甬台温高速公路萧江互通A匝道桥梁病害维修加固浅析

温作铄　温振亚

【摘 要】本文主要阐述利用赛柏斯浓缩剂（XYPEX浓缩剂）、碳纤维及复合纤维布等配套树脂材料加固维修钢筋混凝土结构的新材料、新技术。并在萧江互通A匝道桥病害维修工程中应用，取得较好效果，对今后桥梁结构物加固维修有很好的借鉴意义。

【关键词】桥梁加固；碳纤维；复合纤维布

1. 桥梁病害现状分析

1.1 桥梁概要及病害现状。

甬台温高速公路萧江互通A匝道桥系连接主线和萧江收费所的上跨桥梁，桥跨组合为（12×20+7×13）m，交角为90°，桥梁全长334.89m。上部构造为

图1 18-1#板梁底裂缝（析钙）

图2 16-1#板翼缘板裂缝（析钙）

预应力混凝土空心板，下部构造为三柱式桥台、桩基础；桥墩为三柱式墩、桩基础。桥梁设计荷载为汽车超-20级，挂车-120。

由于桥梁第16跨至第19跨位于匝道小半径曲线内，在运营过程中经常发生超限超载货车翻车及重载物滑落等直接砸到桥面和撞击防撞护栏的交通事故。对桥梁16跨～19跨空心板及外侧防撞护栏造成较大的冲击破坏。

1.1.1 空心板梁底纵向裂缝（图1）。第16跨的16-1号、16-2号梁板，第18跨的18-1号、18-2号梁板，第19跨的19-1号梁板底均有明显的纵向裂缝（板梁编号为由外向内，即垂直于车辆行驶方向从右向左依次编号）。

图3 盖梁挡块破碎

表2 碳纤维片材性能

测试指标单位

材料名称

碳纤维布

抗拉强度标准值 MPa ≥3500

弹性模量 Gpa ≥210

厚度 mm 0.167

重量 g/m2 300

宽度 mm 200～500

1.1.2 空心板翼缘板纵向裂缝（图2）。第16跨的16-1号边梁板翼缘板交叉处有纵向裂缝。

1.1.3 桥墩盖梁挡块竖向裂缝（图3）。第16跨萧江出口一侧的桥墩盖梁档块碎裂，盖梁有竖向裂缝。

表1 裂缝注射剂物理力学性能表

材料名称 裂缝注射剂 混凝土密封剂

检验项目 技术数据 参考标准 技术数据 参考标准

可用时间 （ 25℃） >30分钟 GB/T71936-87 >30分钟 GB/T71936-87

黏度（25℃） 400～500cps GB/T2794-1995

抗压强度 （ 7天后） 60 MPa GB/T2569-1995 60 MPa GB/T2569-1995

抗拉强度 （ 7天后） 20 MPa GB/T2568-1995 12 MPa GB50212-2002

粘结强度（ 7天后） 2.5MPa（金属/砂浆） GB/T9779-88 2.5MPa（金属/砂浆） GB/T9779-88

剪切强度（ 7天后） 12 MPa（金属/金属） GB/T7124-86 12 MPa（金属/金属） GB/T7124-86

表3 碳纤维加固专用胶性能

性能 编号 试验项目 试验条件 底胶找平胶浸渍粘贴胶

技术要求检验结果 技术要求 检验结果 技术要求 检验结果

物理性能1 外观 自然光 无杂质 均质无杂质 无杂质 均质无杂质 无杂质 均质无杂质

2 25℃粘度 MPa.s A组份 - 500 - - - 800

B组份 - 900 - - - 1100

3 适用期 min 25℃ - 50 - 60 - 60

力学性能 4 内聚抗压强度 MPa 25℃7天 - 72.00 - 88.00 ≥70.0 85.00

5 内聚抗拉强度 MPa 25℃7天 - 65.00 - 32.50 ≥30.0 56.00

6 内聚抗弯强度 MPa 25℃7天 - - - - ≥40.0 68.50

7 内聚抗拉弹性模量 GPa 25℃7天 - 2.80 - 4.30 ≥1.50 3.00

8 伸长率 % 25℃7天 - 3.10 - 1.80 ≥1.50 2.00

9 钢-钢粘接抗剪强度 MPa 25℃7天 - 17.00 - 17.50 ≥10.0 20.50

10 钢-混凝土粘接抗剪强度 MPa 25℃7天 C40砼破坏 C40砼破坏 C40砼破坏 C40砼破坏 C40砼破坏 C40砼破坏

11 钢-混凝土正拉粘接强度 MPa 25℃7天 ≥2.5MPa 或 C40砼破坏 ≥3.3MPa 且 C40砼破坏 ≥2.5MPa 或 C40砼破坏 ≥3.3MPa 且 C40砼破坏 ≥2.5MPa 或 C40砼破坏 ≥3.3 MPa 且 C40砼破坏

