公路桥梁空心板梁铰缝空脱处治方法

2016-03-30廖秀敏

科技视界 2016年2期

廖秀敏

【摘要】铰缝空脱破坏造成桥梁单板受力已成为桥梁的一种通病。铰缝空脱破坏修复的难点在于加固过程中的安全，不能中断交通或尽量减少中断交通，为解决此难题，本文提出了采用灌浆加固铰缝的方法，在梁板底部灌浆，施工便利、快捷、安全，有其他传统加固方法不能比拟的优点。

【关键词】公路桥梁；铰缝空脱破坏；处治方法

1 现状

对于简支装配式梁桥，板梁之间横向联结依靠铰缝来实现，一旦铰缝受到破坏，桥梁受力的横向分布、整体受力性能都将会受到严重的影响，甚至形成单板受力状态，致使梁板挠度过大、板底开裂及桥面铺装破坏，加之雨水下渗进而造成板梁内钢筋锈胀、混凝土侵蚀等危害，造成极大的安全隐患。铰缝空脱破坏严重的桥梁，两侧板梁上下错动明显，板梁底部出现横向弯曲裂缝。铰缝空脱破坏造成桥梁单板受力已成为桥梁的一种通病。铰缝空脱破坏修复的难点在于加固过程中的安全，不能中断交通或尽量减少中断交通。

在车辆荷载的反复作用下，板梁铰缝的受力是非常不利的，板梁在偏载作用下同时发生弯曲、扭转，铰缝反复受到拉、压作用。根据观察发现，铰缝空脱破坏主要发生在跨度16.0m以下的简支梁桥中，而16.0m以上跨度的桥梁中发生的几率比较低，并且跨度越小的桥梁铰缝空脱破坏越严重。分析其原因：一是，跨度小的桥梁活载所占比例较大，车辆超载对桥梁形成的施加荷载相对设计荷载的比例较大；二是，跨度小的桥梁活载冲击系数μ（与跨径成反相关的函数）较大，另外，中小跨径的频率与车跳频率较接近，容易引起共振。因此，铰缝空脱破坏普遍发生于中小跨度的简支梁桥中，目前针对板梁桥铰缝空脱破坏的加固方法主要有以下四种：

①重新铺装钢筋网

凿除、清理原有桥面铺装以及遭到破坏的铰缝混凝土，重新铺设桥面铺装钢筋网，浇筑桥面铺装及铰缝混凝土，恢复铰缝的剪力传递。

②钢板联结加固

按照一定的间距，在两侧板顶锚固钢板来实现剪力的传递。

③设置剪力钢筋

穿过铰缝，设置一定间距的剪力钢筋，上下端分别锚固于板顶、板底来实现剪力的传递。

④横向预应力

对空心板间企口缝下缘施加横向预压应力，抑制、减小企口缝下缘混凝土横向拉应力，增大两侧板梁间的摩擦力，实现铰缝剪力的传递。

前三种方法都需要凿除、清理原有桥面铺装以及遭到破坏的铰缝混凝土，第一种方法为常规做法，在不完全中断交通的情况下，混凝土受到挠动难以达到设计强度，加固效果较差；第二、三种方法涉及联结钢板和剪力钢筋的锚固，工艺较为复杂，施工不便；第四种方法比较可靠，但预应力筋及夹具等材料消耗较多，安装、张拉预应力筋的工艺复杂，施工不便。

以上加固方法限制了铰缝空脱破坏加固的实施及推广。为探寻更加安全、快捷、便于施工的方法，本文提出了灌浆加固铰缝的方法。

2 灌浆铰缝加固

就是将铰缝封闭成一个密闭空腔，按照一定间距预留进出口，运用高压灌浆设备，将一定的灌浆料（聚合物灌浆料、环氧树脂等），灌入铰缝空腔，使其迅速扩散、胶凝并固化，恢复两侧混凝土之间的粘结，进而有效恢复桥梁结构的整体性。灌浆加固铰缝施工，可以在不破坏原结构、不中断交通的情况下进行，操作简便，施工速度快。

2.1 主要材料

化学灌浆加固铰缝用的材料主要有AC-R7灌浆胶泥、P.O42.5水泥、AC-K5以及饮用水。AC-R压浆胶泥是一种以水泥为主胶结材，经聚合物改性、配以复合添加剂的水泥基压浆材料。适用于各种结构缝隙、洞穴压浆。该材料有以下特点：

