某新建公路大桥梁板裂缝原因分析及加固处理

詹思梦,姚 勇

(1.德阳生态智谷服务中心，四川德阳 618000;2.西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳 621010)

某新建公路大桥现浇实心板于2016年5月16日浇筑完成。现浇T梁于2016年9月24日浇筑完成。桥面水泥混凝土铺装于2016年11月4日浇筑完成。由于主线沥青路面施工时保通需要，在2017年2月15日至4月25日期间进行了临时通车，所有附近车辆均从大桥上通行，2017年5月初发现梁板下部跨中区域有横向裂缝，但在支座两端区域内未发现裂缝。T梁裂缝分布图见图1。

图1 T梁裂缝分布

1 桥梁病害情况

1.1 现浇实心板

经现场抽样勘测，裂缝均按横桥呈“一”型分布，裂缝间距以30～50 cm分布，每一模中有7～11条裂缝(模板长宽为2.4 m×1.2 m)。抽样检测两条裂缝，最大缝宽0.062 mm，最大缝深45.6 mm。

1.2 现浇简支T梁

经现场抽样勘测，裂缝主要分布在距梁端1.3～18.9 m之间(梁长20 m)，裂缝间距以15～50 cm分布，每片梁大约有50条裂缝，裂缝长度在20～75 cm之间，宽度在0.03～0.20 mm之间，深度在40～130 mm之间。梁板外观局部有蜂窝麻面、涨模、模板变形等缺陷。马蹄形部分底端、侧边均有不同类型的缺陷。

1.3 裂缝调查

现场普查裂缝数量及分布：检查裂缝数量、长度及宽度，对裂缝位置进行标识，并作好记录，观察后期发育情况。

2 裂缝形成原因分析

2.1 设计角度分析

此大桥由于地理位置特殊，要下穿某铁路，设计方案前后几经变更。2013年6月第一版设计采用了2×10 m现浇简支板+8×16 m现浇连续板桥梁，连续跨越长滩河，下穿铁路，桥梁全长159 m。桥梁设计标准总宽12.5 m，交叉口附近段桥梁最大宽度16.5 m，建筑限界高度5.0 m，设计荷载：公路-I级。在建设过程中，铁路管理部门提出了三条明确意见：①下穿铁路桥墩处跨径不得小于20 m；②渐变段不得在下穿铁路桥跨处；③靠近铁路桥墩的桩基不得采用冲孔桩。结合铁路部门的要求及项目具体情况将设计方案调整为中心桩号为ZDK0+96.10，桥梁全长159 m，平面为直线，与铁路呈85.2°交角，下穿点位于铁路桥第5孔中心位置，上部采用2×13 m现浇连续板+6×20 m现浇T梁桥。桥梁设计标准总宽12.5 m，交叉口附近段桥梁最大宽度16.5 m，建筑限界高度5.0 m，设计荷载：公路-I级。该桥总体布孔主要考虑到桥梁起点位于连接线与主线的平交区，且受铁路桥净空限制，故1#、2#孔采用2-13 m小跨径现浇连续板形成异形板，避免相对大跨异形板复杂的受力状态，减少设计和施工布筋的复杂性，其余部分孔跨布设以最大程度减轻对铁路的影响，并结合河床断面及工程地质条件，考虑预制吊装构件受铁路净空限制，采用6×20 m现浇普通钢筋混凝土T梁，T梁梁肋采用直腹板式。2014年4月完成的施工图设计文件按JTGB01-2003《公路工程技术标准》和JTGD60-2004《公路桥涵设计规范》执行汽车荷载设计值：均布荷载qk=10.5 kN/m、Pk=237.6 kN。在该桥建设过程中，国家交通运输部先后发布了新的JTGB01-2014《公路工程技术标准》，对汽车集中荷载取值作了提高调整，调整后本桥20 m跨T梁的汽车荷载设计值为：qk=10.5 kN/m、Pk=298.8 kN[1]。为及时贯彻执行新标准、新规范的汽车荷载值，保证桥梁结构的承载能力、耐久性符合新规范要求。结合现场实际，最大程度地减少返工和材料浪费，将T梁原设计的直腹板式改为马蹄形。

从设计角度上出发，由于当地经济发展制约的原因，设计方案本身不能太过于保守，实际运营条件下是允许桥梁带裂缝工作的，而且桥面铺装层本身也要与梁板一起参与共同受力，原则上在沥青铺装层未施工的情况下应该禁止通车，况且在伸缩缝处10 cm的高差形成的反复冲击荷载使构件承受了较大的弯矩，可能是导致裂缝形成的主要原因。

