雙曲拱橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用技術(shù)

董海軍 （安徽路達(dá)公路工程有限責(zé)任公司，安徽 安慶 246001）

0 前言

雙曲拱橋是一種獨(dú)特的橋梁結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)新穎，外形美觀，在我國早期公路橋梁的建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。目前我國在用雙曲拱橋數(shù)量不多，主要集中運(yùn)營在國省干線上，大部分始建于上世紀(jì)六七十年代。由于設(shè)計(jì)、施工的經(jīng)驗(yàn)不足以及其他各種原因，結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，尤其近年來大型運(yùn)輸車、超重超限車的增多，以及外界種種因素的作用和影響，導(dǎo)致荷載標(biāo)準(zhǔn)低的雙曲拱橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害，出現(xiàn)缺陷[1]。全部拆除重建既不經(jīng)濟(jì)，也不符合我國國情，因此有必要對現(xiàn)有的雙曲拱橋進(jìn)行準(zhǔn)確的檢查分析，對這些橋梁的使用狀況進(jìn)行客觀實(shí)際的檢測與評定，有些急需進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與加固維修改造。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實(shí)質(zhì)是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，將適用的技術(shù)措施，應(yīng)用在適宜的部位上；本文主要結(jié)合水吼大橋及近年來在雙曲拱橋施工和養(yǎng)護(hù)工作中的經(jīng)驗(yàn)，針對雙曲拱橋中經(jīng)常出現(xiàn)的一些主要病害提出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的應(yīng)用技術(shù)方案。

1 工程概況

水吼大橋（橋梁編號(hào)：X096340824L0010）位于安徽省潛山市X096店水路上，跨越潛河；上部結(jié)構(gòu)為4x35m（凈跨徑）雙曲拱橋，矢跨比1/6，4拱3波，實(shí)體墩臺(tái)，橋面全寬8.4m，凈寬7.6m，全長180.5m。老橋設(shè)計(jì)荷載汽-15，于1981年建成通車，2008年該橋面更換為鋼筋混凝土橋面；已建成通車運(yùn)營近40年。

圖1 水吼大橋原貌

2 主要病害及成因分析

在2017年對該橋定期檢查及技術(shù)狀況評定檢測中，發(fā)現(xiàn)多處病害：主拱拱肋共計(jì)63處鋼筋銹脹、局部部位混凝土破損及碳化，7個(gè)拱肋底面整跨范圍滲水污染，1個(gè)拱肋背面出現(xiàn)長1.6m的縱向裂縫，6個(gè)主拱拱波背面縱向開裂，累計(jì)長度10.8m；28個(gè)腹拱圈在拱頂位置存在橫向貫通開裂，11個(gè)拱上橫梁混凝土破損、存在鋼筋銹脹，累計(jì)107處；2個(gè)拱上立柱鋼筋銹脹，2個(gè)腹拱圈受火燒有煙熏痕跡，導(dǎo)致混凝土輕微松散，存在混凝土剝落現(xiàn)象，8個(gè)拱上側(cè)墻實(shí)腹段存在滲水現(xiàn)象。成因主要是由于橋梁建造年代久遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量控制較差，導(dǎo)致主拱及其它構(gòu)件局部鋼筋保護(hù)層厚度不足，致使鋼筋外露，局部破損；橋梁整體受力性能不好，產(chǎn)生擾度不均勻，結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系不夠，構(gòu)件剛度??；腹拱跨中未設(shè)置變形縫，致使腹拱拱圈開裂[2][3]。

3 總體預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)方案

雙曲拱橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)主要解決：橋梁現(xiàn)有病害；彌補(bǔ)橋梁設(shè)計(jì)、建造和加固工后的缺陷；采用先進(jìn)的技術(shù)措施和新型材料，預(yù)防新的常見病害重復(fù)產(chǎn)生；兼顧橋梁的美觀等4大問題。

①對主拱拱波開裂及腹拱圈開裂位置進(jìn)行注漿方案。

②對主拱拱波、腹拱圈混凝土損壞、剝落、露筋銹蝕等缺陷，采用水泥基滲透結(jié)晶漿料噴涂，表面噴涂抗腐抗?jié)B材料。

③對主拱拱肋、拱上立柱、橫梁混凝土等損壞、剝落、露筋銹蝕等缺陷，采用無機(jī)聚合物砂漿修復(fù)，表面噴涂抗腐抗?jié)B材料。

④主拱拱肋修復(fù)完成后，粘貼雙層碳纖維布方案[4]。

⑤主拱兩側(cè)與腹拱頂兩側(cè)部安裝止水帶；清理伸縮縫、泄水孔，并更換橋面橫向排水管。

⑥橋墩基礎(chǔ)四周開挖至巖石面后回填C20片石混凝土加固，恢復(fù)橋墩河床地面線至橋基礎(chǔ)頂面。

⑦橋梁兩端增設(shè)限寬墩。

4 關(guān)鍵預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用技術(shù)

