MPC高韌性復(fù)合材料在既有鐵路鋼筋砼橋涵加固中的應(yīng)用

韓 飛 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司工務(wù)部

1 工程概況

（1）京滬線K800+507 #1963 下淀特大橋，全橋長(zhǎng)957.7 m，由75-8 m 普通鋼筋混凝土T 梁＋2-14.5 m 普通鋼筋混凝土低高度T 梁＋1-48 m 栓焊半穿式桁梁＋7-16 m 先張預(yù)應(yīng)力低高度T 梁+3-10 m/4-12 m/1-24 m 先張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T 梁構(gòu)成?，F(xiàn)該橋第#18、#23～#24、#50、#52、#56～#57、#76～#78 孔8 m 普通高度鋼筋混凝土T 梁(圖號(hào)：叁標(biāo)橋1023)梁體表面混凝土局部碳化、露筋嚴(yán)重，下翼緣存在大量不規(guī)則細(xì)裂紋，棱角處混凝土脫落嚴(yán)重，有砂漿修補(bǔ)痕跡，嚴(yán)重影響梁體使用壽命（見圖1）。

圖1 京滬線#1963下淀特大橋8 m普通高度鋼筋混凝土T梁梁底劣化圖（裂縫、掉塊）

（2）京滬線 K783+825 涵原為 1-4.0×2.5 m 蓋板涵，涵長(zhǎng)53.4 m，位于前亭站內(nèi)。2004年因增建電廠專用線，在原蓋板涵端部接長(zhǎng)1 m 蓋板涵后再接長(zhǎng)框構(gòu)涵6 m，目前該涵總長(zhǎng)60.4 m。線路情況：前亭站線，共9 條?，F(xiàn)53.4 m 原蓋板涵和1 m 接長(zhǎng)蓋板涵蓋板混凝土粉化剝落、露筋銹蝕嚴(yán)重，進(jìn)一步發(fā)展將影響行車安全（見圖2、圖3）。

圖2 京滬線K783+825涵蓋板開裂、粉化

圖3 工務(wù)段對(duì)蓋板剝落砼、露筋處臨時(shí)修補(bǔ)

2 既有線鋼筋砼橋涵病害分析

既有線鋼筋砼橋涵常見結(jié)構(gòu)病害有結(jié)構(gòu)裂縫、混凝土碳化、鋼筋銹蝕及剝蝕掉塊等。主要原因可能是多方面的，概括歸納起來主要有三個(gè)：1、設(shè)計(jì)因素；2、施工質(zhì)量；3、運(yùn)營階段工作條件惡化。

鋼筋砼橋涵結(jié)構(gòu)在鐵路建設(shè)中大量使用，很長(zhǎng)時(shí)間是設(shè)計(jì)單位的首選。很多運(yùn)營鋼筋砼橋涵結(jié)構(gòu)服役在30年以上，很多病害橋涵甚至超過50年。原有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，設(shè)計(jì)形式不合理。

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，，這類鋼筋砼橋涵結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況下降，各種老化、破損、裂縫等病害隨之而來。

鋼筋砼結(jié)構(gòu)施工中存在質(zhì)量問題。施工中有許多隱蔽工程，對(duì)材料質(zhì)量控制要求高，施工工序控制嚴(yán)，如果項(xiàng)目施工中哪個(gè)環(huán)節(jié)出問題，最終將導(dǎo)致施工質(zhì)量不過關(guān)。

隨著國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，橋梁運(yùn)營階段工作條件變化較大，高速、重載、客運(yùn)量大幅增加。中、小跨徑的橋涵活載效應(yīng)占荷載總效應(yīng)的比例更高，因而影響更大。使用環(huán)境變化的同時(shí)，自然環(huán)境不斷地侵蝕，加快了鋼筋砼結(jié)構(gòu)的老化和衰退，很多既有線鋼筋砼橋涵處于帶病工作狀態(tài)。另外，運(yùn)營設(shè)備管理單位養(yǎng)護(hù)管理不到位也會(huì)加快病害發(fā)展。

3 病害整治

上海局工電檢測(cè)所橋梁檢定設(shè)計(jì)室對(duì)京滬線#1963下淀特大橋10 孔8 m 普通高度鋼筋混凝土T 梁及京滬線K783+825 蓋板涵的技術(shù)狀況和承載能力進(jìn)行綜合評(píng)定，確認(rèn)經(jīng)過加固能夠滿足結(jié)構(gòu)安全和正常使用要求，另外需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性修補(bǔ)及防護(hù)。

根據(jù)國內(nèi)外已有經(jīng)驗(yàn)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)基本由三種類型：加強(qiáng)薄弱結(jié)構(gòu)；更換薄弱結(jié)構(gòu)；改變結(jié)構(gòu)受理體系等。工程中最常用的加固方法有：增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系及增加構(gòu)件加固法等。

