1.工程概况

某特大桥位于新建洛湛铁路永州至洪塘段,全长588.86m,全桥跨径组合为12×32m预应力混凝土简支梁+(36+2×56+36)m预应力混凝土连续梁。本桥为全段控制工程之一。由于施工原因特大桥部分桥墩出现纵横向裂缝,委托广州铁信检测技术有限公司对该桥1号、2号、3号、4号、7号、8号、9号、及11号桥墩进行了质量检测,根据检测要求和现场实际情况分别采用探地雷达扫描法探测桥墩内部整体质量情况和超声单面平测法检测裂缝深度。本次检测结论为:该桥1号、2号、4号、11号桥墩实测雷达剖面波列整体清晰完整,未见界面反射和散射畸变,本检测段混凝土基本完整;3号、7号、8号、9号桥墩实测雷达剖面波列基本清晰完整,局部存在轻微界面反射和散射畸变,本检测段混凝土局部存在轻微缺陷,基本不影响桥墩功效正常发挥;3号、7号、8号、9号桥墩受竖向裂缝深度为50～60mm;3号、7号、8号桥墩横向裂缝深度均为50mm左右,4号、11号桥墩横向裂缝深度20mm左右。

2.裂缝形成分析

该桥为铁路单线桥梁,墩身形式为圆端形,在混凝土施工中属于大体积混凝土,根据检测结果以及施工情况,将裂缝形成原因归结为温度裂缝,温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错;裂缝宽度大小不一,受温度变化影响较为明显,冬季较宽,夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细,而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

3.加固设计

对1#、2#、4#、9#、11#基本完整的墩身首先使用环氧树脂进行封闭裂缝,再对表面进行修补处理,其次粘贴一层C-30碳纤维,最后进行外涂装处理;对3#、7#、8#墩存在轻微裂缝的墩身首先使用环氧树脂进行封闭裂缝,再对表面进行修补处理,其次粘贴两层C-30碳纤维,最后进行外涂装处理。

3.1灌缝施工工艺

(1)裂缝的测量与记录:①首先测量裂缝的位置、宽度、长度,并在施工图纸上标出。②由于构架内部的裂缝之间可能并不相连,应进行充分地调查。

(2)裂缝表面处理:①用钢丝刷将裂缝周围,尤其是灌胶底座粘贴面周围的油污认真消除干净。②用吸尘器或酒精等将裂缝处的灰尘洗净、消除。

(3)标注灌胶底座的位置:①根据裂缝的宽度及深度,确定灌胶底座的位置,并用记号笔在裂缝表面做出标记。②灌胶底座的粘贴间距应为:裂缝宽度在0.15mm以上时,底座间距为300～350mm。

(4)粘接灌胶底座:①调和灌胶底座粘接胶。该胶呈腻子状,按主剂与固化剂的配合比进行调和,直至调和均匀为止。②将调和后的粘接胶涂抹在灌胶底座下底面周圈。③将灌胶底座按标注位置顺缝粘贴在裂缝表面,并适当用力下压底座使底部粘接胶部分溢出,并包住注胶底座边缘。

(5)封闭裂缝:①灌胶底座之间的裂缝用封缝胶完全封闭。②封缝胶涂得太薄或太窄,均容易造成灌缝树脂的泻露,因此,封缝胶的涂抹宽度应以2～3cm,厚度2mm为宜。③涂抹封缝胶至灌胶底座处时,应检查底座是否粘接严密。若存在缝隙,运用封缝胶对其进行周圈封闭。④粘贴表示灌胶底座橡胶膨胀限度的纸条。⑤为确保固化,封缝胶应至少养护12h以上。

(6)配置灌缝用环氧树脂:①根据裂缝状况估算在可使用时间内可以用完的灌缝树脂材料。并按一个人进行灌注时,一次用量为500～1000g进行树脂称量。②灌缝用环氧树脂的配合比按通用型树脂材料配比,即主剂与固化剂之比2:1进行调配。

(7)注入灌缝材料:①将灌缝树脂混合均匀后,装入专用注射器或手动及脚踏式泵压器内。②给注射泵套上专用的喷嘴,通过注入口上的阀门逐渐加压进行灌注,直至弹性橡胶膜膨胀至限高纸条处。③裂缝较宽的地方,先注射粘度低的灌缝树脂,然后再加注粘度高的灌缝材料。④当弹性橡胶膜内树脂不足时,表示应进行补充灌注,直至达到预估灌缝树脂用量或橡胶膜内树脂不再减少。⑤针对不同的裂缝应使用不同类型的树脂。

