高速铁路混凝土连续梁结构修补及防护技术研究

王 喆 中国铁路上海局集团有限公司上海高铁维修段

1 前言

新时代，在“交通强国”的伟大方针指引下，我国高速铁路经过十几年的快速建设和发展，截止至2018年底高速铁路总营业里程达29 000 km以上，高居世界第一，已经成为我国新的“名片”。因此现阶段设备管理单位担负的运营维护任务显得尤为重要，各类设备病害整治技术亟需进行系统的研究以确保高速铁路运输绝对安全。

近期在对高速铁路桥梁结构服役状态的调查研究中发现，高速铁路混凝土连续梁结构普遍出现：混凝结构土松散剥落、裂纹、空洞不密实并伴有渗水等病害，通过进一步的分析评估，上述病害几乎全部发生在现浇混凝土连续梁结构，而且此类型病害如果不及时进行修补及防护，将严重影响桥梁耐久性。本文通过结合沪宁城际无锡西特大桥某座现浇混凝土连续梁结构病害整治实践，总结混凝土连续梁结构修补及防护技术，为设备管理单位提供相似工程的参考借鉴。

2 工程概况

沪宁城际无锡西特大桥某现浇混凝土连续梁桥跨布置形式为（60+100+60）m，梁部采用变截面预应力混凝土箱梁，箱梁截面为单箱单室。该连续梁服役仅仅10年不到的时间，已经出现梁底混凝土松散剥落、局部混凝土空洞裂缝、局部混凝土不密实等病害（见图1、图2、图3）。

经现场进一步查看及混凝土结构耐久性分析，以上病害均属于施工工艺不当或者不规范导致的梁体局部表层病害，桥梁正常运行暂不受影响，但亟需进行修补及防护，保证混凝土结构耐久性。

图1 梁底混凝土松散剥落

图2 混凝土空洞及裂缝

3 关键技术

整治时根据专项的检测评估报告确定该连续梁混凝土结构病害的部位、范围和程度，采用高强材料分层嵌补、壁可法、注浆法进行有针对性的修补、整治，同时全面排查箱梁内是否存在裂缝，发现裂缝一并纳入整治，另外对梁体进行一次全面的防护性涂装。

4 主要施工技术方案

4.1 混凝土松散、脱落整治

4.1.1 原因分析

该连续梁采用满堂支架现浇法施工，梁体内外模板均在桥面进行加工，持续时间较长，模板加工过程中产生的锯末等杂物散落至梁底，逐渐堆积到支座周边，混凝土浇筑前未清理干净，造成梁底支座周边混凝土杂物较多，导致混凝土表面出现松散、剥落病害。

4.1.2 处理方案

（1）首先将无强度的松散层全部清除彻底，对未超过钢筋保护层的，将松散混凝土凿去，洗刷干净。松散层较深超过钢筋保护层时，先清除松散部分和内部夹杂物，用压力水冲洗干净。清除时要避免对梁体钢筋及预应力钢筋造成损伤，如果钢筋发生锈蚀状况，应先对钢筋除锈，再使用环氧树脂砂浆涂刷进行防锈处理。

（2）然后采用弹性FLW-QF腻子材料进行分层嵌补。混凝土表面嵌补平整后，用FLW-JS聚合物水泥涂料进行表面装修。

（3）最后采用专业SIKA组合材料对其表面进行整体装修以保证整个工程的质量和观感。

4.2 混凝土裂缝整治

4.2.1 原因分析

该连续梁裂缝大小、分布无明显规律，属于混凝土收缩裂缝，按一般裂缝修补即可。

4.2.2 处理方案

（1）宽度＜0.15 mm的裂缝采用直接封闭处理，使用水性环氧封闭漆或溶剂型环氧封闭漆进行3次以上刷涂，让浆液靠毛细作用渗入裂缝中，以保证对裂缝的封闭。封闭漆对混凝土基材应具有良好的湿润性、渗透性、耐碱性和附着力，厚度一般为 20 μm～30 μm，最大不超过 50 μm，封闭漆主要性能指标见“混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件”防腐体系中的封闭底漆的技术条件。主要性能指标见表1。