4.1 大面積水射流基面處理技術(shù)

圖2 拱肋混凝土破損，腹拱頂開裂，立柱及橫梁混凝土破損，側(cè)墻滲水

采用道橋多功能養(yǎng)護(hù)機(jī)高壓水射流混凝土無損基面處理。將設(shè)備壓力調(diào)至合適的壓力值，高壓水射流自動(dòng)探測混凝土表面松散剝落及有缺陷的部分并將其清除，區(qū)別于傳統(tǒng)的機(jī)械式破除方式，為后續(xù)施工提供“毛、糙、凈”理想的施工基面；使基面狀況包括打掉松動(dòng)碳化層，使銹蝕鋼筋等情況完全顯露出來；裂縫分布、寬度、走向都清晰展現(xiàn)；表面灰塵、油漬全部清理干凈，為下一步針對不同病害分類處理提供理想條件。

水射流技術(shù)震蕩力小，不會(huì)對混凝土結(jié)構(gòu)造成裂縫，同時(shí)避免了邊角裂等，也不會(huì)對原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生聲波傳遞。在不除銹的情況下，僅利用水產(chǎn)生超高壓，耗水量小，水施工過程環(huán)保無粉塵、節(jié)水節(jié)能。高壓水射流技術(shù)進(jìn)行表面處理清理干凈徹底，且不傷害原混凝土，為橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)做好基面處理。

4.2 采用水砂混合除銹技術(shù)及涂刷遷移型鋼筋阻銹劑新材料

使用道橋多功能養(yǎng)護(hù)機(jī)清除表面松動(dòng)混凝土后，采用水砂混合技術(shù)對銹蝕鋼筋除銹。水砂混合除銹技術(shù)區(qū)別于普通噴砂工藝，水砂混合技術(shù)作業(yè)效率更高而且噪音小、無灰塵飛揚(yáng)，對環(huán)境友好；對比傳統(tǒng)除銹方式有著高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保等特點(diǎn)。

在上述基面處理步驟施工完畢后，鋼筋表面因水砂除銹后會(huì)有一定的反銹現(xiàn)象發(fā)生，待鋼筋表面水干后，對鋼筋表面涂刷遷移型鋼筋阻銹劑，直接涂刷在鋼筋表面，防止鋼筋表面再銹。在涂刷防銹劑后，鋼筋表面顏色會(huì)發(fā)生變化，由銹黃色轉(zhuǎn)為黑色，可以利用顏色的色差檢查鋼筋表面是否有漏涂防銹劑；之后用改性環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)處治。

4.3 采用無機(jī)聚合物砂漿對混凝土的薄層修復(fù)技術(shù)

無機(jī)聚合物修補(bǔ)砂漿操作簡便，施工時(shí)只需在材料中加水?dāng)嚢杓纯?。材料?jīng)過高分子聚合物改性，對混凝土構(gòu)件的結(jié)合力極強(qiáng)，鏝抹時(shí)不垂落，可薄層修復(fù)用于構(gòu)件的平面、立面及頂面。硬化后不收縮、不開裂、強(qiáng)度高；能恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止外界因素對鋼筋的侵蝕。

無機(jī)聚合物修補(bǔ)砂漿修復(fù)的施工需根據(jù)混凝土脫落厚度選擇不同的修復(fù)次數(shù)。另外針對混凝土碳化嚴(yán)重的部分考慮大面積涂抹，而對于狀況較好的部位，則局部修復(fù)即可。人工修補(bǔ)時(shí)，首層應(yīng)壓緊、壓實(shí)，若修復(fù)厚度大于20mm時(shí)應(yīng)分層壓涂，每層厚度10mm左右。

4.4 采用環(huán)氧砂漿對混凝土裂縫的處理技術(shù)

裂縫的處理，根據(jù)裂縫的寬度選擇不同的處理方法；如果裂縫寬度在0.15mm以下，則直接使用CH-CT裂縫封堵膠對其進(jìn)行封閉處理即可；如果裂縫寬度在0.15mm以上，使用CH-DB低粘度裂縫補(bǔ)強(qiáng)膠對混凝土裂縫進(jìn)行注膠處理。

裂縫封閉處理:按照產(chǎn)品說明書要求配兌環(huán)氧樹脂封縫膠，用毛刷或膠輥粘膠涂刷于要求裂縫封閉的混凝土表面。封縫膠應(yīng)分兩次縱橫向涂刷，后次縱向（或橫向）涂刷應(yīng)在前次橫向（或縱向）涂刷膠液成膜并指觸干燥時(shí)進(jìn)行。每次涂刷應(yīng)細(xì)密重迭和均勻，保證涂刷膠液不流淌或流淌后應(yīng)即時(shí)補(bǔ)刷，膠液固化后膠膜均勻、密實(shí)封閉裂縫。

