某严重耐久性病害桥梁的维修加固

摘要：本文以某严重耐久性病害空心板桥梁为例，介绍了该桥存在的病害及其成因分析，并提出了对缺陷砼表面采用高压水枪清理后再进行维修处理的加固方案，该方法安全可靠，并节约了工程造价，对交通建设的可持续发展具有积极意义。

关键词：桥梁；耐久性；加固；裂缝

中图分类号：K928 文献标识码： A

0 引言

随着我国国民经济的快速发展，交通量日益增大，交通网络也得到了迅速完善，新建桥梁也越来越多。桥梁作为交通运输网络中的重要节点，将直接影响交通的顺利进行。当它投入使用一定时期后，往往会出现钢筋锈蚀、砼开裂等耐久性问题。如果不及时采取有效的维修加固措施，桥梁病害将会加速发展，轻则将会影响通行能力，重则会造成运输中断，并对人民的生命财产安全造成严重威胁。

1 工程概况

某桥位于宁波市的一条一级公路上，右偏角120度，布跨5×13m，横断面总宽度26.5m。桥梁的设计荷载为汽车-20级，上部结构采用钢筋砼空心板，简支结构，板高55cm，宽125cm。下部结构为柱式墩台，钻孔灌注桩基础。该桥所在河流离入海口仅0.5公里，涨潮时河道存在海水倒灌现象，故桥梁所在的环境类别为Ⅲ类。该桥于1995年建成使用至今，砼表面出现很多的纵横向裂缝。

桥梁主要的病害情况如下：

1）每块梁板板底均出现不同程度的纵横向裂缝，部分梁板的纵向裂缝宽度在1mm以上，横向裂缝宽度在0.3～0.4mm。板底存在较多砼剥落、箍筋外露、锈蚀现象。

2）下部结构盖梁表面砼劣化，钢筋外露、锈蚀。4号墩盖梁底局部砼剥落严重，纵向主筋外露、严重锈蚀。

3）每个桥墩均有墩柱出现竖向裂缝，裂缝宽度在0.15mm以上。

2 桥梁病害成因分析

桥梁砼结构的任何损伤一般首先以出现裂缝的形式来反应。所以对砼结构损伤的判断应对其裂缝进行调查、分析。砼结构的裂缝按其形成原因，可归纳为两大类：

第一类为结构性裂缝，其裂缝的分布和宽度与外荷载有关，这种裂缝的出现，预示着结构承载力可能不足或存在其他严重问题。

第二类为非结构性裂缝，是由变形引起的裂缝，如温度变化、砼收缩、钢筋锈蚀膨胀等因素引起的结构变形受到限制时，在结构内部产生自应力，当自应力达到砼抗拉强度极限值时就会出现裂缝。

调查资料表明，桥梁非结构性裂缝病害约占80%，结构性裂缝约占20%，有时两类裂缝会同时发生。所以对裂缝原因的分析是裂缝修补、加固的依据。若对裂缝不经分析研究就盲目进行处理，不仅达不到预期效果，还可能会潜藏着突发性事故的发生。