耐久性能

12 人工气候老化正拉粘接强度 MPa 2000h ≥2.5MPa 或 C40砼破坏 ≥3.0MPa 且 C40砼破坏 ≥2.5MPa 或 C40砼破坏 ≥3.0MPa 且 C40砼破坏 ≥2.5MPa 或 C40砼破坏 ≥3.0MPa 且 C40砼破坏

图4 防撞护栏断裂裂缝

1.1.4 防撞护栏断裂裂缝（图4）。外侧约50米长的防撞护栏多处出现断裂裂缝和破损缺角。

1.2 病害维修依据。

2008年12月经交通部公路检测中心对该桥进行荷载对比试验，其结论为：“裂缝对开裂板块的受力影响较小；裂缝的存在对各板的横向受力影响较小”；表明该桥16～19跨出现的不同程度缺损，对桥梁的正常使用影响不大，但须对该桥结构的耐久性作适当的维护；因此维修加固的原则是在维持现有结构的基础上进行恢复、加固。endprint

2. 维修加固材料特性

本桥梁病害维修加固工程主要使用裂缝补强材料、裂缝封闭材料、碳纤维加固材料、“NC聚合物水砼快速修补材料”、 复合纤维布材料，其技术性能及物理力学指标如下：

2.1 裂缝补强材料（干缝处理）（见表1）。

选用裂缝注射剂及混凝土密封剂作为低压持续注射工法裂缝补强的主要材料。

2.2 裂缝封闭材料（湿缝处理）。

湿缝处理采用赛柏斯水泥基渗透结晶型防水材料进行嵌封，现有板梁底有析钙现象的裂缝，裂缝内部两侧无法满足裂缝补强所需的“干”与“净”的要求，故拟采用赛柏斯材料嵌封细槽，以赛柏斯材料特有的活性化学物质催化水泥混凝土内的微粒和未完全水化的成份再次发生水化作用，形成不溶性结晶，封闭裂缝。

2.3 碳纤维加固材料。

板底采用碳纤维加固，其材料由碳纤维片材及其配套专用胶组成。碳纤维片材是采用进口碳纤维原丝为关键原材料，具有力学性能优异、便于施工操作的特性；配套专用胶由碳纤维粘贴底胶、粘贴找平胶、浸渍粘贴胶三个胶种组成。（见表2、表3）

2.4 NC聚合物水泥砼快速修补材料（见表4）。

盖梁修复及其它砼结构缺损采用NC聚合物水泥砼快速修补材料予以修补，该材料系以硅酸盐水泥为主，适量掺入多种有机和无机材料，经复合、聚合而成的微膨胀粉粒状粘结材料。材料遇水后会产生一系列水化、水解的化学反应，聚合成具有渗透性强、粘结强度高的新型胶凝体，并迅速吸附在老砼的粘结界面上，从而使新老砼形成一个牢固整体。其特点是粘结强度高、耐磨和抗冲击等耐久性佳。

