高速公路旧桥续建病害处治技术探讨

■吴 杰

（南平高速咨询监理有限公司， 南平 353000）

塔前互通式立交D 匝道桥位于南平延平区塔前境内，属低山丘陵间冲洪积Ⅰ、Ⅱ级阶地地貌，地形起伏较大，小溪从中部通过。 上覆地层全新统冲洪积层、残坡积层，下伏侏罗系梨山组细砂岩风化层、燕山早期侵入花岗闪长岩、花岗岩风化层。 桥中心桩号为DK0+439.434， 桥梁全长为397.86 m，采用4×30 m+5×30 m+4×30 m 三联十三孔30 m 预应力混凝土T 梁刚构连续的结构形式。 本桥最大墩高41 m， 柱 桩 径 采 用1.4 m 配1.6 m 及1.6 m 配1.8 m。下部结构采用柱式墩（柱径1.4 m 和1.6 m），桩基础（桩径1.6 m 和1.8 m）；柱式台，桩基础（桩径1.3 m），下部共12 根墩（24 根立柱），起点为0#台，终点为13#台。

该桥由于特殊原因未完成上部结构工程，下部结构于2004 年在高速公路主线通车时修建， 墩柱长期暴露于外界达15 年以上。 经第三方检测机构检测提供数据后，设计验算分析，组织专家组进行论证建议重新建设时为考虑经济效益与结构安全可充分利用既有墩柱，对匝道桥12 个墩柱的立柱、系梁、 盖梁等部位进行外观检查和混凝土强度、保护层厚度、钢筋锈蚀程度等检测，为下一步设计和施工提供依据。

1 检测方法与评价结果

1.1 外观检查结果

因下部结构墩柱长期暴露于外界，12 个墩柱共有1 条横向裂缝，缝长1.00 m，缝宽0.80 mm，缝深1.00 cm；4 处砼离析，总面积12.00 m2；7 处砼蜂窝麻面，总面积13.57 m2；4 处砼掉块露筋，总面积0.68 m2；1 处 修 补 痕 迹， 面 积0.60 m2；52 处 锈 胀 露 筋，长0.05～0.70 m；27 处露筋，长0.10～0.80 m；5# 桩基顶部裸露1.20 m，砌石被冲刷淘空。

1.2 材质状况与状态参数检测结果

盖梁顶预埋钢筋有效截面积测定， 随机截取7#、8#、11#墩盖梁顶预埋钢筋各6 根（中12 mm 3 根、中25 mm 3 根），用锉刀将锈迹打磨至光亮面，利用游标卡尺量测打磨前后的钢筋直径，计算锈蚀厚度。对所取预埋钢筋进行强度检测，符合规范要求[1]。

1.3 混凝土强度推定

共15 个构件的砼强度推定值大于原设计值，符合原设计要求，可以利用[2]。

1.4 钢筋保护层厚度检测

各构件钢筋保护层厚度不均匀， 合格率低，钢筋骨架存在偏位或变形现象。 共有21 个构件的钢筋保护层厚度对钢筋耐久性影响不显著，13 个构件的钢筋保护层厚度对钢筋耐久性存在不同程度的影响，1#墩右立柱、9#墩左立柱、10# 墩右立柱钢筋和11# 墩第二道横系梁钢筋易失去碱性保护，发生锈蚀。

1.5 钢筋直径和钢筋根数

各构件的主筋直径和根数均与设计值相同，钢筋间距的变化范围较大，但是间距平均值与间距设计者均较为接近。

2 病害加固处治措施

根据检测结论以及现场实际条件，针对部分桥墩进行加固。 对外观检测中发现的裂缝、取芯孔未修补、砼离析、蜂窝麻面、掉块露筋、锈胀露筋、露筋、桩基冲刷外露等常规缺陷，在构造加固之前先开展加固处治。