①良好的粘结力，有利于与基层的有效附着。

②高流态、高渗透性，有利于压浆灌注的密实性。

③灌注胶泥在塑性状态发生高膨胀，保证缝隙填充密实。

④胶泥硬化后形成坚固的水泥石，不收缩、耐老化、耐水、耐中温（300℃）。

材料比例为水：AC-K5：中粗砂=1.2：1：1，注浆用材料比为水：水泥：AC-R胶泥=0.5：1：0.1。

化学灌浆料具有以下性能及优点：①粘度低，渗透性好，便于灌注；②固化收缩小，抗拉强度高；③与老混凝土的粘结性能好；④可以结合现场施工情况，适当调整其凝胶及固化时间。

2.2 铰缝加固施工流程及工艺

灌浆铰缝加固施工即通过高压灌浆设备将化学灌浆料压入铰缝密闭空腔，其流程主要包括铰缝处理、设置灌浆嘴、封缝、灌浆、成品养护等工艺。

第一步：压浆前准备

①除去旧结构表面上的浮灰、水泥浮浆、油垢、泛碱、松动混凝土、以及盐渍与污物等。剔除铰缝内松散杂物，彻底去除铰缝两侧松动混凝土，铰缝底面两侧打磨平整，并用吹风机、毛刷进行二次清理。

②对基面进行浇水保湿。

③铰缝封闭与端头堵头设置。使用封闭剂或者裂缝封闭胶对铰缝进行封闭，封闭期间，如有必要，可以考虑上部交通半幅通行。如果铰缝间隙较大，则采用加工铁条封闭的措施封闭。对于每条铰缝两端，则根据其铰缝间隙大小，设置堵头。堵头高度要求达到梁高度的70%左右，以保证高压灌浆的端头填充高度。

④埋设灌浆嘴（内直径8mm以上），间距50～100cm，根据铰缝的宽度大小，选择是埋置灌浆嘴或注胶针头。灌浆嘴针对于较宽的铰缝缝隙，而针头适用于较窄的铰缝。根据预埋注浆设施的大小，选择合适的钻孔尺寸，埋置好后，再次对埋置的预埋件进行封闭处理。灌浆嘴底部设置阀门，可自由开启，以控制进出口。

第二步：材料搅拌、压浆

①搅拌时请按厂方提供的加水量范围加水拌合（采用手持式搅拌器），当物料搅拌均匀后须放置3分钟以上，再略加搅拌即可使用。

②压浆。待封缝材料具有一定强度后，进行灌浆，灌浆采用高压灌注法，空压机配合压力容器（压浆罐），其顶部连接空压机，底部连接灌浆嘴。聚合物砂浆或环氧树脂配料严格按预定配比制作，灌浆顺序自中部向两端对称进行，灌浆压力控制在0.8MPa，直到不再进浆或临近的灌浆嘴溢出浆液后，即可停止，然后再依次移至其他灌浆嘴继续灌浆。为确保灌浆密实，采取保压措施，即在该灌浆孔前后相邻孔都冒浆的情况下，保压2～3min。灌浆完成后，将灌浆嘴拔出，遗留孔洞用水泥砂浆封堵，每次灌浆后及时清洗压浆罐、输浆管及其他容器。灌注后3个小时内，上部应当临时封闭交通。

③使用AC-R聚合物砂浆修复梁底。修复剥落掉块处，以及局部增厚保护层。使用电动高压无气喷涂机对桥底整体喷涂防水防盐保护剂。同时在铰缝以及空心板适当位置留置泄水管。割掉多余的注胶针管或者胶管，修饰好铰缝的线性。

第三步：养护

化学灌浆料灌缝结束后，在一定时间内不得扰动铰缝，其静养时间根据不同材料及现场气温做适宜选择。

铰缝加固桥梁的结果表明，聚合物灌浆料对铰缝的加固能够显著加强各板梁之间的横向联接、改善桥梁的整体受力性能，减小了直接承载板梁的校验系数及其分担所受荷载的份额，削减了板梁挠度峰值，使得荷载的横向分布情况变得更加均匀合理。

2.3 注意事项

①材料的存放：材料应放置于阴凉干燥处，防止受潮；

②严格按照材料要求的水灰比拌合施工，拌合使用机械搅拌；

③对于桥梁铰缝，在灌注施工前确认桥梁是否有单板受力病害；

④对铰缝施工中，应对铰缝两侧采取适当的堵塞措施，防止材料外溢；

⑤压力注浆时，应对未灌注的孔洞堵孔，灌注完毕后及时封堵；

⑥需待胶泥强度达到设计强度70%以后（一般12～24小时）方可进行后续拆管工序。

化学灌浆加固板梁铰缝技术是一种工艺简单、施工速度快、交通影响小的一项新的铰缝加固技术，该项技术可以在同类桥梁加固、维护中推广应用。