桥梁维修加固施工技术及特殊病害处治
来源：桥梁施工技术
一、工程概况
一条已运营约10年的高速公路。随着当地经济的发展，交通运输任务日趋繁重，重载、超载车辆的增加，造成高速公路上部分桥梁的技术状况和服务水平均有所下降，桥梁构件出现了不同程度的病害和缺损。本次对存在病害和缺损的桥梁结构维修加固使结构能够满足原设计荷载标准下的安全使用要求。
全线桥梁总体技术状况等级如下表：
|
分类 |
大桥 |
中桥 |
小桥 |
上跨桥 |
合计 |
|
1类 |
6 |
17 |
44 |
14 |
81 |
|
2类 |
5 |
12 |
6 |
2 |
25 |
|
3类 |
2 |
2 |
|||
|
合计 |
13 |
29 |
50 |
16 |
108 |
从上表可以清晰地看出全线108座桥梁其中有：
1类桥梁81座，该类桥梁为全新状态，无需大的维修加固。
2类桥梁25座，该类桥梁：桥面系桥面铺装破损、伸缩缝堵塞；桥梁上部承重构件多块空心板存在纵向裂缝，裂缝长度和宽度超限；钢绞线外露。下部结构立柱存在破损、露筋、锈蚀等现象。
3类桥梁2座，该类桥梁：桥面系桥面铺装破损严重、伸缩缝堵塞。桥梁上部承重构件多块空心板存在纵向裂缝，裂缝长度和宽度超限；湿接缝砼小板多块开裂。支座脱空现象普遍。
全线需维修加固的桥梁大部分处于2类技术评定，根据定期检查报告、特殊检查报告及现场调查，大部分桥梁病害类型、特点及发生原因等十分近似，属于桥梁常见病害，处理方案具有一定的通用性；对于常见共性病害，提出针对性、标准化的处理方案。病害较为严重的少量桥梁，需要特殊加固，对此类桥梁进行特殊加固处理。全线桥梁共性病害主要有以下几项：
（1） 梁底出现纵向、横向裂缝，局部有渗水泛；
（2） 混凝土表面存在缺损、露筋、锈胀、剥落等病害；
（3） 桥面铺装拥包、破损，微伸缩量切缝破损；
（4） 支座脱空；
（5） 锥坡局部塌陷；
（6） 防落网严重锈蚀、破损。
除此之外还有部分桥梁病害较为严重，需进行特殊维修加固。
二、施工方案
1.对于以上常见的桥梁病害和破损处治方案如下：
1）梁底出现纵向、横向裂缝，局部有渗水泛白
该共性病害比较普遍，分布范围较广，形态宽度各异，不同的裂缝宽度和裂缝形态采用的处理方案不同：
A:当裂缝宽度小于0.2mm时，采用表面封闭法进行处理；
采用表面封闭材料环氧胶泥、聚合物砂浆等对结构表面裂缝进行修补的方法，表面涂抹环氧胶泥时，先将裂缝附近10cm宽度范围内的灰尘、浮渣清理干净并清洗，烘烤干燥、预热，保证环氧胶泥与混凝土粘结良好。也可以利用砼表层微细独立裂缝或网状裂缝的毛细作用吸收低粘度渗透强的修补胶液。以此防止裂缝进一步扩大、钢筋锈蚀等问题的出现。
B:当裂缝宽度在0.2mm~1.5mm之间时，采用静压注射法
以02~0.4mpa的压力, 将低黏度、高强度的裂缝修补胶注入裂缝腔内。
a. 对拟处理的裂缝沿缝凿成深2~4mm、宽4~6mm的“V”形槽；
b. 清理缝口杂物，清除槽内浮尘，并用丙酮擦拭；
c.骑缝用环氧胶泥封缝并埋设、粘贴注射器底座，以30cm间距为宜，每条裂缝必须有一个进浆口和排气孔；
d.用修补胶密封底座周围，并沿缝按5㎝宽进行密封；
e.密封材料固化后进行密封检查，对漏气部位进行补封处理；
f.安装注射器，注入专用裂缝修补胶液，待相邻注射嘴冒浆时，停止注射并用木塞塞紧，然后进行下一个注射嘴注胶，直至最后一个；
g. 注射胶液初凝后，除去木塞，采用环氧胶泥封堵注,注射过程中一定要保证缝隙内部胶泥浆饱满，无空隙。
C.对于宽度大于0.5mm的活动性裂缝采用填充密封法。
首先要在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出槽深和宽分别不小于20mm和15mm的“U”型沟槽，槽两侧砼修理平整并用丙酮擦拭，槽口干燥后，然后用改性环氧树脂充填，并粘贴不小于3倍缝宽的E玻璃纤维布封闭其表面。
