高速鐵路混凝土連續(xù)梁結構修補及防護技術研究

王 喆 中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段

1 前言

新時代，在“交通強國”的偉大方針指引下，我國高速鐵路經過十幾年的快速建設和發(fā)展，截止至2018年底高速鐵路總營業(yè)里程達29 000 km以上，高居世界第一，已經成為我國新的“名片”。因此現(xiàn)階段設備管理單位擔負的運營維護任務顯得尤為重要，各類設備病害整治技術亟需進行系統(tǒng)的研究以確保高速鐵路運輸絕對安全。

近期在對高速鐵路橋梁結構服役狀態(tài)的調查研究中發(fā)現(xiàn)，高速鐵路混凝土連續(xù)梁結構普遍出現(xiàn)：混凝結構土松散剝落、裂紋、空洞不密實并伴有滲水等病害，通過進一步的分析評估，上述病害幾乎全部發(fā)生在現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁結構，而且此類型病害如果不及時進行修補及防護，將嚴重影響橋梁耐久性。本文通過結合滬寧城際無錫西特大橋某座現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁結構病害整治實踐，總結混凝土連續(xù)梁結構修補及防護技術，為設備管理單位提供相似工程的參考借鑒。

2 工程概況

滬寧城際無錫西特大橋某現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁橋跨布置形式為（60+100+60）m，梁部采用變截面預應力混凝土箱梁，箱梁截面為單箱單室。該連續(xù)梁服役僅僅10年不到的時間，已經出現(xiàn)梁底混凝土松散剝落、局部混凝土空洞裂縫、局部混凝土不密實等病害（見圖1、圖2、圖3）。

經現(xiàn)場進一步查看及混凝土結構耐久性分析，以上病害均屬于施工工藝不當或者不規(guī)范導致的梁體局部表層病害，橋梁正常運行暫不受影響，但亟需進行修補及防護，保證混凝土結構耐久性。

圖1 梁底混凝土松散剝落

圖2 混凝土空洞及裂縫

3 關鍵技術

整治時根據(jù)專項的檢測評估報告確定該連續(xù)梁混凝土結構病害的部位、范圍和程度，采用高強材料分層嵌補、壁可法、注漿法進行有針對性的修補、整治，同時全面排查箱梁內是否存在裂縫，發(fā)現(xiàn)裂縫一并納入整治，另外對梁體進行一次全面的防護性涂裝。

4 主要施工技術方案

4.1 混凝土松散、脫落整治

4.1.1 原因分析

該連續(xù)梁采用滿堂支架現(xiàn)澆法施工，梁體內外模板均在橋面進行加工，持續(xù)時間較長，模板加工過程中產生的鋸末等雜物散落至梁底，逐漸堆積到支座周邊，混凝土澆筑前未清理干凈，造成梁底支座周邊混凝土雜物較多，導致混凝土表面出現(xiàn)松散、剝落病害。

4.1.2 處理方案

（1）首先將無強度的松散層全部清除徹底，對未超過鋼筋保護層的，將松散混凝土鑿去，洗刷干凈。松散層較深超過鋼筋保護層時，先清除松散部分和內部夾雜物，用壓力水沖洗干凈。清除時要避免對梁體鋼筋及預應力鋼筋造成損傷，如果鋼筋發(fā)生銹蝕狀況，應先對鋼筋除銹，再使用環(huán)氧樹脂砂漿涂刷進行防銹處理。

（2）然后采用彈性FLW-QF膩子材料進行分層嵌補?；炷帘砻媲堆a平整后，用FLW-JS聚合物水泥涂料進行表面裝修。

（3）最后采用專業(yè)SIKA組合材料對其表面進行整體裝修以保證整個工程的質量和觀感。

4.2 混凝土裂縫整治

4.2.1 原因分析

該連續(xù)梁裂縫大小、分布無明顯規(guī)律，屬于混凝土收縮裂縫，按一般裂縫修補即可。

4.2.2 處理方案

（1）寬度＜0.15 mm的裂縫采用直接封閉處理，使用水性環(huán)氧封閉漆或溶劑型環(huán)氧封閉漆進行3次以上刷涂，讓漿液靠毛細作用滲入裂縫中，以保證對裂縫的封閉。封閉漆對混凝土基材應具有良好的濕潤性、滲透性、耐堿性和附著力，厚度一般為 20 μm～30 μm，最大不超過 50 μm，封閉漆主要性能指標見“混凝土橋梁結構表面涂層防腐技術條件”防腐體系中的封閉底漆的技術條件。主要性能指標見表1。