2.1 常规病害修复

2.1.1 裂缝缺陷处理

采用毕可法[3]（即恒压灌注法）注胶处理后，横向（相对于裂缝走向，以下相同）粘贴一层300 g/m2碳纤维布，如果局部区域裂缝较多而无规律，则采用纵横交错粘贴方式（图1）。

图1 现场修复施工情况对比

2.1.2 施工工艺

裂缝调查——裂缝处理——设置灌浆嘴——封缝——配制灌浆胶液——灌浆——胶液固化——粘贴碳纤维布（300 g）。

（1）裂缝处理

用钢丝刷等工具清除混凝土裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物，刷去浮灰，用布沿缝两侧3～5 cm 范围擦拭干净，不得有油污、砂粒及浮浆等污垢、杂质。

（2）设置灌浆嘴

在裂缝的交错处、裂缝较宽处及裂缝端部必须设置灌浆嘴，灌浆嘴的间距根据裂缝大小、走向及结构形式而定，一般缝宽0.3～0.5 mm 时灌浆嘴间距为30～50 cm，在一条裂缝上必须设置有进浆、排气或出浆口。 封闭及灌浆嘴周围必要时应先用丙酮洗净， 灌浆嘴底盘周围均匀地抹上1～2 mm 厚裂缝封闭胶泥，并与孔眼对准贴于裂缝上，注意粘贴牢固，且不得堵嘴堵缝。

（3）封缝

封缝质量的好坏直接影响灌浆效果与质量，应特别予以重视。 裂缝的封闭使用专用的裂缝封闭胶， 按推荐配胶比例称取并调配封闭胶泥，用油灰刀沿裂缝往复涂刮后均匀涂抹一层厚1～2 mm、宽2～3 cm 的胶泥，注意防止小气泡及密封不严。

（4）配制灌浆胶液

配制环氧胶液前应将A、B 两组分充分摇匀，根据估计的灌胶量按推荐配胶比例分别称量两组分并混合均匀。 从胶液混合开始，注胶操作应在胶液适用期内完成（25℃时约为90 min）。

（5）灌浆

注胶操作应使用专用的注胶器具。 在一条裂缝上的灌浆由下而上，由一端到另一端。 灌浆压力常采用0.1～0.2 MPa，在保证灌浆顺畅的情况下，采用较低的灌浆压的时间， 可获得更好的灌浆效果，当最后一个出浆口出胶停止后再保持压注10 min 左右即可停止灌浆。 拆除管路，非注意防止流腔。

（6）胶液固化

灌缝胶应在5℃以上的环境中固化， 固化时间视环境温度而定，一般情况（25℃）下固化12 h 即可。 胶液固化后即拆除嘴子，并用裂缝封闭胶封闭。离析、蜂窝麻面、掉块露筋、锈胀露筋、露筋：松散的混凝土和钢筋表面的锈蚀应清理干净，并用结构胶或环氛砂浆对缺损部位进行修补，达到保护钢筋和修复结构表面的目的。 桩基冲刷外露：对被冲刷的地表采用C20 片石砼进行回填，以保护桩基，对桥下地表的排水沟进行修增，引导地表水顺畅排出且不冲刷桩周土体。

2.2 桥梁钢筋保护层

（1）针对保护层大于上限值的部分，经现场检测未发现裂纹，对结构耐久性等影响较小，不做处理。 （2）针对保护层小于下限值的部分，按照以下方法处理：①保护层偏差≤1 mm 的部分，可不做处理；②1 mm＜保护层偏差≤5 mm 的部分，涂刷1 层硅烷浸渍涂料，涂刷范围为50 cm×50 cm；③保护层偏差＞5 mm 以上的部分， 涂刷2 层硅烷浸渍涂料，涂刷范围为100 cm×100 cm。