3.2碳纤维加固

3.2.1基底处理

(1)查找结构裂缝,对裂缝进行全面清理后用环氧腻子封闭。(2)凿除孔洞部位的松散混凝土直至露出新鲜面。(3)底层混凝土表面的劣化层(风化、浮浆、脱模剂、剥离的原浆、涂抹、不洁物等)要彻底消除。(4)表面的凸出部分(混凝土接缝部、模板的段差)要用角向砂轮磨平。(5)用空气压缩机、棉纱除掉磨粉,水洗后要充分干燥。(6)修复后的段差,要尽量平顺,无明显落差。
3.2.2刷底涂

(1)按比例2∶1将称量好的底涂的主剂和硬化剂放入容器内,用低速旋转的办法混合均匀,搅拌时用变速电动搅拌器或人工搅拌。一次调和量在可使用时间内用完。超过可使用时间不得使用。(2)筒刷均匀地涂抹。(3)养护3h到1天时间,以指触干燥为准。(4)涂料指触干燥后,表面上的凸起部分,要用磨光机、砂纸打光。(5)涂刷施工现场,严禁用火;且施工时佩带必要的劳保用品(口罩、眼镜、胶手套)。(6)当气温在5.C以下、相对湿度RH>85%,混凝土表面含水率在8%以上,雨天或有结露的危险时,不能施工,要了解施工部位的温度、湿度,根据其变化选择适当的涂料。

3.2.3环氧腻子

(1)按比例2∶1将称量好的底涂的主剂和硬化剂放入容器内,搅拌均匀。一次调和量在可使用时间内用完。超过可使用时间不得使用。(2)表面凹陷部位(混凝土接头、模板段差、小孔)要用环氧腻子补平。(3)刮环氧腻子要密实,表面平顺无隆起或凹陷无划痕。(4)配置环氧腻子时,按规定的主剂与固化剂的比例进行配料,且一次调和量在可使用时间内用完。(5)贴碳纤维前,要用磨光机或砂纸将修补不良的地方(凸起部分)打磨平顺。

3.2.4粘贴碳纤维片

(1)用刀片按规定的尺寸切断纤维片。切断的长度以方便施工为宜。底涂、环氧腻子材料,要确认指触干燥。从底涂的施工或者是意外修正算起,若经过1周以上时间,为了确保这些面和纤维片之间的粘着性,要用砂纸打磨。(2)粘结树脂的主剂和硬化剂经称量按规定的比例装入容器时,低速旋转直到均匀(大约2min)进行混合。搅拌使用变速电动搅拌器或人工搅拌。一次的调和量是可使用时间内的用量,超过可使用时间的不得使用。(3)滚筒刷均匀地涂抹粘结树脂(下涂),涂量是根据施工面的方向和粗糙程度而变化的。拱起部分、拐角部分树脂要多涂一些。另外,意外修正不良的地方也要多涂一些。(4)沿纤维方向的接头纤维片重叠部分必须在100mm以上,并多涂树脂,在宽的方向不需接头。(5)纤维片贴好后,为使树脂充分渗浸,应养护30min以上。树脂凝胶化后(初期反应完了),粘度上升,个别部位再次浮起,应注意及时处理。(6)纤维片粘好30min后,用滚筒刷沿着纤维方向涂抹粘结树脂,注意不要将已施工的纤维片卷起。此道工序称为上涂。

3.2.5补修

(1)底处理后的不平整原则上通过凸部用打磨机打磨,凹部用环氧腻子处理的方法补修。当凸部用打磨机打磨露出混凝土面时,应补救重做基底涂料处理或刮环氧腻子处理。(2)碳纤维片粘贴:①注入环氧树脂。②刀切入填充树脂进行的补修。③补丁补修。粘结树脂已硬化,且无法用割刀切开或注入树脂时,应割去不良部分,重新粘贴碳纤维片。①一边通过敲打听音确定空鼓、胀鼓的范围和层,一边用打磨机削去不良部分,并用棉纱等擦去粉尘。削掉部位不平坦时,用环氧腻子使其平坦。②为提高搭接部位的接着性能,预先用砂纸等打磨粗糙。③此后,将与削去层数相同数量的碳纤维片以20cm×层数的覆盖搭接方式重新粘贴。