0引言
隨著近年來我國國民經濟的快速發(fā)展，全國道路的交通量顯著增加，橋梁結構在日益增長的車輛荷載作用下，尤其是車輛大型化的發(fā)展趨勢下出現(xiàn)了越來越多的病害，其中以上部梁體開裂最為常見。造成梁體開裂的原因有很多，作者已在《營運期間橋梁裂縫成因分析》（《貴州工業(yè)大學學報自然科學版》第37卷 第3期）中作了闡述。而通過對梁體裂縫出現(xiàn)的位置、裂縫的發(fā)展狀況的分析可以判斷出病害產生的原因，從而對梁體采取有針對性的加固措施。但是在對梁體進行主體結構加固前一般都要求對梁體的裂縫進行處治，否則會對結構的耐久性和主體結構的加固效果產生不利的影響。作者近幾年參加了一些運營期間橋梁的檢測、加固設計工作，尤其在廣東省清連一級公路改造工程和重慶市江津長江公路大橋中，大量的接觸到了上部梁體開裂的病害。本文選取重慶市江津長江公路大橋和廣東省清連一級公路改造工程中具有代表性的逕口大橋和頭巾灘大橋對運營期間的橋梁上部梁體開裂病害的處治方法進行闡述，供同行參考。
1 梁體裂縫的處治方法
對于梁體裂縫的處治方法主要有封閉法、壓漿法、粘貼碳纖維布封閉法三種，實際應用中針對橋梁結構、病害狀況等狀況的不同，對梁體裂縫采用了不同的處治方法：
1.1 封閉法和壓漿法
江津長江公路大橋建成于1997年，主橋為（140+240+140）m預應力混凝土連續(xù)剛構，德感側引橋為14x50m簡支T梁橋，江津側引橋為4x22.5m連續(xù)板橋。主橋橋梁凈寬21.5m。主墩采用雙薄壁墩身，群樁基礎，引橋下部結構采用柱式墩、樁基礎、重力式橋臺。上部主要病害為：主跨跨中下?lián)?，箱梁頂、底板開裂等病害。其中箱梁頂、底板開裂情況為：主跨跨中段箱梁底板底面裂縫橫向貫通底板，箱梁頂板底面縱向裂縫較多，上、下游腹板與底板交界處均發(fā)現(xiàn)3?寬縱向裂縫，1/3～2/3跨徑范圍內上、下游腹板斜裂縫共32條，裂縫寬度均超過規(guī)范允許值。病害如下圖所示：
在江津長江大橋加固工程中，對箱梁裂縫采取了封閉法和壓漿法進行裂縫處治，并采用設置體外預應力鋼束的方法提高結構的承載能力，防止主橋跨中繼續(xù)下?lián)稀?br />
逕口大橋長263m，橋寬10.75m，跨徑布置為10×25m，上部結構采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，下部橋臺采用U型臺、擴大基礎，橋墩采用柱式墩、樁基礎。上部主要病害為：第2、3、5跨箱梁底板在跨中位置出現(xiàn)橫向貫通裂縫，最大縫寬0.2mm；各跨箱梁腹板在橋跨范圍內均出現(xiàn)豎向裂縫，最大縫寬0.24mm；各跨箱梁在支點處翼緣板下緣出現(xiàn)橫向貫通裂縫，最大縫寬0.2mm。在清連一級公路改造工程中，對逕口大橋上部箱梁采用了封閉法和壓漿法進行裂縫處治，并采用縱向粘貼鋼板條的方法提高結構的承載能力。
封閉法和壓漿法是上部梁體出現(xiàn)裂縫的處治工作中使用最多的方法，這兩種方法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。的通常對于裂縫寬度≥0.15mm的結構受力裂縫采用壓漿法進行修補；非結構受力裂縫和寬度＜0.15mm的裂縫采用封閉法進行修補。
1.1.1 材料特性
(1) 裂縫修補膠(注射劑)安全性能指標應符合下表要求：
檢驗項目
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性能指標
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試驗方法標準
|
膠體性能
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抗拉強度(Mpa)
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≥20
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GB/T 2568
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受拉彈性模量(Mpa)
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≥1500
|
GB/T 2568
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抗彎強度(Mpa)
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≥30且不得呈脆性(碎裂狀)破壞
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GB/T 2570
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抗壓強度(Mpa)
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≥50
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GB/T 2569
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鋼－鋼拉伸抗剪強度標準值(Mpa)
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≥10
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GB/T 7124
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不揮發(fā)物含量(固體含量)