表4 NC聚合物水泥砼性能

力学性能 项目 1天 3天 28天 90天 备注

抗压强度 （MPa） >15.0 >30.0 >40.0 >60.0

抗折强度 （MPa） >2.5 >4.0 >10.0 >12.0

粘结强度（MPa） >1.5 >2.5 >7.5 >9.5

冻融损失 % <1

耐磨性 好

耐油（酸）性 好

耐水（渗透）性 S S>12

张（缩）性 无收缩、微膨胀

毒性 无

可燃性 不燃

技术性能凝结时间（min） 坍落度（mm）

初凝 终凝 15（s）

30～45 60～90 >200

2.5 美国泰扶复合纤维加固材料。

防撞护栏开裂修复采用美国泰扶复合纤维加固，材料TYFOSEH-51（芳玻韧布）是由TYFOS专用树脂

和TYFOSEH-51增强纤维混合而成的。TYFOSEH-51是一种特制的编制物，由单向特种玻璃（E-Glass）

和芳纶（Kevlar）纤维组成，这种玻璃材料和芳纶纤维垂直编制着。TYFO专用树脂是由两组基本树脂

材料（TYFOA和TYFOB）结合在一起而成（见表5）。

表5 芳玻韧布材料性能指标表

固化后形成的符合材料 配套专用树脂

名义厚度 拉伸强度 弹性模量 拉伸强度 弹性模量 延伸率

1.3mm 80MPa 26.2GPa 80MPa 32GPa 3.8%

3. 维修加固施工工艺

本项目加固措施主要是对现有缺陷进行加固恢复为主，其次是采取增设防撞复合纤维带及警示标志等措施防止结构再次受到冲击，其基本施工程序为：

施工准备→脚手架搭设→梁底及边梁翼缘板裂缝封闭（干缝、湿缝）→板底碳纤维布粘贴加固→盖梁档块修复→防撞护栏裂缝补强→粘贴防撞护栏复合纤维布→增设防范警示标志→交工。具体技术措施如下：

3.1 裂缝补强（干缝处理）。

本工艺适用于板梁底及防撞墙不潮湿、无渗水、析钙的干燥裂缝，其工艺流程（见表6）：

3.2 裂缝封闭（湿缝处理）。

对于潮湿的裂缝采用赛柏斯浓缩剂（XYPEX浓缩剂）材料进行封闭处理，其具体施工步骤如下：

3.2.1 钻孔排水-在每片待修梁空心部位选择低位钻取10穿孔，排出内部积水，并注意观察积水为养护水还是从路面上部渗透下来的水。

3.2.2 凿开裂缝附近松散的砼，直至坚固的砼梁基体。

表6

（1）使用钢丝刷或砂轮机等，将预定涂密封剂的部份磨平，露出坚实的表面；并将表面处理干净。

（2）测量裂缝宽度、长度，估计注射位置及材料用量。标示底座安装位置，底座间距一般为25～30cm。若裂缝较宽，底座间距可适当拉长。

（3）使用密封剂把注入用底座安装好，使其固定底座的中心要和裂缝中心吻合。

（4）用密封剂把裂缝的表面确实固定，使注入的树脂不致流失，标准是沿裂缝线作宽度30mm，厚度约1～2mm的封带。待密封剂硬化后，进行下一工序。

（5）按比例配制裂缝注射剂，并将其装入专用注射筒。将注射筒固定在底座上，采用加劲橡圈加压的方式将注射筒内的裂缝注射剂注入裂缝。在本工程中，由低向高逐一安装注射筒。在注射筒内裂缝注射剂快用完时需尽快更换注射筒，以尽量减少空气的渗入以避免形成假饱和现象。另外，在注射的后阶段应增加加劲橡圈的数量以保证持续压力。

（6）注入的树脂硬化后，撤去注射筒。

（7）卸下底座，用砂轮机磨去密封剂使表面平坦，恢复原貌。

3.2.3 对于缝宽小于0.4mm的裂缝，用清洁水充分湿润须维修的表面及裂缝内部，让水浸透砼；然后用赛柏斯（XYPEX）：水以5份：2份（体积比）调和成浓缩灰浆涂刷；对于缝宽达0.4mm及以上的裂缝，需挖空成 5mm宽15mm深的U型槽，并用高压水枪清洗细槽中及周边的白色析钙与混凝土粉尘。endprint

3.2.4 当灰浆涂层干燥约十分钟，但仍然有粘着性的时侯，用赛柏斯（XYPEX）：水以6份：1份（体积比）混合的半干料填满槽与表面平齐。

3.2.5 稍微用水洒湿填缝的表面，然后在所修复的区城上再涂上一道XYPEX浓缩剂灰浆。

3.2.6 在三天内，定期用雾状水进行养护。

3.2.7 赛柏斯（XYPEX）材料的施工注意事项如下：

3.2.7.1 XYPEX不能在雨中或环境温度低于4℃时使用。

3.2.7.2 XYPEX要用水浸透，但不能有明水。

3.2.7.3 XYPEX在养护过程中必须用净水，必须在初凝后使用喷雾式，一定要避免涂层被破坏。一般每天需喷水3次，连续2～3天，在热天或干燥天气要多喷几次，防止涂层过早干燥。

3.2.7.4 XYPEX在养护过程中，必须在施工后48小时内防避雨淋、霜冻、日晒、风吹、污水及2℃以下的低温。

3.2.7.5 XYPEX属碱性，要避免直接与皮肤接触、若需用手掺拌干粉或湿料时需戴胶皮手套。

3.3 板底碳纤维布粘贴加固。

完成裂缝补强（封闭）后，对板体碳纤维布加固：

3.3.1 裂缝区加固-为防止裂缝受外力（日常荷载、可能的冲击力、热胀冷缩等）的影响继续扩展，在垂直裂缝方向跨缝粘贴单向300g/m2碳纤维布予以防范，缝两侧锚固长度不少于250mm（即碳纤维布长度不短于500mm），加固长度以裂缝两端终止处再向外200mm（详见图5）。

