单箱双室预应力混凝土连续箱梁维修

摘要: 江阴大桥南接线山凹口大桥为单箱双室预应力混凝土连续箱梁。2006年, 经检查发 现存在梁体裂缝等病害, 导致结构承载力下降。经过对梁体病害发展情况的持续跟踪观测, 2008 年对山凹口大桥进行了维护。综合采取了裂缝灌浆处理、局部梁体粘贴钢板、粘贴碳纤维布、表 面涂装等技术措施。 

关键词: 预应力混凝土; 连续箱梁; 主桥病害; 维修加固 

1　概　述 

江阴长江公路大桥于1999年9月建成通车, 是 国家“两纵两横”公路主干线中同三线以及京沪线 的跨江“咽喉”工程。江阴大桥在国家交通主干网 中的特殊地位以及所处地区的经济发展水平, 决定了 其日益增长的交通流量。然而, 由于设计和施工等因 素影响, 江阴长江公路大桥南引桥出现了梁体病害 情况。 江阴大桥南接线山凹口大桥分东西两幅, 分别为 两联13孔(东幅) 和15孔(西幅) 单箱双室预应 力混凝土连续箱梁(见图1 ) 。在内部结构检查中, 发现存在混凝土浇筑质量不佳、蜂窝、麻面和空洞较 多, 钢筋保护层不足, 钢筋锈蚀等病害。2006年对 山凹口大桥进行了全面检查, 包括外观缺陷检查 (箱梁及桥墩表面裂缝、混凝土的表观质量和内在质 量) 和钢筋混凝土结构的材质检测(混凝土碳化层 深度测试、钢筋锈蚀检测) 。经过对梁体病害发展情 况的持续跟踪观测, 需要进行全面维护。 

2　病害检测结果 

(1) 主梁局部底板和腹板出现裂缝(图2) 。 (2) 主梁混凝土内有废弃钢筋、泥土等多种杂 物(图3) 。 (3) 主梁混凝土蜂窝、麻面和空洞较多。 (4) 主梁局部混凝土保护层不足, 多处露筋并 锈蚀(图4) 。 (5) 主梁底板局部轻敲则脱落。此外翼板底和 腹板表面有明显水侵蚀的痕迹(图5) 。 (6) 局部混凝土强度偏低, 碳化深度较大。 

3　病害情况分析 

(1) 箱梁混凝土表面病害的主要原因是施工过 程中混凝土浇筑质量不佳造成的。如混凝土浇筑前没 有清理模板内的泥土、木屑、废钢筋、塑料、手套等 垃圾, 混凝土垫块破碎造成混凝土保护层厚度不足, 混凝土局部漏振, 造成混凝土局部蜂窝、麻面或 空洞。 (2) 桥梁结构没有设置滴水, 造成混凝土翼板 和腹板以及局部底板受雨水侵蚀, 局部混凝土变色、 腐蚀, 同时造成露筋的锈蚀, 有些钢筋锈蚀严重。 (3) 桥墩顶部存在4条～5条裂缝, 裂缝宽度最 大013 mm, 开裂原因初步判断为受力引起的。 (4) 西幅13#桥台存在大量的竖向裂缝, 初步判 断为地基不均匀沉降所引起的。 (5) 箱梁混凝土碳化深度大多数在2 mm左右, 局部碳化深度超过6 mm, 这是由于混凝土不够密实 造成的。另外, 由于腹板受雨水影响, 碳化深度相对 较大。不过从整体来看混凝土碳化深度基本正常。 (6) 从桥梁整体工作状况的检测结果看, 桥梁 结构不存在结构安全性问题, 大部分混凝土抗压强度 在50MPa以上, 满足设计要求。但从结构的耐久性 来看, 桥梁结构存在较为严重的隐患, 对桥梁结构混 凝土缺陷等问题进行修补并进行防腐涂装显得尤为 必要。 

4　缺陷维修方案设计 

针对江阴长江公路大桥山凹口大桥存在的问题, 决定进行病害处理, 主要包括以下工作: 混凝土缺陷 修补、裂缝处理, 局部梁体粘贴钢板、碳纤维布, 全 桥翼缘板粘贴滴水檐, 对梁体混凝土和墩台混凝土外 