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≥99%
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GB/T 14683
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可灌注性
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在產品使用說明書規(guī)定的壓力下能注入寬度為0.1mm的裂縫
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現(xiàn)場試灌注固化后取芯樣檢查
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(2)修補裂縫用聚合物水泥注漿料安全性能指標應符合下表要求：
檢驗項目
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性能或質量指標
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試驗方法標準
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漿體性能
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劈裂抗拉強度(Mpa)
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≥5
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抗壓強度(Mpa)
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≥40
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GB/T 2569
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抗折強度(Mpa)
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≥10
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注漿料與混凝土的正拉粘結強度(Mpa)
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≥2.5，且為混凝土破壞
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1.1.2 施工工藝
(1) 裂縫的檢查及標注
根據裂縫的分布，在現(xiàn)場核實裂縫數量、長度及寬度，并在梁上進行標注，據此進行灌漿材料配量、埋嘴、灌漿等方面的具體計算和安排。
① 對于裂縫寬度＜0.15mm
采用聚合物水泥表面封閉法，聚合物水泥是在加固專用的改性環(huán)氧漿液配出后按規(guī)定比例加入一定量的525＃水泥攪拌均勻而成，封閉后要考慮梁體表面的美觀。
?、?對于裂縫寬度≥0.15mm
采用灌注混凝土裂縫修補膠液封閉裂縫法，將裂縫修補膠漿液壓注入結構物內部裂縫中去，以達到封閉裂縫，恢復并提高結構強度、耐久性和抗?jié)B性的目的，使混凝土構件恢復整體性。
(2) 鉆孔
在裂縫表面進行騎縫鉆孔，以此作為灌漿導向孔。腹板及頂、底板裂縫：沿裂縫走向鉆孔，孔深5厘米，孔徑8毫米，孔距35厘米，凡裂縫交叉處應在交叉地方鉆孔。
(3) 清孔及裂縫表面處理
所有孔眼必須使用高壓空氣吹洗干凈，使其不讓灰渣阻塞，之后沿裂縫從上而下將兩邊3cm～4cm范圍內的灰塵、浮漿用小錘、手鏟、鋼刷、砂紙、毛刷依次處理干凈，將構件表面整平，鑿除突出部分，然后用丙酮擦洗，清除裂縫周圍的油污，清洗時應注意不要將裂縫堵塞。
(4) 粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉
?、?粘貼灌漿嘴底盤的鐵銹必須除凈，并用丙酮擦洗干凈，然后將專用膠泥均勻的抹在底盤周圍，厚度1～2毫米，與孔眼對準粘貼在裂縫上。灌漿嘴的間距根據縫長及裂縫的寬窄以3.5～4.0厘米為宜，一般寬縫可稀，窄縫宜密，每一道裂縫至少須各有一個進漿孔的排氣孔。注意，灌漿孔眼必須對中保證導流暢通，灌漿嘴應粘貼牢靠，四周抹成魚脊狀進行封閉。
?、?裂縫表面封閉
為使混凝土縫隙完全充滿漿液，并保持壓力，同時又保證漿液不大量外滲，必須對已處理過的裂縫表面(除孔眼及嘴子外)用聚合物水泥砂漿漿液沿裂縫走向從上至下均勻涂刷兩遍進行封閉(寬度6～8cm)，并在上面分段緊密貼上一層玻璃絲布(寬度5～7cm)，形成封閉帶。
(5) 壓氣實驗
封閉帶硬化后，需進行壓氣試驗，以檢查封閉帶是否封嚴，壓縮氣體通過灌漿嘴，氣壓控制在0.2～0.4MPa，此時，在封閉帶上及灌漿嘴周圍可涂上肥皂水，如發(fā)現(xiàn)通氣后封閉帶上有泡沫出現(xiàn)，說明該部位漏氣，對漏氣部位可再次封閉。
試氣對于豎向縫可從下向上，水平向縫由低端往高端進行。
(6) 灌漿操作
?、?灌注裂縫采用空氣泵壓注法，壓漿罐與灌漿嘴用聚氯乙烯高壓透明管相連接，連接要嚴密，不能漏氣。
?、?在灌漿過程中應注意控制壓力，裂縫寬度較大的，如果進漿通暢時，壓力宜控制在0.2MPa；如果裂縫進漿不暢，可把泵壓控制在0.4MPa。
③ 灌注的次序：對于水平裂縫，宜由低端逐漸壓向高端；對于豎向腹板裂縫由下向上逐漸壓注；從一端開始壓漿后，另一端的灌漿嘴在排出裂縫內的氣體后噴出漿液與壓入的漿液濃度相同時，可停止壓漿，在保持壓力下封堵灌漿嘴。
貫通縫如果單面灌后另一面未見出漿，可在另一面壓灌一次。 對于未貫通腹板縫必須見到鄰近嘴子噴漿。