表1 主要性能指标

（2）裂缝宽度≥0.15 mm的裂缝，采用“壁可法”注入肖邦BL-GROUT高分子树脂胶进行封闭处理。施工工艺流程图如图4所示。

图4 施工工艺流程

①表面处理：用锤子和钢钎凿除裂缝两侧疏松的混凝土块和砂粒，露出坚实的混凝土表面；使用砂轮、钢丝刷或类似工具对混凝土表面裂缝两边约5cm范围内的污物、灰尘、松散颗粒及粘结物等进行清理；用略潮湿的抹布清除表面的浮尘并彻底晾干；如果缝内潮湿，要等其充分干燥，必要时可用喷灯或电吹风机烘干，使用喷灯时注意不要让火焰直接烧灼混凝土。

②调制101#封口胶：封口胶主剂、硬化剂的配比为重量比7:3；确认环境温度和此温度下材料的使用时间，用抹刀反复混合搅拌胶的两种成分，直到其呈现均匀一致的灰色。

③安装注入座：了解裂缝的走向、起止点、分岔情况，确定粘结注入座的位臵，用石笔在裂缝表面做标记。用抹刀将少许封口胶抹在注入座底面四边，将注入孔正对裂缝中心稍加按压，使胶体从底面的4个小孔中挤出，并用胶将注入座底板四周包裹。注意不要让胶堵住注入孔，粘好后不要再移动注入座。注入座的数量，可按每米3个布置，裂缝分叉处应有注入座。

④密封裂缝：用抹刀刮抹封口胶密封注入座之间的裂缝，密封宽度约5 cm，厚度2 mm左右。可先沿与裂缝垂直方向抹，尽量使封口胶填充进裂缝一定深度，然后再沿裂缝走向抹，避免在一处反复涂抹。缝两侧有较多细微龟裂的部位，应抹至8 cm～10 cm宽，并按压胶的边缘，消除卷边。混凝土剥落处要填充密实，裂缝末端也要封闭严密。裂缝密封后，对封口胶进行养护，环境温度在50℃时养护24 h，环境温度在150℃时养护12 h，固化前要注意防水。

⑤安装注入器：同一条裂缝的注入器要一起安装完成，防止注入材料从未安装注入器的底座流出。

⑥调制灌注胶：BL-GROUT灌注胶为双组分材料，使用时根据用量需要按主剂：硬化剂=2:1进行混合搅拌均匀即可。

⑦注入灌注胶：将BL型注入器的连接端安装在注入座上，把卡口部分的两扣卡紧，确认橡胶密封圈处于正常位置。打开黄油枪的盖子，把枪体的拉杆拉到头，使枪体内形成空腔，将胶装入枪体，盖好盖子。将黄油枪倒置，打开阀门，推动黄油枪推杆，排除管道中的空气。当过滤器中有胶流出时，将它连接到注入器的注入端，卡紧两扣卡口，慢慢推动黄油枪推杆，开始注入。每次推动都要达到活塞的行程尽头，每2 s～3 s推动一下。注胶时，水平走向的裂缝从一端开始逐个注入，倾斜或垂直走向的裂缝要从较低一端开始向上推进。同一条裂缝上的灌注胶应连续注入，间隔时间不能太长。

⑧注入量的控制：当注入胶充满注入器的限制套时，即停止注入，等待注入器缓慢的将胶体压入裂缝内。当注入器膨胀后收缩较快，说明该处裂缝，封内空间大，要补灌，直到注入器能稳定地保持一定的膨胀状态。

⑨灌注胶的固化：在固化过程中，可手捏注入器随时了解固化情况，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。如有必要用砂轮机把胶口打磨掉，保证表面平整。