411　主梁缺陷维修 主梁的缺陷主要是混凝土浇筑质量问题, 主要表 现在混凝土表面施工残余垃圾较多、混凝土存在蜂窝 麻面、局部混凝土存在空洞、混凝土保护层厚度不 足、少数钢筋锈蚀严重、局部混凝土碳化深度较大、 部分断面存在错台并伴随裂缝等。 处理措施就是首先全部凿除原修补部位, 检查掩 盖的缺陷部分, 确定病害的性质和严重程度。然后全 面清理主梁表面的垃圾, 露出新鲜骨料, 对混凝土表 面较严重的蜂窝、麻面进行凿毛处理, 凿除空洞部分 不密实的混凝土, 对锈蚀的钢筋进行除锈, 可用砂纸 进行打磨, 也可用酸液清洗除锈, 并及时采用环氧胶 涂刷进行防锈处理。将缺陷全部清理完毕后, 用结构 胶进行批嵌, 厚度较大的要分层批嵌, 每层批嵌厚度 不宜超过2 cm, 直至恢复原有尺寸。对于深度较大 的空洞部分, 可以适当添加部分粗集料。 对于错台部分处理, 用钢钎凿除突出部分, 用结 构胶修补, 使其平顺。至于裂缝的修补, 对宽度大于 等于0115 mm 的裂缝进行灌缝处理, 对宽度小于 0115 mm的裂缝进行封闭处理。对开裂区进行补强。 在腹板内表面粘贴竖向钢板, 钢板条贴过顶板的梗 腋。在底板下缘粘贴横桥向的碳纤维片, 粘贴时绕至 腹板外侧的梗腋下缘 

412　桥台裂缝处理 对于桥台部分混凝土裂缝, 裂缝虽然较多, 但裂 缝最大宽013 mm, 裂缝宽度在《公路桥涵养护规 范》的裂缝宽度限值以内。同样基于结构耐久性考 虑, 本次对裂缝进行封缝或灌缝处理。同时在今后养 护管理中, 注意观测台身裂缝是否发展。 

413　设置防水设施 由于箱梁外表受雨水侵蚀较为严重, 而钢筋混凝 土结构的腐蚀受水影响较大, 故应对该桥梁结构设置 滴水以进行防水。滴水采用4 cm ×4 cm铝合金三角 构件制作。 414　防腐涂装及涂层配套体系设计 由于主梁混凝土局部浇筑质量欠佳, 考虑到混凝 土保护层厚度普遍不足, 大部分翼板和腹板受到雨水 侵蚀以及污染造成结构外观较差, 局部混凝土碳化深 度较大。通过防腐涂装, 一方面对混凝土进行补强和 防腐, 增强混凝土结构的耐久性, 另一方面增加桥梁 结构的美观。 

5　主要维修材料力学指标 

511　灌缝材料 固化后的抗拉强度≥5 MPa, 且大于被加固混凝 土相应强度的112倍; 与混凝土之间的粘结强度大于 被加固混凝土的抗拉强度的112倍。 512　封缝材料 抗拉强度及粘结强度均大于被加固混凝土抗拉强 度的112倍。 513　混凝土修复材料(结构胶) 修复材料(结构胶) 的抗拉强度≥10 MPa, 与 混凝土之间粘结强度≥215 MPa, 且大于被加固混凝 土抗拉强度的112倍; 抗剪强度≥15MPa。 514　铝合金三角构件 由于该构件仅作滴水用, 对其强度不作过高要 求, 从建材市场选用合格产品即可。 515　桥梁专用漆 本工程采用桥梁专用漆或能达到相应功能要求的 桥梁专用漆。