2.2 施工角度分析

施工中严格按照设计图纸和规范施工，梁板浇筑前也进行了预压试验，预压试验值合格，排除了地基基础沉降导致裂缝形成的可能性。

由于临时通车时，桥梁沥青混凝土铺装尚未施作，仅进行了水泥混凝土的铺装，水泥混凝土的铺装层平整度与沥青混凝土路面相比相差甚远，特别是在伸缩处还有10 cm的高差，虽然在伸缩缝两侧进行了临时堆砂处理，但车辆通行时，车辆不可避免产生跳动颠簸，特别是重载车辆，反复对桥面产生了很大的冲击荷载，冲击系数值很大，致使构件承受了较大的弯矩，从而导致构件中部区域的下部产生了裂缝。

3 裂缝处治方法

3.1 裂缝治理基本原则

裂缝宽度在0.15 mm以下采用环氧胶泥封闭；裂缝宽度在0.15 mm以上采用压注专用裂缝灌注胶液的方法[2]进行压胶处理。

3.1.1 裂缝治理工序

(1)用角磨机打磨清除裂缝表面杂物、浮浆和装饰涂料等，并用丙酮将裂缝两侧20～30 cm边缘处擦洗干净，再用气泵或小型空压机吹洗干净、干燥。

(2)为了使混凝土裂缝完全充满浆液，并保证压力，同时保证浆液不外渗，用化学胶液掺入滑石粉拌和成的胶泥将灌浆嘴间隔30～50 cm粘贴在纵向裂缝处。

(3)化学胶液封闭带硬化后，进行气压试验，气压控制在0.2～0.4 MPa。

(4)将灌注胶液均匀调配，每次混胶量不能超过800 g。

(5)混合胶装入压力灌注器内芯中，加压灌胶，直到紧邻灌注器上部的灌胶嘴溢胶为止，取下灌注器，用快封胶封闭灌胶嘴，再从底部溢胶的灌浆嘴加压灌胶，直到裂缝最上部灌胶嘴溢胶，待胶液固化后去除灌胶嘴，用砂轮机打磨裂缝表面。

(6)采用超声波或钻孔取样检查裂缝饱满情况。

3.1.2 裂缝治理注意要点

(1)进行灌浆前应对裂缝进行处理，将裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物清理干净，并用有机溶剂将裂缝两侧20～30 cm边缘处擦洗干净，保持干燥。

(2)对于大于0.3 mm的裂缝，应沿裂缝凿成“V”型槽[3]，槽宽与槽深应根据裂缝深度确定，完成后应利用压缩空气清理干净。

(3)对于裂缝深度较深时，应沿裂缝长度范围内进行钻孔，钻孔的间距应为2～3 m，钻孔后应清除孔内碎屑粉尘。

(4)灌浆时应待下一个排气嘴出浆时立即关闭转心阀，灌浆压力应保持稳定，宜为0.2 MPa。

(5)当吸浆率小于0.1 L/min时，应再继续压注几分钟方可停止灌注。

(6)待裂缝内灌浆液达到初凝不外流时，方可拆除灌浆嘴，并采用掺入水泥的灌浆液把灌浆嘴处抹平封口。

(7)裂缝封闭后应进行压气试漏，检查密闭效果。

(8)裂缝深度越深、裂缝越细，其压注压力越小，并延长保压时间。

3.2 现浇实心板

在板梁底沿纵向粘贴一层碳纤维布[4]进行处理，粘贴碳纤维布之前应对原桥的裂缝进行处理，裂缝宽度小于0.15 mm的采用环氧胶泥封闭；裂缝宽度不小于0.15 mm的采用毕可法压注改性环氧胶液进行处理。现浇实心板裂缝处治构造图见图2。

粘贴碳纤维布前应对混凝土表面进行打磨、清理，处理后的表面须满足施工工艺要求。纵向碳纤维布采用50 cm宽的碳纤维布条带进行处理，条带之间间隔30 cm，并在板梁两端分别设置两道碳纤维布压条，压条宽度为50 cm，压条间隔为100 cm。

