在桥梁运营过程中出现裂缝是不可避免的。但是裂缝的出现为化学介质、气体和水分侵入结构导致钢筋锈蚀提供了通道，导致结构的耐久性下降，最终将危及桥梁安全。因此对于梁体裂缝应该及早发现，及早处理，对于处治后又再次开裂和裂缝一直在发展的构件要从根本上分析其裂缝的产生原因，对构件采用适合的加固方法从而在根本上消除裂缝产生的因素，保证构件的耐久性，最终使桥梁能够发挥正常的使用功能，保障人民的生命财产安全和交通的畅通。
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