若裂缝伴有渗水泛白现象，应对板底进行钻孔排水，以保证梁体空腔内干燥。
砼裂缝修补胶的安全性能指标应符合下表规定
|
检验项目 |
性能指标 |
试验方法标准 |
|
|
钢-钢拉伸抗剪强度标准值（Mpa） |
≥10 |
GB／T 7124 |
|
|
胶体性能 |
抗拉强度（Mpa） |
≥20 |
GB／T 2568 |
|
受拉弹性模量（Mpa） |
≥1500 |
GB／T 2568 |
|
|
抗拉强度（Mpa） |
≥50 |
GB／T 2569 |
|
|
抗弯强度（Mpa） |
≥30 且不得呈脆性（碎裂状）破坏 |
GB／T 2570 |
|
|
不挥发物含量（固体含量） |
≥99％ |
GB／T 14683 |
|
|
可灌注性 |
在产品说明书规定的压力下能注入宽度0.1mm的裂缝 |
现场试灌注固化后 取芯样检查 |
|
胶粘剂必须通过毒性检验；严禁参加挥发性有害溶剂和非反应性稀释剂；完全固化的胶粘剂要符合实际无毒卫生等级要求。
2）混凝土表面存在缺损、露筋、锈胀、剥落等病害；
对于劣质疏松层较浅、病害范围较小的区域采用丙乳砂浆修补，对孔洞及深度超过6cm的深层劣质疏松层采用高强度细石混凝土修补。伸缩缝锚固区混凝士和护栏混凝土的修补也是如此。
丙乳砂浆施工：
a.丙乳需储存在0℃以上的环境中，施工环境要在10~35℃，否则应采取有效措施进行施工；
b.用≥52.5级的硅酸盐或普通硅酸盐水泥，砂子需过2.5mm筛，且要满足有关规范规定；
c .在水泥基层上施工时，先要清理基层并加以喷砂或人工凿毛，然后用水清洗干净使施工面处于饱和状态，薄层修补区边缘应凿一道5cm的深齿槽加强新旧混凝土的粘结；
d.在钢基层上施工时基层表面应先除锈，焊接和搭接部位应先进行找平；
e.灰砂比及丙乳掺量，宜选灰砂比1：1.5~2砂浆，丙乳量为水泥的25%~30%。施工前根据砂子和水泥及施工和易性确定水灰比；
f.丙乳砂浆拌制时，先把水泥和砂子拌均匀，再确定水量和丙乳。充分拌和均匀，材料称量正确每次搅拌的砂浆，要求在30~45分钟内使用完成；
g刮涂.砂浆时，修补面上需先用丙乳净浆打底，净浆为丙乳和水泥比例1:2，随后进行刮涂丙乳砂浆。仰面或立面施工超过7mm时，二次抹压；
h.施工完成后，加强早期养护，7d后可自然干燥；
i.施工面为斜面或曲面时，应从较低部位开始，以此施工到较高部位；面积较大时应分段分块间隔施工。
丙乳砂浆的质量要求如下表
|
项目 |
丙乳砂浆 |
|
初凝时间（min） |
≥45 |
|
终凝时间 |
≤12 |
|
抗压强度（Mpa） |
≥30 |
|
与水泥砂浆粘结时间（Mpa） |
≥1.2 |
高强度细石混凝土施工：
a.首先将疏松区劣质混凝土凿除，凿成规则的多边形，开凿以见新鲜、凿实混凝土为止，开凿区以及孔洞四周边宜做成台阶状，台阶高差以不小于3cm为宜；
b.剔除开凿表面的浮石，并清洗开凿表面，饱水24小时；
c.保持结合面湿润但无自由水的情况下，涂刷界面剂，立模浇筑，终凝后拆模，覆盖湿麻袋保持潮湿7天；
d.养护7天后，在修补区外表无尘埃、无自由水且湿润的条件下，用界面剂在纵横向分批涂抹。
高强细石混凝土要求三天抗压强度不小于30Mpa，7天抗压强度不小于50Mpa，28天抗压强度不小于60Mpa。
3） 桥面铺装拥包、破损，微伸缩量切缝破损；
部分桥梁的行车道存在比较严重的拥抱、车辙、开裂等病害。对此类桥面应先将桥梁沥青混凝土铣刨至现浇层，重新铺筑SBS改性沥青混合料AC-13C。实际铺装厚度与现状相同，以实际发生量为准。更换铺装层后最终标高应与原桥一致。对于部分小桥和通道微伸缩量切缝存在不同程度的损坏，对破损的微量伸缩缝进行凿除重做。微量缝灌封胶应满足：采购时要有“三证”，并取样复检，报监理工程师审批后方可使用。灌缝胶应具有较好的弹性、复原性、伸展性和粘结性；且其技术参数应满足国家规范或标准要求。