故本次病害成因分析前先采用桥梁博士3.0程序对结构进行安全性验算，验算结果如下：

表1 结构安全性验算结果

计算结果表明原结构主要构件配筋能满足受力要求，其裂缝产生原因主要为非结构性裂缝。分析本桥病害主要原因如下：

1）本桥上部结构为普通钢筋砼构件，结构本身为带裂缝工作。

2）钢筋保护层过小，露筋处目测钢筋保护层厚度不足1cm。本桥位于滨海环境中，保护层厚度的不足使钢筋容易锈蚀。

3）钢筋砼结构的裂缝与钢筋腐蚀是相互作用的。钢筋锈蚀后体积膨胀，使砼保护层开裂，砼开裂后，钢筋的锈蚀速度加快，沿着钢筋裂缝继续增大。

4）桥梁空心板和盖梁砼标号为25号，低标号砼在侵蚀环境中更易劣化。

综上所述，本桥裂缝形成的根本原因是在滨海环境中钢筋保护层过小，钢筋锈蚀后导致砼表面胀裂产生非结构性裂缝。

3 桥梁维修加固方案

对于常规桥梁裂缝类病害，通常的做法是采用裂缝封闭处理：裂缝宽度小于0.15mm的裂缝采用表面封闭法处理，裂缝宽度大于0.15mm的裂缝采用压力灌注法处理。

由于本桥板底和盖梁表面的裂缝众多，裂缝宽度远大于0.15mm，部分保护层砼已经与梁底脱离开来，凿开表面疏松的砼后可以看到里面的钢筋均严重锈蚀，故对于该类型裂缝若仅采用裂缝封闭处理将是治标不治本。本次桥梁维修加固采取如下方案：

1）采用高压水枪将砼表面剥落、松散的劣化部分清除；

2）对锈蚀钢筋进行除锈、清洗、防锈处理；

3）在修复部位涂抹砼结合剂；

4）板底涂抹一层聚合物砂浆使板底箍筋的保护层厚度达到2.5cm；

5）整个空心板表面涂一层保护剂，使其具备抗腐蚀性能，从而提高砼的耐久性能；

6）对于纵向受拉钢筋锈蚀截面大于8%的空心板，在聚合物砂浆表面粘贴碳纤维加固。

照片1 高压水枪清洗后照片 照片2 梁板加固后照片

4 主要施工工艺

4.1聚合物砂浆施工工艺

1）聚合物砂浆的压抹，按设计厚度进行边板压条的定位及找平工作面；

2）当压抹厚度达到尺寸要求时应及时作好压抹收光。

3）当聚合砂浆压抹收光后30分钟至4小时内应对其工作面进行喷水养护，最少3天以上实行湿润养护，在此期间应防止加固部位受到刚性冲击。

4.2 碳纤维布施工工艺

4.2.1 粘贴碳纤维布流程如下：

聚合物砂浆表面涂刷底胶涂刷粘贴胶粘贴碳纤维布涂刷表面防护胶

4.2.2 粘贴碳纤维布工艺如下：

1）裁剪碳纤维布

2）根据粘贴胶的标准用量，按粘贴胶使用说明中规定的比例，把粘贴胶主剂和固化剂置于配胶容器中搅拌均匀。

3）用毛刷均匀地将粘贴胶涂在选定的砼表面，粘贴胶涂面应不小于所粘贴的碳纤维布大小。

4）在已涂好粘贴胶的砼表面铺覆碳纤维布，碳纤维布之间的搭接应在纤维方向进行，并且搭接宽度应不小于10cm。

5）用专用胶辊或刮板沿纤维方向施加压力并向一个方向或从中间向两个方向滚动碾压，使树脂胶液充分侵渍碳纤维布，并使碳纤维和底层充分粘接。

5 结语

桥梁的耐久性病害与材料的自身特性、结构的设计与施工质量和桥梁所处的环境类型等相关。如果在桥梁的设计、施工阶段就充分考虑其耐久性问题，那就能起到事半功倍的效果。

每座桥梁的病害原因都不尽相同，桥梁加固应先分析其病害原因，再从根本上解决其病害。本文以某严重耐久性病害的桥梁为例，分析其病害原因后提出了该桥的维修加固方法。经过3年多的观测，该桥没有再出现新病害，说明本次加固是成功的。本次桥梁加固节约了工程材料和造价，对交通建设的可持续发展具有积极意义。

参考文献：

[1] JTG D62-2004，公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范[S].

[2] JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].

[3] 张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 蒙云，卢波.桥梁加固与改造[M].北京：人民交通出版社，2004.

作者简介：

方晓庆，1982年9月出生，男，汉族，浙江衢州人，毕业于中国地震局工程力学研究所，硕士研究生，现就职于宁波市交通规划设计研究院有限公司，工程师，主要从事桥梁设计工作。