图5 裂缝区加固碳纤维布粘贴示意图

图6 板体加固碳纤维布粘贴示意图

图7 防撞护栏复合纤维布粘贴示意图

3.3.2 板体加固-纵向裂缝横向加固后，对前述5块板再沿板跨方向纵向满贴一层300g/m2碳纤维布，以提高板体整体强度（详见图6）。

3.3.2.1 板底粘贴界面打磨后进行清洁干燥处理。

3.3.2.2 对板底凹处补平修整后整体刷涂底胶。

3.3.2.3 底胶固化至指干后板底再整体涂刷一层粘贴胶进行板底整体碳纤维布粘贴。

3.3.3 封闭保护-为防止紫外线对环氧树脂胶的破坏，待板底整体碳纤维布粘贴固化至指干后涂刷浸渍胶，常温固化后全面粉饰（不少于5mm），然后刷涂料保护。

3.3.4 注意事项：

3.3.4.1 碳纤维布规格采用厚0.167mm，300

g/m2。

3.3.4.2 碳纤维布粘贴方向由一端依次向另一端，并采用滚筒碾压边粘贴边驱赶、去除气泡，确保碳纤维布与粘贴胶充分结合。

3.3.4.3 板底碳纤维布粘贴时测量好长度一次性粘贴到位，应尽量避免搭接；若发生搭接应将搭接位置错开30cm以上，纵向搭接长度不小于20cm。

3.3.4.4 保留排水孔，以及时排出板中积水（如有）。

3.4 边梁翼缘板裂缝修复。

翼缘板裂缝底面采用湿缝处理方法，桥面防撞护栏与铺装层接缝开裂部位采用裂缝注射补强的干缝处理方式。

3.5 盖梁修复。

16跨处的墩盖梁挡块断裂，用NC聚合物水泥砼快速修补材料修复挡块。挡块修复工艺为：

打凿档块缺损部位（至新鲜、坚固的砼基体）→14筋筋种植（原钢筋间增加） →钢筋制安→模板制安→浇注NC聚合物砼→1天后脱模→薄膜包裹养生3天。

3.6 防撞护栏复合纤维加固。

防撞护栏因经常受到冲击，已发生多处断裂，并给边梁翼缘板产生较大的危害，16-1#边梁翼缘板裂缝就是因防撞墙断裂后，局部单体受冲击所致。为防止这种现象的再次发生，对最易受到车辆冲击的16-19跨的外侧防撞墙在裂缝补强后，再采取在防撞护栏上粘贴复合纤维布对其进行防范加固，

以达到整体受力的目的。

在16～19跨桥面防撞护栏内侧上、下部粘贴两条1.3mm厚250mm宽的复合纤维布，其中上部粘贴两层，下部粘贴一层；防撞护栏外侧设置一条1.3mm厚250mm宽U形复合纤维布，间距100cm，与内侧下部复合纤维布位置对应，以增加防撞护栏的整体强度；复合纤维布在伸缩缝位置断开，另设盖缝板并作好防腐保护（详见图7）。

4. 结语

随着交通运输业日益发达，汽车逐渐向大吨位发展，但个别驾驶员不遵守法律法规，违法超限超载运输和超速行驶而发生事故现象时有发生，对桥梁等结构物造成很大的破坏作用。如何利用新技术、新材料来修理加固桥梁结构物是当前高速公路养护管理过程面临的一个重要课题，萧江互通A匝道桥采用赛柏斯浓缩剂（XYPEX浓缩剂）等新材料新技术，在不影响交通的前提下修复和加固遭损坏的桥梁结构，效果较好，节省工程造价，减少通行费流失，都是可以认真总结和推广的。

参考文献

[1] 《公路桥梁加固施工技术规范》JTG/T J23-2008，中华人民共和国交通运输部发布。

[2] 《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》CECS146：2003，中国工程建设标准化协会标准。

[文章编号]1619-2737（2014）11-29-248

[作者简介] 温作铄（1978.11-），男，学历：工学学士学位，职称：工程师，工作单位：浙江温州甬台温高速公路有限公司瓯南管理处养护科，2005年毕业于浙江大学建工学院土木工程系。endprint