4）支座脱空
在长期组合荷载的作用下，梁板不均匀受力，导致板底支座脱空、损坏，不能正常工作，应及时调平、更换。支座问题比较严重的桥。应支座调平、更换宜采用整联顶升，同步操作。
顶升的工艺包括:搭设支架→安装千斤顶→安装百分表→试顶→顶升→更换调平支座→回油卸顶→拆除支架。
具体施工如下：
a.施工前做好各项准备工作，对桥梁基础、墩台、主梁、桥面系的技术状况检查；先行处治基础、墩台及上部承重结构的缺陷。
b.搭设支架及工作平台，支架工作面距梁底高度要确保操作人员施工方便。
c.检查支座：顶升前，详细检查各支座情况，选择适当厚度和形状的钢板，保证更换后，梁体与支座密贴。
d.安装千斤顶、百分表：千斤顶底座附近处理平整，并在上下垫上钢垫板，且放置位置不能影响支座的更换。
e.试顶：顶升前，检查各千斤顶的同步性、稳定性和梁板的完好性。顶升总行程以让所有支座松动来控制，每次顶升2mm，稳定10分钟，用百分表测梁体位移，各位移差不得超过1mm，再进行下一级顶升。否则，停止顶升，对千斤顶进行各项检查，重新试顶。
f.同步顶升：顶升时同一桥墩上的全部千斤顶并联起来，通过一台油泵进行加压，保证每台千斤顶出力一致；严格控制油压和千斤顶行程，确保整体顶升；控制起梁速度在1mm／1min左右。达到设计高度后，持荷、稳压、更换支座。最高顶升高度不得超过15mm
g.支座更换、纠偏复位：将旧支座拆除，不锈钢板除锈，重新与支座上的钢板黏贴。脱空支座，在垫石上垫钢板，找平相应高度，确保落梁时支座均匀受力。
h.回油、卸顶：更换好支座，千斤顶同步慢慢回落梁板至更换好的支座上，确保压紧密贴、位置正确后，拆除顶升系统。
5）锥坡局部塌陷
为防止台后土压力继续增大，危机桥台安全，对塌陷的锥坡，首先采用透水性材料进行填筑，然后重新砌筑M10浆砌片石，砌缝采用凹缝。
6）防落网严重锈蚀、破损
对于桥梁的防护网缺失破损比较严重，对锈蚀比较严重及缺损的防护网进行更换处理。采用型钢边框+钢板网的型式。
三．特殊病害处治方案
1.空心板板底纵横向裂缝、裂网，板底空洞、钢绞线外漏
沿线桥梁空心板板底纵向裂缝较多，部分裂缝宽度超限，个别裂缝宽度达到0.5mm，并伴随渗水泛白现象。横向裂缝相对较少，普通钢筋砼板最大裂缝宽度不超过0.2mm。预应力板有个别出现横向裂缝，且裂缝宽度较小。部分空心板底存在网裂、孔洞和钢绞线外露现象。
对于纵向裂缝超限；板底网裂、孔洞；出现横向裂缝的预应力空心板用碳纤维网格+聚合物砂浆防护方案。
(1)碳纤维网格的技术参数如下表
|
项目 |
单位 |
ARMO-mesh L500 |
|
弹性模量（理论） |
KN／mm² |
240 |
|
碳纤维极限拉伸强度（理论） |
N／mm² |
4300 |
|
受力方向碳纤维的重量 |
g／m² |
200 |
|
设计碳纤维理论厚度 |
mm |
0.117 |
|
设计碳纤维理论截面面积 |
mm²／m |
117 |
|
1.75%应变时的极限拉应力（理论） |
kg／m |
500 |
(2) 碳纤维网格防护施工步骤
a.表面处理：采用人工凿毛3-4mm把污垢、油脂、油污、水泥浆和养护化合物从混凝土、砂浆和石头上除去，并露出粗糙的混凝土或砌体结构表面；
b.砂浆拌制：按照合适的水灰比拌制砂浆，混合均匀；
c.喷射第一层砂浆：喷射厚度为1.5cm并保证喷射后砂浆平整度；
d.碳纤维网格的裁剪和铺设：按尺寸进行裁剪，铺设时碳纤维网格的碳纤维丝方向与裂缝方向垂直，搭接时横向为10cm，纵向为20cm，还要保证其平整度；