3.3 现浇简支T梁

T梁马蹄及腹板有多条竖向裂缝，为进一步提高T梁耐久性和安全性，在T梁底部马蹄部位的底面和侧面分别粘贴8 mm厚钢板[5]进行处治，对原桥裂缝宽度小于0.15 mm的采用环氧胶泥封闭；裂缝宽度不小于0.15 mm的采用毕可法压注改性环氧胶液进行处理。T梁裂缝处治布置见图3。

(a)梁底平面

(b)I-I和II-II剖面图2 现浇实心板裂缝处治构造

T梁裂缝处治过程中应注意要求如下：

(1)为保证结构安全，在T梁端部粘贴U形箍钢板以提高原结构的抗剪承载能力。

(2)粘贴钢板前应对混凝土表面进行打磨、清理。

(3)为提高T梁耐久性，在T梁底部马蹄部位底面纵向粘贴两道钢板，侧面各粘贴一道钢板，底面钢板宽度为20 cm，厚度为8 mm，侧面钢板宽度为15 cm，厚度为8 mm，钢板材料采用Q345钢材。

(4)由于底面钢板粘结延伸长度不能满足要求，因此在T梁两端第一跨横隔板范围内设置U形箍以保证抗弯钢板的锚固，并兼做抗剪钢板使用，U形箍钢板宽度为25 cm，厚度为5 mm，钢板材料采用Q345钢材。

(5)U形箍上端采用纵向压条进行锚固，压条宽度为15 cm，厚度为5 mm，钢板材料采用Q345钢材，在没有U形箍的位置，加设钢垫板，钢垫板厚度为5 mm，采用Q345钢材。

(6)钢板锚栓采用M10化学锚栓，植入深度9 cm。

(7)钢板粘贴须采用压力注胶的方式进行粘贴。

(8)砖孔前须先对T梁梁底钢筋进行探测，钻孔时须采取措施避免对梁体钢筋造成损伤，施工中若钻孔位置与钢筋位置冲突，可适当调整孔位，钻孔完成后对锚栓孔进行清理。

4 碳纤维布施工方法

4.1 混凝土表面处理

检查裂缝，对宽度0.15 mm以下的裂缝进行封闭处理，对宽度0.15 mm以上的用改性环氧树脂灌注或填补。

混凝土表面劣化层要用钢丝角磨机去除、磨平，用小型空压机吹净，清理干净，露出结构密实部位的表面。

构件表面凸出部分、构件交接部分，模板断槎等用角磨机打磨平整，确保粘贴面干净，无油污，并使表面充分干燥。

(a)平面图I-I剖面

(b)平面图II-II剖面

(c)纵剖面图I-I剖面

(d)纵剖面图II-II剖面图3 T梁裂缝处治布置

4.2 位置放线

在进行混凝土表面处理和粘贴碳纤维布之前，应按处理方案要求进行碳纤维布的放线定位测量。

4.3 涂底胶

用滚筒刷或毛刷均匀地将底层胶涂布于需处理的构件表面，涂布面边界不应小于所粘贴的碳纤维布的大小。

4.4 表面凹洞找平

底层胶干燥后，粘贴面如有缺损、坑洼、凹陷、模板接头处出现高差等情况，应将构件表面凹陷部位用找平胶填平。

4.5 涂浸泽胶

浸泽胶按比例搅拌混合均匀，用滚刷或毛刷涂在选定的砼表面上，涂布面积不小于碳纤维布的面积，涂布须均匀，不垂流，树脂硬化时效须提前掌握。找平后表面平整度必须符合质量标准要求[6]。

4.6 粘贴碳纤维布

碳纤维布应按处理方案要求的尺寸裁剪，并按设计方向、位置、顺序贴上。贴布前，布与树脂之间不要有空气，可用刮板沿纤维方向在碳纤维布上刮压数次，使树脂浸泽碳纤维。

贴布后，即可在碳纤维布上均匀涂抹浸泽胶，使胶充分含浸碳纤维。应涂刷均匀，周边整齐，须确认碳纤维布上纤维无褶皱、无歪斜，滚压时不得损伤碳纤维布[7]。

4.7 养护

碳纤维施工完成后应进行养护，保证养护时间的温度不低于树脂的允许使用温度，养护时间至胶液完全固化为止。

4.8 涂表面防护胶

碳纤维布形成复合材料且树脂固化后，在复合层表面采用毛刷和刮板均匀涂刷表面防护胶，形成防护层。

5 T梁粘贴钢板施工方法

5.1 定位放线

在进行混凝土表面处理和粘贴钢板前，应按处理方案的要求进行钢板位置放线定位测量。

5.2 粘贴钢板区域混凝土表面处理

对粘贴面进行打磨，去掉1～2 mm厚表层，用空压机吹净或用清水冲洗干净，待完全干燥后用丙酮清洗表面即可。

对于新混凝土粘合面，先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，再用硬毛刷沾洗涤剂洗刷表面，或用清水冲洗，待完全干燥后即可。