表1 主要性能指標

（2）裂縫寬度≥0.15 mm的裂縫，采用“壁可法”注入肖邦BL-GROUT高分子樹脂膠進行封閉處理。施工工藝流程圖如圖4所示。

圖4 施工工藝流程

①表面處理：用錘子和鋼釬鑿除裂縫兩側疏松的混凝土塊和砂粒，露出堅實的混凝土表面；使用砂輪、鋼絲刷或類似工具對混凝土表面裂縫兩邊約5cm范圍內的污物、灰塵、松散顆粒及粘結物等進行清理；用略潮濕的抹布清除表面的浮塵并徹底晾干；如果縫內潮濕，要等其充分干燥，必要時可用噴燈或電吹風機烘干，使用噴燈時注意不要讓火焰直接燒灼混凝土。

②調制101#封口膠：封口膠主劑、硬化劑的配比為重量比7:3；確認環(huán)境溫度和此溫度下材料的使用時間，用抹刀反復混合攪拌膠的兩種成分，直到其呈現(xiàn)均勻一致的灰色。

③安裝注入座：了解裂縫的走向、起止點、分岔情況，確定粘結注入座的位臵，用石筆在裂縫表面做標記。用抹刀將少許封口膠抹在注入座底面四邊，將注入孔正對裂縫中心稍加按壓，使膠體從底面的4個小孔中擠出，并用膠將注入座底板四周包裹。注意不要讓膠堵住注入孔，粘好后不要再移動注入座。注入座的數(shù)量，可按每米3個布置，裂縫分叉處應有注入座。

④密封裂縫：用抹刀刮抹封口膠密封注入座之間的裂縫，密封寬度約5 cm，厚度2 mm左右。可先沿與裂縫垂直方向抹，盡量使封口膠填充進裂縫一定深度，然后再沿裂縫走向抹，避免在一處反復涂抹?？p兩側有較多細微龜裂的部位，應抹至8 cm～10 cm寬，并按壓膠的邊緣，消除卷邊?；炷羷兟涮幰畛涿軐?，裂縫末端也要封閉嚴密。裂縫密封后，對封口膠進行養(yǎng)護，環(huán)境溫度在50℃時養(yǎng)護24 h，環(huán)境溫度在150℃時養(yǎng)護12 h，固化前要注意防水。

⑤安裝注入器：同一條裂縫的注入器要一起安裝完成，防止注入材料從未安裝注入器的底座流出。

⑥調制灌注膠：BL-GROUT灌注膠為雙組分材料，使用時根據(jù)用量需要按主劑：硬化劑=2:1進行混合攪拌均勻即可。

⑦注入灌注膠：將BL型注入器的連接端安裝在注入座上，把卡口部分的兩扣卡緊，確認橡膠密封圈處于正常位置。打開黃油槍的蓋子，把槍體的拉桿拉到頭，使槍體內形成空腔，將膠裝入槍體，蓋好蓋子。將黃油槍倒置，打開閥門，推動黃油槍推桿，排除管道中的空氣。當過濾器中有膠流出時，將它連接到注入器的注入端，卡緊兩扣卡口，慢慢推動黃油槍推桿，開始注入。每次推動都要達到活塞的行程盡頭，每2 s～3 s推動一下。注膠時，水平走向的裂縫從一端開始逐個注入，傾斜或垂直走向的裂縫要從較低一端開始向上推進。同一條裂縫上的灌注膠應連續(xù)注入，間隔時間不能太長。

⑧注入量的控制：當注入膠充滿注入器的限制套時，即停止注入，等待注入器緩慢的將膠體壓入裂縫內。當注入器膨脹后收縮較快，說明該處裂縫，封內空間大，要補灌，直到注入器能穩(wěn)定地保持一定的膨脹狀態(tài)。

⑨灌注膠的固化：在固化過程中，可手捏注入器隨時了解固化情況，完全固化一般需要10 h～24 h。固化以后即可取掉注入器和注入座。如有必要用砂輪機把膠口打磨掉，保證表面平整。