4.3 混凝土表面空洞整治

4.3.1 原因分析

（1）该连续梁施工时内外模板距离狭窄，振捣困难，骨料粒径过大，钢筋过密，造成砼下料时被钢筋或振动棒卡住，下部形成孔洞。

（2）混凝土流动性差，或出现离析，粗骨料同时集中到一起，造成浇筑不畅。

（3）施工时未按浇筑顺序振捣，造成漏振点。没有分层浇筑，或分层过厚，使下部砼振捣作用半径达不到，形成松散状态。

（4）水泥结块、骨料中含有冰块、泥块等杂物。

4.3.2 施工方案

（1）基层处理，首先凿除疏松位置的混凝土至坚硬混凝土处，凿除前要确定梁体钢筋及预应力钢筋位置，避免对梁体钢筋及预应力钢筋造成损伤。然后打磨去除混凝土表面浮浆。

（2）对混凝土空洞部分凿除后的钢筋进行检查，如果钢筋发生锈蚀状况，应先对钢筋除锈，基面涂刷界面剂后再进行混凝土修复。

（3）界面处理采用加固型卡本界面剂或CB-720环氧基界面剂做界面处理，增强界面粘接力。拉伸粘结强度≥3.3MPa（混凝土破坏）。

（4）混凝土耐久性修复，混凝土表面处理：抹耐久性高强修补料进行修复。厚度依照现场孔洞深度确定，每次抹灰厚度：20 mm左右，最终以基层修复平整为准。抗压强度R28≥50 MPa，耐久性要求的最小厚度为10 mm。

（5）面层处理，24 h后表面再刮一层耐久性薄层修补料保证面层美观度，厚度1 mm左右。

4.4 混凝土内部空洞不密实整治

4.4.1 原因分析

（1）该连续梁施工时内外模板距离狭窄，振捣困难，骨料粒径过大，钢筋过密，造成砼下料时被钢筋或振动棒卡住，下部形成孔洞。

（2）混凝土流动性差，或出现离析，粗骨料同时集中到一起，造成浇筑不畅。

（3）施工时未按浇筑顺序振捣，造成漏振点。没有分层浇筑，或分层过厚，使下部砼振捣作用半径达不到，形成松散状态。

（4）水泥结块、骨料中含有冰块、泥块等杂物。

4.4.2 施工方法

对于混凝土结构内部空洞，采用注浆法进行加固。

（1）布孔：根据检测结果，标定空洞位置，根据空洞大小，每个空洞部位布设3～5个孔。

（2）钻孔：采用钻孔机钻孔，钻孔直径3 cm，孔深要达到混凝土空洞处，并保证各孔相通。钻孔前要根据设计图纸定位出梁体钢筋及预应力钢筋位置，避免钻孔时对梁钢筋及预应力钢筋造成损伤。钻孔完成后，由一个孔道注入清水，观察各孔道是否出水，有不出水的孔，必须补钻，直至各孔相通。选定一个作为注浆孔，与注浆孔最远的一个作为排气孔。

（3）注浆压力确定：由于浆液的扩散能力压力的大小密切相关，高压浆压力能使一些微细孔隙张开，浆液填充得更密实，高压浆压力还有助于挤出浆液中多余水分，使浆液结石强度提高。但是当压浆压力超过混凝土的抗折强度时，会造成混凝土破坏。因此，应通过现场试验来确定，本次压浆采用的最大压力为0.5 MPa～0.7 MPa。

（4）制备浆液：为保证修补质量，选用TS-168G预应力孔道压浆料预应力孔道压浆料作为注浆材料。TS-168G是由高标号水泥以及多种无机和有机材料复合而成，具有流动性好，泌水率小，早强、微膨胀、压浆饱满等特性，并可一次性压浆施工，孔道内浆体密实无孔隙，预应力筋不锈蚀，并与混凝土牢固粘结成为一个整体。

（5）压浆：将灌浆栓塞打入孔中，软管出料口套在栓塞上并固定好，如果连接部牢固或密封不够，就会发生漏浆、暴孔、压力不足等现象。锚固牢靠后，启动压浆泵，同时打开搅拌机底部出料开关，开始连续地泵送灰浆。开始压浆前，除排气外，其余各孔均预先塞死。

开始压浆后，按与压浆孔的距离，由近而远，顺序打开木塞，一孔饱满出浆后，将其塞住，再打开下一个孔，如此循环进行，直至最后的排气孔出浆，并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止。关闭出浆口后，在0.5 MPa压力下，保持稳压2 min，让浆液在支座内充分渗透，达到挤密和充实的效果，然后打开卸荷开关，缓慢降压，直到压力归零，结束压浆。

5 结束语

本工程对高铁现浇混凝土桥梁结构常见的松散、裂纹、空洞、不密实等病害进行整治，实施完成后效果良好，有效的提高了原有混凝土结构的耐久性，可以广泛运用于同类型混凝土病害及修补，可供设备管理单位参考借鉴。