 6　主要加固措施施工工艺 

611　粘贴钢板 (1) 粘贴区域混凝土表面处理 根据现场确定的位置和测量情况, 对粘贴钢板区 进行放样, 用磨光机的钢砂轮清除表面的浮浆和疏松 物, 一般去除混凝土表面4 mm厚表层, 使其砂粒及 粗骨料外露, 凿毛凿平, 与粘贴钢板平面一致, 无明 显间歇。用压缩空气吹净表面粉尘, 并用甲苯或工业 丙酮擦拭表面。 (2) 钻孔植埋螺杆 现场用保护层测定仪查明钢筋分布, 避免钻孔打 盲孔时碰及钢筋或预应力管道。按照设计布置要求, 沿钢板长度方向打直径约14 mm的钻孔, 用压缩空 气由孔底向孔外清除孔内浮尘, 再用甲苯或工业丙酮 洗盲孔, 晾干后涂抹一层薄薄的环氧树脂类基液。向 盲孔内注入三分之二孔深的环氧类结构胶, 打入螺栓 并在紧固后松下螺母。 (3) 粘贴扁钢带现场配套打孔与扁钢粘贴表面 处理 依据现场实际放样进行粘贴扁钢带下料, 并根据 现场植埋的螺杆, 先对所粘贴的扁钢带进行配套打孔 (孔径为14 mm) , 然后对扁钢带的粘贴面用磨光砂 轮机或钢丝刷磨机进行除锈和粗糙处理, 打磨粗糙度 越大越好, 打磨纹路应与扁钢带受力方向垂直, 最后 用脱脂棉沾甲苯或工业丙酮将扁钢带粘贴面擦拭 干净。 (4) 配制环氧胶砂、粘贴扁钢带 先用甲苯或工业丙酮清洗处理后的粘钢区域混凝 土表面和扁钢带粘贴面, 再在混凝土表面和扁钢带粘 贴面抹一层薄而匀的环氧树脂类结构胶(厚度控制 在2 mm～4 mm) , 然后再将扁钢带贴合上。 (5) 加压固定 当埋植螺杆的拉拔力达到设计强度的75%后, 将扁钢带贴合上, 加垫片, 紧固螺母, 交替拧紧, 加 压固定的压力不小于0115 MPa。同时要不断轻轻敲 打扁钢带及时检查扁钢带下环氧胶砂的饱满性。 (6) 防腐处理 清除钢板外污垢后, 涂二层环氧树脂基液或环氧 沥表漆罩面防腐。 612　粘贴碳纤维布 (1) 施工前对粘贴部位混凝土的表层含水率及所 处环境温度进行测量。若混凝土表层含水率> 4%或 环境温度< 5 ℃, 则应采取措施, 在达到要求后, 方 可施工。施工前按设计图纸, 在加固部位放线定位。 (2) 除去被加固构件表面疏松部分, 直到露出混 凝土结构层。若有裂缝, 应进行修补, 然后用修补材 料修复平整, 并保证混凝土保护层厚度不小于 15 mm。粘贴部位的混凝土, 若其表面坚实, 也应除 去浮浆层和油污等杂质, 并打磨平整, 直到露出集料 新面, 且平整度应达到5 mm /m; 构件转角处打磨成 圆弧状, 圆弧半径应不小于20 mm, 表面打磨后, 用 强力吹风机将表面粉尘彻底清除。 (3) 粘贴碳纤维材料的施工工艺有涂刷底胶的 要求时, 按粘结剂供应厂商的底胶配制说明书进行操 作。底胶用滚筒刷或特制的毛刷均匀涂布在已用丙酮 擦净的混凝土表面, 调好的底胶应在规定的时间内 用完。 (4) 粘结剂的配制。按粘结剂供应商提供的配比 和工艺要求进行, 且应有专人负责。调胶使用的工具 应为低速搅拌器, 搅拌均匀, 无气泡产生, 并应防止 灰尘等杂质混入。 (5) 粘贴碳纤维碳布。按设计要求的尺寸裁剪碳 纤维布, 将树脂均匀地涂抹在擦干净的碳纤维布上 将碳纤维用手轻轻地贴于粘贴部位, 并用特制的滚筒 沿纤维方向在已贴好碳纤维织物的面上多次滚压, 使 粘结剂充分浸透碳纤维中, 且使其平整, 无气泡。 (6) 当粘贴碳纤维完成后, 在外表面进行喷砂装 饰, 使表面颜色与周围混凝土协调。粘贴碳纤维时不 能堵腹板上的通风口。 

7 维修加固效果 

裂缝封闭及灌缝钻芯取样结果显示, 芯样饱满; 碳纤维布粘帖正拉粘结试验结果表明, 碳纤维布粘帖 工作完全符合设计及规范要求; 钢板粘贴经工序检 验, 密帖率均大于95%; 止水带尺寸、位置均符合 设计及规范要求; 混凝土缺陷修补修补面平整, 经无 损检测, 修补强度达到原混凝土设计强度; 混凝土涂 装油漆刷纹基本通顺, 色泽一致, 基本无脱皮、漏 涂、流挂、针孔、邹皮分色裹棱等现象, 油漆干膜厚 度达到要求, 施工期间对油漆刷涂附着力进行了简便 检测: 油漆膜干后用无水酒精擦拭食指, 用力在油漆 表面来回擦5 cm～7 cm, 要求起皮现象小于1 cm, 现场检查情况未发现起皮现象。 静动载试验下, 箱梁混凝土表面粘贴的钢板与原 混凝土结构共同受力变形, 箱梁混凝土表面已封闭的 裂缝呈非活动性, 说明在对箱梁进行裂缝灌浆处理、 粘贴钢板加固补强、粘贴碳纤维布后, 原结构的工作性能得到了恢复。箱梁加固处理后, 桥跨结构承载能 力达到了设计及现行规范要求。

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