2.3 构造加固

根据塔前互通D 匝道桥检测报告及对桥墩、桩基进行承载能力验算最终确定对2、3、8、9、10 号桥墩进行加固（图2～3）。

图2 2、3、8、9、10 号桥墩加固

原桥2、3、8、9、10 号墩进行了抬桩处理， 以弥补既有摩擦桩承载力的小幅度不足，由于既有桥墩已建成多年，抬柱处理后，既有桥墩的重力仍然基本由原桩基承担， 但通过桥墩包箍和加设的承台，新建的上部结构恒载、二期恒载和活载将由原桩基和新建桩基共同承担。 对桩基部位采用抬桩方式新增两根桩基，新增桩基直径1.2 m，桩顶采用承台连接，增大原有下部结构的承载能力。

对抬桩的桥墩采用外包混凝土，加大桥墩直径以利于新承台传通经向力。 桥墩直径统一加大40 cm。 承台的厚度统一取2.0 m，承台的平面尺寸分别为1400×320 cm 和1450×340 cm，承台底离系梁顶10 cm。

图3 桥墩、桩基加固示意图

针对桥墩柱的麻面、疏松等缺陷严重程度与分布情况，根据检测单位取芯检测结果，混凝土强度满足要求，因此本次采取：（1）对缺陷位置表面清创（露筋位置须除锈、阻锈）；（2）采用高强砂浆填补；（3）在墩柱表面环向通长粘贴一层300 g/m2碳纤维布。 进行粘贴碳布处治时，碳布表面需进行修饰，碳布在竖向粘贴范围为墩顶至缺陷最下方边缘往下延伸0.5 m 或缺陷区域分别向墩柱上下两个方向延伸0.5 m。 墩柱贴布位置混凝土表面若无缺陷须先进行打磨处理后再粘贴碳布。 缺陷表面凿除采用机械凿除（图4、表1）。

表1 碳纤维布安全性能指标

图4 D 匝道桥4# 墩墩柱顶碳布粘贴范围示意图

2.4 加固配筋方案

为加强新增承台与原有墩柱的连接，在承台底主筋处的墩柱体内植入一定数量的钢筋。 考虑到植筋方向为径向，部分植筋钢筋与承台制筋不在同一直线上，故加大植筋外露端的焊接预留长度。 同时，加强墩柱抱箍箍筋的设置，承台在施工时应按《桥墩钢筋加固布置图》预埋钢筋[3]（图5）。

图5 墩台固结配筋方案示意

本工程为旧桥续建加固项目，加固时应注意各类构件可能对施工造成影响的组件位置。 一是进一步检查确认部分构件的预埋钢筋是否预埋，包括耳墙的防撞栏基础预埋钢筋， 桥台的伸缩缝预埋钢筋，盖梁项的固结墩预埋钢筋和预埋钢板。 二是检查各构件预埋钢筋的锈蚀情况，是否完好，是否需要除锈处理。 三是固结墩盖梁顶面应凿毛并冲洗干净再浇筑混凝土。 四是检查支座垫石是否已施工。五是考虑下部结构砼耐久性要求， 根据地质报告，本桥勘察区地下水对混凝土具弱分解性腐蚀。

3 结语

本互通已交工验收和通车， 目前运营效果良好，表明本桥墩下构补强加固设计方案的成功。 随着桥梁使用时间的增长， 损伤程度也会越来越严重，病害会不断发展，为保障桥梁的安全运营，延长其使用寿命，就要在检测评估的基础上，对承载能力不足、使用性能较差或耐久性能不满足要求的结构或构件，进行有针对性地维修加固。 桥梁加固涉及的内容十分广泛，加固设计计算、加固方案工艺比较选择以及投资效益的优化等方面，通常桥梁下部结构需具有足够的承载潜力，足以满足上部结构补强加固所增加的重量以及活荷载对它的要求[4]。由于历史原因，D 匝道桥完成下部结构后停工。 重新检测后进行加固设计后完成续建工程。 本研究对旧桥续建加固项目病害处治进行总结，可为此类桥梁在高速公路的应用提供参考与借鉴。