简述水力破除技术及自密实混凝土在桥梁混凝土表面缺陷修复中的应用

翁利青

1 工程概况

四角井大桥全长 189.80m，孔跨类型为（ 50+90+50 ） m 预应力混凝土双线连续梁。桥面宽 9.40m，线间距 4.20m，设计时速：70km/h。

上部结构为预应力混凝土变截面连续箱梁，横截面为单箱单室直腹板。箱梁采用 C55 混凝土，采用 C55 补偿收缩混凝土进行封锚。管道压浆采用强度等级不低于 M55 的水泥浆，支点截面中心处梁高 6.0m，跨中截面中心处梁高 3.0m，梁高按圆曲线变化；全桥箱梁顶板宽 9.40m，底板宽 6.0m，顶板厚 0.30m，腹板厚分别为 0.80m、0.65m、0.45m，底板厚度由跨中0.30m 按圆曲线变化至支点根部 0.80m。

2 质量缺陷情况及原因分析

四角井大桥连续梁在浇筑1 号墩1 号块过程中，由于施工班组振捣和项目部现场管理人员监督不到位造成1 号块腹板中下部外侧面混凝土表面蜂窝，局部有少许浅层空洞，大约厚3～5 公分，局部点约18 公分。

3 缺陷位置检测情况

本次检测通过外观检测和扫描式冲击回波测试方法（IES）是一种基于冲击回波原理的、用于大面积混凝土检测和可形成高分辨率图像的测试方法，主要应用于桥梁结构中混凝土内部缺陷识别、后张预应力管道的厚度剖面成像、灌浆密实度等。

根据现场对四角井大桥 1#墩 A1、B1 悬浇段两侧腹板的外观检查和混凝土内部缺陷检测，混凝土表层蜂窝、麻面病害面积：5.05 m2～6.00 m2，影响最大深度为 18.20cm，主要区域集中于外观检查中表层蜂窝、麻面区域。腹板混凝土表观良好区域未发现明显的内部缺陷。

（1）A1 悬浇段左腹板

距梁底板 0.00m 处，1 处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 2.84m，面积 S=5.51m2,测得最深内部蜂窝深度为 32.60mm；

（2）A1 悬浇段右腹板

距梁底板 0.3m 处，1 处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 1.90m，面积 S=5.10m2,测得最深内部蜂窝深度为 72.00mm；

（3）B1 悬浇段左腹板

距梁底板 0.00m 处，1 处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 1.86m，面积 S=5.04m2，测得最深内部蜂窝深度为 52.00mm；

（4）B1 悬浇段右腹板

距梁底板 0.00m 处，1 处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 2.00m，面积 S=6.00m2,现场通过凿除表面松散混凝土，测得最深内部蜂窝深度为 167.85mm；

4 缺陷混凝土修复方案

4.1 施工准备

（1）根据现场实际情况编制实施方案，并对现场技术人员和施工班组进行交底，缺陷部位使用水冲切割。

（2）主要进场设备及材料：

小型发电机、拌和机、电镐、高压水枪、空压机、塔吊各一台；皮卡车、洒水车各一辆；钢管架、模板200 m2；I20 工字钢48 米；25 精轧螺纹钢96 米；42钢管50 米；12mm 胶合板30 m2；渗透性除锈剂6kg；混凝土界面剂10kg；土工布60 m2；塑料薄膜50 m2；料斗1 个。

4.2 修复工艺流程：

平台搭设→缺陷深度、宽度测量→报监理工程师确认→凿除缺陷混凝土→冲洗混凝土面→报监理工程师验收→混凝土底层刷界面剂→报监理工程师验收→埋设传感器→模板安装→报监理工程师验收→自密实混凝土修补→拆模养护