④ 其它工作
對于已灌完的裂縫，待漿液固化后將灌漿嘴一一拆除，并將粘貼灌漿嘴處用專用樹脂膠泥抹平，最后對每一道裂縫表面再涂一層聚合物水泥漿，確保封閉嚴實，并使其顏色與原混凝土結構表面盡量保持一致；灌漿工作完畢后，用壓縮空氣將壓漿罐和注漿管中殘液吹凈，并用丙酮沖洗管路及工具，以備下次使用。
1.2粘貼碳纖維布封閉法
頭巾灘大橋長365m，橋寬22m，斜交角度110°，跨徑布置為9x20+10+9x20m，上部結構采用預制預應力混凝土空心板+現(xiàn)澆異型鋼筋混凝土空心板，下部橋臺采用肋式臺、U型臺，樁基礎、擴大基礎，橋墩采用柱式墩，樁基礎。上部主要病害為：全橋近半數空心板板底存在縱向裂縫，縫長1m～貫通，最大縫寬0.44mm；個別板梁在靠近橋墩2m～7m范圍內底板出現(xiàn)橫向貫通裂縫，裂縫寬度0.06～0.2mm；左幅橋現(xiàn)澆板底發(fā)現(xiàn)11條縱向裂縫，縫長介于1.1m～貫通，寬0.1mm～0.16mm。在清連一級公路改造工程中，對頭巾灘大橋梁體采用了梁底粘貼碳纖維布封閉法進行裂縫處治。
碳纖維布具有適應性好、耐腐蝕、幾乎不增加結構自重、施工簡便等優(yōu)點。采用粘貼碳纖維布的方法對梁體裂縫進行封閉不僅能夠滿足修補裂縫的要求，還能提高結構承載能力，對結構構件進行局部補強。尤其在現(xiàn)在我國的國產碳纖維布質量不斷提高，市場價格不斷下降的大環(huán)境下，粘貼碳纖維布封閉法的使用前景將會更加廣泛。
1.2.1 材料特性
(1) 碳纖維布
碳纖維復合材安全性能指標
類別
項目
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單向織物(布)
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條形板
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高強度Ⅰ級
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高強度Ⅱ級
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高強度Ⅰ級
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高強度Ⅱ級
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抗拉強度標準值ff,k(MPa)
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≥3400
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≥3000
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≥2400
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≥2000
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受拉彈性模量Ef(MPa)
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≥2.4×105
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≥2.1×105
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≥1.6×105
|
≥1.4×105
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伸長率(％)
|
≥1.7
|
≥1.5
|
≥1.7
|
≥1.5
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彎曲強度ffb(MPa)
|
≥700
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≥600
|
|
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層間剪切強度(MPa)
|
≥45
|
≥35
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≥50
|
≥40
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仰貼條件下纖維復合材與混凝土正拉粘結強度(MPa)
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≥2.5，且為混凝土內聚破壞
|
纖維體積含量(％)
|
|
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≥65
|
≥55
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單位面積含量(％)
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≤300
|
≤300
|
|
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(2) 粘貼碳纖維用膠黏劑
碳纖維浸漬、粘接用膠粘劑安全性能指標
性能項目
|
性能要求
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A級膠
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膠體性能
|