4.3 混凝土表面空洞整治

4.3.1 原因分析

（1）該連續(xù)梁施工時內外模板距離狹窄，振搗困難，骨料粒徑過大，鋼筋過密，造成砼下料時被鋼筋或振動棒卡住，下部形成孔洞。

（2）混凝土流動性差，或出現(xiàn)離析，粗骨料同時集中到一起，造成澆筑不暢。

（3）施工時未按澆筑順序振搗，造成漏振點。沒有分層澆筑，或分層過厚，使下部砼振搗作用半徑達不到，形成松散狀態(tài)。

（4）水泥結塊、骨料中含有冰塊、泥塊等雜物。

4.3.2 施工方案

（1）基層處理，首先鑿除疏松位置的混凝土至堅硬混凝土處，鑿除前要確定梁體鋼筋及預應力鋼筋位置，避免對梁體鋼筋及預應力鋼筋造成損傷。然后打磨去除混凝土表面浮漿。

（2）對混凝土空洞部分鑿除后的鋼筋進行檢查，如果鋼筋發(fā)生銹蝕狀況，應先對鋼筋除銹，基面涂刷界面劑后再進行混凝土修復。

（3）界面處理采用加固型卡本界面劑或CB-720環(huán)氧基界面劑做界面處理，增強界面粘接力。拉伸粘結強度≥3.3MPa（混凝土破壞）。

（4）混凝土耐久性修復，混凝土表面處理：抹耐久性高強修補料進行修復。厚度依照現(xiàn)場孔洞深度確定，每次抹灰厚度：20 mm左右，最終以基層修復平整為準?？箟簭姸萊28≥50 MPa，耐久性要求的最小厚度為10 mm。

（5）面層處理，24 h后表面再刮一層耐久性薄層修補料保證面層美觀度，厚度1 mm左右。

4.4 混凝土內部空洞不密實整治

4.4.1 原因分析

（1）該連續(xù)梁施工時內外模板距離狹窄，振搗困難，骨料粒徑過大，鋼筋過密，造成砼下料時被鋼筋或振動棒卡住，下部形成孔洞。

（2）混凝土流動性差，或出現(xiàn)離析，粗骨料同時集中到一起，造成澆筑不暢。

（3）施工時未按澆筑順序振搗，造成漏振點。沒有分層澆筑，或分層過厚，使下部砼振搗作用半徑達不到，形成松散狀態(tài)。

（4）水泥結塊、骨料中含有冰塊、泥塊等雜物。

4.4.2 施工方法

對于混凝土結構內部空洞，采用注漿法進行加固。

（1）布孔：根據(jù)檢測結果，標定空洞位置，根據(jù)空洞大小，每個空洞部位布設3～5個孔。

（2）鉆孔：采用鉆孔機鉆孔，鉆孔直徑3 cm，孔深要達到混凝土空洞處，并保證各孔相通。鉆孔前要根據(jù)設計圖紙定位出梁體鋼筋及預應力鋼筋位置，避免鉆孔時對梁鋼筋及預應力鋼筋造成損傷。鉆孔完成后，由一個孔道注入清水，觀察各孔道是否出水，有不出水的孔，必須補鉆，直至各孔相通。選定一個作為注漿孔，與注漿孔最遠的一個作為排氣孔。

（3）注漿壓力確定：由于漿液的擴散能力壓力的大小密切相關，高壓漿壓力能使一些微細孔隙張開，漿液填充得更密實，高壓漿壓力還有助于擠出漿液中多余水分，使?jié){液結石強度提高。但是當壓漿壓力超過混凝土的抗折強度時，會造成混凝土破壞。因此，應通過現(xiàn)場試驗來確定，本次壓漿采用的最大壓力為0.5 MPa～0.7 MPa。

（4）制備漿液：為保證修補質量，選用TS-168G預應力孔道壓漿料預應力孔道壓漿料作為注漿材料。TS-168G是由高標號水泥以及多種無機和有機材料復合而成，具有流動性好，泌水率小，早強、微膨脹、壓漿飽滿等特性，并可一次性壓漿施工，孔道內漿體密實無孔隙，預應力筋不銹蝕，并與混凝土牢固粘結成為一個整體。

（5）壓漿：將灌漿栓塞打入孔中，軟管出料口套在栓塞上并固定好，如果連接部牢固或密封不夠，就會發(fā)生漏漿、暴孔、壓力不足等現(xiàn)象。錨固牢靠后，啟動壓漿泵，同時打開攪拌機底部出料開關，開始連續(xù)地泵送灰漿。開始壓漿前，除排氣外，其余各孔均預先塞死。

開始壓漿后，按與壓漿孔的距離，由近而遠，順序打開木塞，一孔飽滿出漿后，將其塞住，再打開下一個孔，如此循環(huán)進行，直至最后的排氣孔出漿，并應達到排氣孔排出與規(guī)定稠度相同的水泥漿為止。關閉出漿口后，在0.5 MPa壓力下，保持穩(wěn)壓2 min，讓漿液在支座內充分滲透，達到擠密和充實的效果，然后打開卸荷開關，緩慢降壓，直到壓力歸零，結束壓漿。

5 結束語

本工程對高鐵現(xiàn)澆混凝土橋梁結構常見的松散、裂紋、空洞、不密實等病害進行整治，實施完成后效果良好，有效的提高了原有混凝土結構的耐久性，可以廣泛運用于同類型混凝土病害及修補，可供設備管理單位參考借鑒。