（1）平台搭设

为了确保施工安全和足够的施工操作平台，现场加工4 个吊篮，每个吊篮用4根25 精轧螺纹钢吊在2 根3 米长20b 工字钢上，工字钢放在快速通道和轨道交通两侧桥面上与桥面现有预埋钢筋点焊固定。吊篮底部采用2 根4 米长20b 工字钢做承重吊梁，工字钢上部焊接固定Φ16@20，顶面铺设12mm 厚竹胶板，在吊篮四周焊接固定钢管做围栏高度大于1.2 米，在围栏四周挂安全网。

（2）缺陷深度、宽度测量

根据现场情况实测蜂窝深度大约3～5 公分，局部点约18 公分。

（3）采用水力破除技术凿除缺陷混凝土

①、水力破除原理

高压水泵输出高压水，传送到执行机构，执行机构喷射出高压水，作用于混凝土表面。混凝土为非匀质的多孔隙材料，是由相互胶结的各种不同形状、大小的颗粒堆聚而成，具有固相、液相、气相的多微孔结构，在高压水钻入混凝土表面的微孔中，当水的压力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就被破碎。由于钢筋表面密实，没有微孔，高压水无法钻入，所以钢筋毫发未伤。

②、水力破除技术的特点

灵活、简便、快速；无粉尘、无污染、低噪音；无震动和损伤且控制精确；

③、水力破除的主要参数

水压：取决于喷嘴及水泵功率，提高水压可以提高破除效率，一般水压控制在1000-1400bar。

流量：通过改变高压泵柱塞直径大小可以实现流量改变，提高流量可以提高破除效率，一般水流量为140-160L/min。

打击时间：取决于喷嘴架移动速度、往复速度和往复数。在水压和水流量一定的情况下，打击时间决定了混凝土的破除深度。如混凝土强度30MPa,破除深度100mm 时，破除量为10-15m²/h。

④、水力破除的方法及施工注意事项

本工程凿除采用水力破除技术进行凿除，现场采用1 台20305 型超高压水泵人工进行水冲凿除。水冲用水项目部安排一辆洒水车负责水源供应。水冲工作完成后，由人工辅以电镐对冲洗面水冲法凿除不到位混凝土进行进一步修除，然后用清洁水进行清洗，确保整个施工面整洁。

在水冲前技术人员按照检测报告显示的缺陷部位和深度对冲洗范围及深度进行交底。一般浅层蜂窝麻面部位冲进深度为4-5cm 露出密实混凝土为宜,局部蜂窝较深处冲到露出密实混凝土为止，现场处理效果如图所示：

处理前（A1 右） 处理后（A1 右）

（4）、混凝土底层刷界面剂

在混凝土表面饱和面干的情况下用刷子涂刷水剂比为2∶3（2.5kg/m2）的结构TW-JM1 混凝土界面处理剂，以增强新旧混凝土之间的粘合力。使用时直接加清水搅拌混合成厚糊状（不要有生粉团）即可使用，搅拌好的界面剂放置5 分钟后再使用。

①混凝土界面剂施工要求

A、施工时环境应通风良好、干燥（相对湿度≤70%）且气温与基面温度不得低于5℃。

B、基面准备：基面应干净、无松动、无灰尘、无油指，为避免影响混凝土的粘结强度，松动部位应事先凿除。

C、养护与成品保护：自然养护，加强通风，待浆料实干(表面变灰黑色)并确认完全封闭基面后,方可开展后续的工序。

②混凝土界面剂注意事项

A、严禁雨天施工；

B、施工时要求温度在5℃以上；

C、储存在阴凉干燥处，未启封的产品有效期为6 个月。

（5）埋设传感

为了满足修复质量和对后期施工梁体的应力变化进行监控，在4 个修复面各埋设1 个传感器，用扎丝将传感器牢牢捆扎在梁体钢筋上，然后用扎丝将导线绑扎在竖向钢筋绑上，对已埋设好的传感器要求施工现场予以可靠保护，监控人员加强对已埋设传感器的巡查和保护，尽量避免因人为因素造成传感器的损坏。