抗拉強度(MPa)
|
≥40
|
抗拉彈性模量(MPa)
|
≥2500
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抗彎強度(MPa)
|
≥50
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且不得呈脆性破壞
|
抗壓強度(MPa)
|
≥70
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伸長率(％)
|
≥1.5
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粘結能力
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鋼－鋼拉伸抗剪強度標準值(MPa)
|
≥14
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鋼－鋼不均勻扯離強度(kN/m)
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≥20
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與混凝土的正拉粘結強度(MPa)
|
≥2.5，且為混凝土內聚破壞
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不揮發(fā)物含量(固體含量)(％)
|
≥99
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底膠及修補膠的安全性能指標
性能項目
|
性能要求
|
A級膠
|
底膠
|
鋼－鋼拉伸抗剪強度標準值(MPa)
|
≥14
|
與混凝土的正拉粘結強度(MPa)
|
≥2.5，且為混凝土內聚破壞
|
不揮發(fā)物含量(固體含量)(％)
|
≥99
|
混合后初粘度(23℃時)(Mpa·s)
|
≤6000
|
修補膠
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膠體抗拉強度(MPa)
|
≥30
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膠體抗彎強度(MPa)
|
≥40，且不得呈脆裂破壞
|
與混凝土的正拉粘結強度(MPa)
|
≥2.5，且為混凝土內聚破壞
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1.2.2 施工工藝
(1) 施工準備
?、?認真閱讀設計施工圖，充分理解設計意圖和要求。
?、?熟悉施工現(xiàn)場和被加強部位混凝土的實際狀況，擬定出施工方案和施工計劃。
?、?對所使用碳纖維布、配套樹脂、機具等作好施工前的準備工作。
(2) 表面處理
?、?清除被補強范圍內表面混凝土的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，并用修復材料將表面修復平整。
② 按設計要求對裂縫進行灌縫或封閉處理。
③ 被粘貼混凝土表面應打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質，完全露出結構斷面。
?、?將混凝土表面清理干凈并保持干燥。
(3) 膠粘劑配制
?、?預配制包裝：在各自容器中攪動混合。將B組分加入A組分，用手持式低速電動攪拌器(最大500rpm)攪拌3分鐘，使其外觀均勻一致，盡可能少的帶入空氣。
?、?大量包裝，非預配制包裝：將兩組分以正確的比例放入合適的混合容器中，用低速電動攪拌器正確的攪拌。當樹脂和固化劑混合即為使用期的開始?；旌狭吭酱螅褂脮r間越短。為了在較高溫度下，得到更長的使用時間，可將混合的膠粘劑分成幾個部分，或是在混合之前降低A、B組分的溫度。
(4) 找平處理
?、?配制找平材料。
?、?混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，且不應有楞角。
?、?轉角處應用找平材料修復為光滑的圓弧，半徑不小于20mm。
④ 待找平材料表面指觸干燥時即進行下一步工序施工。
(5) 粘貼碳纖維布
?、?按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。
?、?用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面。待樹脂表面指觸干燥時即進行下一步工序施工。
?、?將碳纖維布用清潔劑清潔后，用抹灰刮刀將膠粘劑涂在其表面，用特制的滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布。滾壓時不得損傷碳纖維布。
?、?在粘接劑允許的暴露時間內(視溫度不同而定)，將碳纖維布置于混凝土表面上。用橡皮滾筒將板壓到環(huán)氧膠粘劑中，直到膠粘劑由板兩邊被擠出。
?、?粘貼碳纖維布時，各層碳纖維布應錯開布置，各層的錯開間距應為5～10cm，且應保證各層碳纖維布的接縫錯開。
?、?當膠粘劑固化后，可以清除流出在層壓板上的粘接劑的膜，最后，輕輕敲打進行碳纖維布的空鼓檢驗。
2 結語
由于混凝土自身具有高抗壓，低抗拉的特性，因此上部梁體在橋梁運營過程中出現(xiàn)裂縫是不可避免的。但是裂縫的出現(xiàn)為化學介質、氣體和水分侵入結構導致鋼筋銹蝕提供了通道，導致結構的耐久性下降，最終將危及橋梁安全。因此對于梁體裂縫應該及早發(fā)現(xiàn)，及早處理，對于處治后又再次開裂和裂縫一直在發(fā)展的構件要從根本上分析其裂縫的產生原因，對構件采用適合的加固方法從而在根本上消除裂縫產生的因素，保證構件的耐久性，最終使橋梁能夠發(fā)揮正常的使用功能，保障人民的生命財產安全和交通的暢通。