增大截面加固法施工簡(jiǎn)便但是養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)結(jié)構(gòu)外觀以及橋下凈空有影響；粘貼鋼板加固不中斷交通，施工快速，但是對(duì)施工工藝要求較高且使用范圍局限且粘貼鋼板加固，鋼板厚度一般不超過1 cm，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的提高有限，后期維護(hù)工作量大；粘貼碳纖維布加固法具有修補(bǔ)界面易脫離，共同受力性差，抗壓強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度不足等缺點(diǎn)；體外預(yù)應(yīng)力加固對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有所提高，但是體外鋼束容易腐蝕。徐州兩座橋涵采用鋼板與MPC高韌性復(fù)合材料相結(jié)合的方案，鋼板既起到模板作用又對(duì)結(jié)構(gòu)受力有幫助，大大提高了加固效果和施工效率。

MPC 高韌性復(fù)合材料是一種由超強(qiáng)高韌性膠結(jié)材料、多種改性劑以及特制細(xì)骨料配制而成的新型改性聚合物復(fù)合材料。它具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌性、與鋼筋混凝土界面之間的粘結(jié)性能好等優(yōu)異力學(xué)特性，還具有抗凍、防腐、抗?jié)B等良好的物理化學(xué)特性。通過大量理論計(jì)算與試驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比以及現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)加固工程實(shí)踐結(jié)果的考核和驗(yàn)證，該材料不僅可切實(shí)提高鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，還可以有效地抑制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展速度，可達(dá)到提高橋梁結(jié)構(gòu)承載力和耐久性之綜合維修加固功能。此外，該復(fù)合材料還具有施工工藝簡(jiǎn)便、施工質(zhì)量容易管理、施工周期短，在不損傷原結(jié)構(gòu)和不中斷交通等條件下，可滿足各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)維修與加固施工工藝等技術(shù)要求。2018年《MPC高韌性復(fù)合材料鐵路橋梁加固技術(shù)研究》課題榮獲中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該材料在既有既有鐵路橋涵砼結(jié)構(gòu)加固中的創(chuàng)新性、先進(jìn)性及使用推廣價(jià)值得到路內(nèi)專家的肯定（見圖4）。

圖4 京滬線#1963下淀特大橋8m普通高度鋼筋混凝土T梁加固圖

京滬線#1963下淀特大橋?qū)θ珮?0孔8 m 普通鋼筋混凝土T 梁進(jìn)行加固并罩面處理：（1）梁體下翼緣采用MPC 超強(qiáng)高韌性復(fù)合材料進(jìn)行修復(fù)。（2）梁體上翼緣、腹板等其它部位采用BY（S）-X40 聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)罩面處理。京滬線K783+825 原蓋板涵段采用MPC 超強(qiáng)高韌性復(fù)合材料對(duì)病害蓋板進(jìn)行加固，與梁體下翼緣加固方式相同。

4 施工工藝及步驟

施工步驟：①鑿除梁體（蓋板）粉化松動(dòng)混凝土保護(hù)層，并清洗干凈→②鋼筋除銹后涂刷阻銹劑→③鑿埋Φ10 mm×130 mm錨栓，間距50 cm×50 cm，錨栓通過鉆孔植筋的方式植入原梁體（蓋板），植筋膠采用A 級(jí)進(jìn)口膠→④采用專用鋼模板（厚6 mm），保證鋼模板與原混凝土界面干燥，壓漿澆注MPC 復(fù)合材料→⑤吊掛鋼模板的螺栓外露部分截?cái)嗖⒛テ剑克⒎冷P漆。

現(xiàn)場(chǎng)澆注MPC 復(fù)合材料注意事項(xiàng)：（1）現(xiàn)場(chǎng)壓漿澆注MPC 復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)材料廠家提供的各組分用量現(xiàn)場(chǎng)配置MPC復(fù)合材料。（2）采用計(jì)量、攪拌和壓漿全自動(dòng)施工設(shè)備時(shí)，應(yīng)事先對(duì)空壓機(jī)、電源、電線、電機(jī)、攪拌機(jī)以及物料傳送設(shè)備等進(jìn)行試運(yùn)行，確保整體設(shè)備正常工作；（3）現(xiàn)場(chǎng)壓漿澆注MPC復(fù)合材料時(shí)，采用低進(jìn)高出、最高處預(yù)留排氣孔，保證一次性連續(xù)澆注（見表1）。

表1 MPC復(fù)合材料性能指標(biāo)

5 結(jié)束語

通過MPC 高韌性復(fù)合材料加固后的2 座鋼筋砼橋涵，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及耐久性得到一定程度改善，并有效地抑制裂縫的擴(kuò)展速度，較好的解決了原來存在的病害問題。成功的MPC 高韌性復(fù)合材料加固工程的設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐案例，為形成不中斷交通運(yùn)輸條件下鐵路橋涵快速加固新技術(shù)和新工藝提供參考和一定的指導(dǎo)意義。