（6）安装模板：

模板采用12mm 厚1.5mx1.0m 胶合板，用50mmx50mm 方木做竖向背楞间距为500mm，横向用48 钢管配M16 膨胀螺栓对拉固定。在模板上口预留1-2 个进料口便于灌注混凝土，模板边缘贴双面胶防止漏浆。模板拼接要严实不得漏浆，平整度和垂直度要满足规范要求。

① 1 号墩A1 左右测混凝土分两次浇筑，A1 左模板安装示意图如下：

A1 左混凝土第一次浇筑模板安装示意图

A1 左混凝土第二次浇筑模板安装示意

②1 号墩B1 左右混凝土分一次浇筑。模板安装示意图如下：

B1 右混凝土一次浇筑模板安装示意图

（7）灌注自密实混凝土

①自密实混凝土典型性能；

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②自密实混凝土配合比；

原材粗骨料采4.75～16mm 的碎石，针片状应颗粒含量应≤8%、含泥量应≤1.0%、泥块含量应≤0.5%；细骨料选用级配良好的II 区中砂，河砂的含泥量应≤3.0%、泥块含量应≤1.0%;其他性能指标应符合《普通砼用砂、石质量及检验方法标准》JGJ152 中的相关规定。

修补采用C60 混凝土，项目部试验室在监理见证下，对进场原材料取样检测，合格后进行混凝土试配；水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级：52.5MPa；外加剂采用GMA 无收缩自流密实混凝土外加剂，砼试配7 天后，对标养混凝土进行检测，强度达到要求后方可用现场施工。为了防止钢筋锈蚀在混凝土中参入TW-R2 混凝土防腐阻锈剂3Kg/m3。

每立方混凝土材料用量（kg/m3） 水泥 细集料 粗集料（5-10） 水 外加剂 500 789 821 180 100 坍落度 ：220-270mm，扩展度：650±50mm 7 天 28 天 抗压强度(MPa) 65.5 73.2

③混凝土灌注

修复混凝土用量较小（约2 方），由于混凝土自密实性能对原材料及配合比较敏感，为保证混凝土拌合质量，所有材料必须严格计量，混凝土拌和时，GMA 外加剂直接以粉剂的形式加入并均匀撒布在水泥表面，避免与潮湿的砂、石直接接触。现场采用1 台JZC350 型混凝土搅拌机，严格按照配合比进行拌制。混凝土通过模板预留进料口倒入修复区，在灌注过程中用小锤适当敲打模板保证混凝土密实。

（8）模板拆除及养护

混凝土强度达到1Mpa 时可拆除模板，拆除前先把膨胀螺栓卸掉，用撬杆轻撬模板，模板拆除把膨胀螺栓切除，及时用透明胶带把塑料薄膜贴在混凝土面上。再用土工布包裹，具体的修复效果如图：

修复后（A1 右）

（9）砼质量跟踪

28 天后用高强砼回弹仪对修复面进行实体检测，经检测实体强度均超出设计值。

5 施工注意事项

（1）修补施工使用的主要材料具有国家相关管理部门的产品性能检测报告和产品合格证，其质量及性能指标的检验符合有关现行国家、行业标准规定。在材料进场后，在监理鉴证下进行原材料取样检测，合格后方可用于施工。

（2）修补采用的自密实混凝土要比原结构强度指标高一等级，为C60。修补前，由试验室在监理鉴证下试配混凝土，并对7 天强度进行检测，确保混凝土质量满足要求。修补处混凝土与原结构混凝土表面色泽基本保持一致。

（3）施工全部过程要依据方案实施，做好施工记录、影像记录、责任签证管理；技术管理人员全程监控，每到工序自检合格后报监理人员检查验收，修复完成后请专业的检测单位现场实体检测。

6 结束语

本文就水力破除技术及自密式混凝土在四角井大桥1 号墩1 号块腹板蜂窝麻面质量问题修复中的应用做简单的介绍，希望同行在遇到类似问题时能有所帮助。