裂縫灌膠處理：裂縫注射前的準(zhǔn)備，查清裂縫的長度、寬度、走向、貫穿及漏水情況，確定注射位置及注射間距。粘結(jié)注射端口，在確定注射的位置粘接注射端口，其間距在200～300mm，應(yīng)特別注意涂抹粘接劑時(shí)防止堵塞注射端口。涂抹封縫，使用封縫膠涂抹裂縫表面，涂抹厚約3mm，寬約25mm，封縫好6個(gè)小時(shí)以后才能進(jìn)行下道工序的施工。連接注射管，水平孔從任意端開始，垂直孔從最低處開始，依次向另外一端，把注射管連接到注射端口上，要保證所有的未注射端口處于開啟通氣狀態(tài)。注射CH-DB裂縫膠，要保證所有的未注膠端口處于開啟通氣狀態(tài)，確保注膠效果可靠。

圖3 拱波裂縫注膠

4.5 采用噴涂水泥基滲透結(jié)晶漿料對主拱及拱上結(jié)構(gòu)拱波的處理技術(shù)

水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料是一種用于水泥混凝土的剛性防水材料。其與水作用后，材料中含有的活性化學(xué)物質(zhì)以水為載體在混凝土中滲透，與水泥水化產(chǎn)物生成不溶于水的針狀結(jié)晶體，填塞毛細(xì)孔道和細(xì)微縫隙，從而提高混凝土致密性與防水性。

水泥基滲透結(jié)晶生物涂層是按配方預(yù)先測量包裝供應(yīng)的。把A產(chǎn)品包裝中的所有材料倒入盛有產(chǎn)品B（液體）的混合桶中，同時(shí)用電鉆和短漿攪拌混合。徹底混合幾分鐘，產(chǎn)生粘稠漿體。確?；炷撂幱诒砻娓稍锏乃柡蜖顟B(tài)，使用高壓噴涂機(jī)均勻噴涂在底表面。每次覆蓋厚度不要超過3mm，通常噴涂2～3遍；待表面干燥后噴灑一層密封劑（液體），用于增強(qiáng)性能的功效。濕養(yǎng)護(hù)至少一天以上，防止施工部位干燥。

4.6 采用粘貼雙層碳纖維布對拱肋的處理技術(shù)

在拱肋薄層修復(fù)完成后，工序?yàn)榛炷粱滋幚怼康讓拥啄z→找平膠找平→貼雙層碳纖維布→涂抹粘結(jié)樹脂→養(yǎng)護(hù)。

4.7 采用防腐抗?jié)B和高耐污高硅新材料對主拱拱肋、拱上構(gòu)件等部位的處理技術(shù)

在混凝土防腐處理完成，待養(yǎng)護(hù)48小時(shí)干燥后，涂刷混凝土防腐防碳化抗?jié)B保護(hù)材料。通常可采用輥涂的涂刷方法，由于涂料干燥較快，每個(gè)刷涂面應(yīng)盡量一次完成，否則易產(chǎn)生接痕。輥涂可用羊毛或人造毛輥。這是較大面積施工中常用的施工方法，毛輥輥涂時(shí)，不可蘸料過多，最好配有蘸料槽，以免產(chǎn)生流淌。在輥涂過程中，要向上用力、向下時(shí)輕輕回帶，否則易造成流淌弊病。輥涂時(shí)，為避免輥?zhàn)雍圹E，搭接寬度為毛輥長度的1/4。

5 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工后狀況

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工后運(yùn)營三年多來，總體狀況良好，未出現(xiàn)其他病害。工后效果如圖4所示。

圖4 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工后

6 結(jié)語

①貫徹“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的方針，加強(qiáng)對雙曲拱橋的檢査機(jī)制；定期對橋梁“體檢”，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁的病害，及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

②更加關(guān)注雙曲拱橋病害的成因，并預(yù)判病害的發(fā)展，是在橋梁尚處于良好，還沒有發(fā)生明顯的嚴(yán)重病害之前就進(jìn)行的主動(dòng)介入，對可能出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)的病害進(jìn)行徹底的處治，彌補(bǔ)橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)中的不足，對非結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行整體處治，將病害處理在萌芽狀態(tài)，防止或延緩病害的發(fā)生，達(dá)到延緩大修周期、提高橋梁的耐久性和延長使用壽命的目的。

③預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用技術(shù)可顯著抑制雙曲拱橋的病害。據(jù)此建議需不斷優(yōu)化雙曲拱橋的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用技術(shù)，加強(qiáng)新技術(shù)、新工藝和新材料的研究；保護(hù)好我國雙曲拱橋的歷史遺跡，增添當(dāng)?shù)卦」诺涞穆糜物L(fēng)景線。

④該橋現(xiàn)場進(jìn)行的應(yīng)用技術(shù)，與其他雙曲拱橋的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用可能存在一定差異，筆者在以后的研究工作中還需要進(jìn)一步在室內(nèi)和現(xiàn)場施工進(jìn)行驗(yàn)證。