e.表面刷拭：3小时以后用辊筒对碳纤维网格表面进行刷拭和按压，保证层间的粘结强度；
f.喷射第二次砂浆：喷射厚度为1.5cm，确保喷射完毕后，无网格纤维外露及混凝土表面的平整度。
g.砂浆养护和表面处理：喷射完毕后，养护7天，再进行表面的外装修或涂装处理。
2.现浇层破损修补
部分桥梁沥青层病害严重，凿除该部分整体化现浇层和破损铰缝，梁板顶植入剪力钢筋，铺设钢筋网，重新浇筑C50聚丙烯纤维整体化混凝土，聚丙烯掺入量为0.9kg／m³。在现浇层顶面洒铺热沥青+预拌碎石防水涂层，重铺沥青层。 “工”形梁桥面，凿除破损部分桥面板，铺设双层钢筋网，重新浇筑桥面板。
植筋的一般要求：
(1) 采用植筋技术时，原构件的混凝土强度等级不得低于C20；
(2) 植筋锚固时，锚固部位的原构件混凝土不得有局部缺陷，若有缺陷，应先进行补强加固处理后再植筋；(3) 植筋的基本锚固深度和按构造的最小锚固深度应符合《混凝土结构加固设计规范》的要求，承重构件的锚固深度通过计算确定；
(4) 植筋直径与对应的钻孔直径设计值参考下表：
植筋直径与对应的钻孔直径设计值
|
钢筋直径d（mm） |
钻孔直径设计值D（mm） |
|
12 |
15 |
|
14 |
18 |
|
16 |
20 |
植筋的施工工序：流程：钻孔→清理钻孔→注胶→插入钢筋→调整→保护→检测。
（1）钻孔：钻孔前要对原构件钢筋位置进行测定，避免损伤原结构钢筋，孔深大于锚筋埋深10mm左右，孔径按上表所示，孔道顺直。
（2）清理钻孔：先用毛刷进行清孔，再用干燥高压空气清除孔内粉尘，孔壁保持干燥，清洁。
（3）注胶：将胶体缓慢注入孔内，植筋胶灌注至孔深2/3处，注胶密实、饱满；插入锚筋后充满整个孔洞。
（4）插入锚筋：将钢筋缓慢向一个方向旋转插入已注胶孔内，插到底为止，以少量胶体均匀溢出为准。
（5）调整：将插入孔内的钢筋进行对位、调整垂直度，在10分钟之内调好，不允许钢筋外拉。
（6）保护：调整好的钢筋在粘结剂未达到规定的固化期前，静止养护，不得扰动所植钢筋。植筋时钢筋要先焊接后种植，若有困难而必须后焊，植筋的焊点离胶面距离不小于100mm；焊接施工时采取降温措施，严禁一根植筋连续焊接，应采取循环焊接施工方法，对一批焊接钢筋逐点、逐根焊接。
植筋钻孔孔径的允许偏差如下：
|
钻孔直径 |
孔径允许偏差 |
钻孔直径 |
孔径允许偏差 |
|
＜14 |
≤+1.0 |
22~32 |
≤+2.0 |
|
14~20 |
≤+1.5 |
34~40 |
≤+2.5 |
钻孔深度及垂直度的允许偏差见下表：
|
植筋部位 |
钻孔深度允许偏差（mm） |
钻孔垂直度允许偏差（mm） |
位置允许偏差 （mm） |
|
基础 |
+20，0 |
50 |
10 |
|
上部构件 |
+10,0 |
30 |
5 |
|
连接节点 |
+5,0 |
10 |
5 |
共性病害所用方案：表面封闭法、静压注射法和填充密封法进行裂缝修补；丙乳砂浆修（高强细石混凝土）修补混凝土表面的缺损、露筋、锈胀、剥落等病害；桥面铺装破损、微伸缩量切缝破损，将沥青混凝土铣刨至现浇层，重新铺筑SBS改性沥青混合料AC-13C，将破损的微伸缩量切缝凿除重做；对脱空支座进行増垫钢板，改善上部结构受力；对锥坡局部塌陷，先采用透水性材料填筑，然后重新砌筑M10浆砌片石；采用型钢边框+钢板网更换锈蚀破损的防落网。
特殊病害处治方案：对空心板板底纵横裂缝、网裂，板底孔洞、钢绞线外露采用碳纤维网格+聚合物砂浆防护方案；现浇层破损、铰缝开裂的桥面沥青层应凿除整体化现浇层和破损铰缝，植入剪力钢筋铺设钢筋网，浇筑C50聚丙烯纤维整体化混凝土。
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