5.3 钻孔植栓

在粘贴区域按照图纸要求结合实际情况进行钻孔埋植一根化学锚栓。在钻孔前，必须用钢筋定位仪查明加固构件的钢筋分布情况，避免钻孔时碰到钢筋。对形成的孔用小型空压机吹净，向孔内注入环氧树脂胶泥或专用植筋胶，将锚栓缓慢转动插入，环氧树脂胶泥或植筋胶必须饱满。

5.4 钢板配套锚栓钻孔和灌浆嘴钻孔

依据图纸及实际情况放样下料，根据结构表面钻孔位置，对钢板进行配套锚栓钻孔。灌浆嘴钻孔参照如下要求：

(1)钢板宽度小于15 cm，长小于3 m，在钢板两头对角线处各钻一孔，一个作为灌胶口。

(2)钢板宽度大于15-40 cm，长小于3 m，在钢板四角各钻一孔，一侧作为灌胶口，其余为出气孔。

(3)钢板长度为3～6 m，还应在钢板中间钻一个出气孔，一个作为灌胶孔。

5.5 钢板粘贴表面处理

对钢板粘贴表面采用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至光亮。然后再进行粗糙处理，打磨纹路尽量与钢板受力方向垂直，之后用酒精或丙酮棉纱清洗钢材表面除油。

5.6 钢板粘贴、固定与加压

打磨好的钢板按照钻孔锚栓的位置粘贴至梁体表面。钢板粘贴好后，立即用植筋螺栓固定，加垫片，紧固螺母，交替拧紧各加压螺杆。钢板与混凝土之间的缝隙尽量压实，以不大于2 mm为宜。

5.7 配置粘贴钢板密封胶液

根据粘贴钢板专用粘钢胶的配比，严格计量，将甲乙组分倒入搅拌器中，采用机械方法按同一方向搅拌均匀，粘钢胶配比根据当地条件及有效时间长短作适当调整。每次配胶量不宜超过500 g，在0.5 h内用完为宜。

5.8 钢板密封

用配好的密封胶密封钢板边缘及锚固螺栓，在灌胶孔和出气孔上安装灌胶嘴并用密封胶粘结，密封2 h后下步施工。

5.9 压气试验

化学胶液封闭的钢板边、锚栓、灌浆口及出气口硬化后，进行压气试验，气压控制在0.2～0.4 MPa，对漏气部位再次进行封闭。

5.10 检验

用小锤敲击法或其它可靠方法检查灌注密实度(大于90 %)，若低于90 %，则要重新灌注。

5.11 防腐处理

经检验确认钢板粘贴效果可靠后，清除钢板外表面污垢和锈斑，擦除灰尘，进行钢板表面金属喷铝，然后在钢板表面刷一层底胶，再用人工或机械在钢板表面点粘砂粒，增加钢板表面粗糙度，然后在钢板外表面涂抹长效型漆[8](长效型底漆、长效型中间漆、长效型面漆)，漆的颜色需调配成与混凝土的颜色相近。

6 结束语

(1)沥青混凝土铺装层未施工的情况下提前开放交通，过往车辆在伸缩缝处高差处引起的冲击荷载对桥梁施工质量会产生较大影响，通过分析桥梁梁板裂缝形成的原因，合理设计桥梁加固处理施工方案。

(2)针对现浇实心板结构，采用在板梁底沿纵向粘贴一层碳纤维布的施工工艺进行处理，粘贴前应对原桥的裂缝进行处理，裂缝宽度小于0.15 mm的采用环氧胶泥封闭；裂缝宽度不小于0.15 mm的采用毕可法压注改性环氧胶液进行处理。

(3)针对现浇简支T梁结构，为进一步提高T梁耐久性和安全性，采用在T梁底部马蹄部位的底面和侧面分别粘贴8 mm厚钢板的施工工艺进行处治，对原桥裂缝宽度小于0.15 mm的采用环氧胶泥封闭；裂缝宽度不小于0.15 mm的采用毕可法压注改性环氧胶液进行处理。