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桥梁支座垫石裂缝修复施工技术

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：徐虎

[导读] 摘要：裂缝是钢筋混凝土桥梁中普遍存在的病害，对混凝土结构后期耐久性产生不利影响。

        中铁十七局集团第六工程有限公司厦门第二东通道项目经理部
        摘要：裂缝是钢筋混凝土桥梁中普遍存在的病害，对混凝土结构后期耐久性产生不利影响。鉴于此，抚吉高速特大桥88#墩上行侧支座垫石裂缝采用壁可法封闭后粘贴碳纤维布进行加固处理，并阐述裂缝注胶修复、支座垫石修复顶升、粘贴碳纤维布、落顶、涂刷聚合物砂浆的施工技术，可为同类型桥梁裂缝修复提供参考。
        关键词：支座垫石；裂缝修复；施工技术
        1、工程概况
        抚吉高速特大桥结构形式下部墩台、支座垫石现浇，上部预制箱梁架设，支座垫石尺寸横向1.2m，纵向2.4m，高0.35m，内布设3层HRBΦ12钢筋网。88#墩上行侧支座垫石裂缝宽度0.365mm，裂缝深度75mm。考虑箱梁已架设且轨道工程已完工，故88#墩上行侧支座垫石裂缝做修复加固处理。
        2、施工工艺
        支座垫石裂缝修复→支座垫石修复顶升→粘贴碳纤维布→落顶→涂刷聚合物砂浆→测量检测。
        3、施工方法
        3.1支座垫石裂缝修复
        3.1.1表面处理
        （1）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。
        （2）用角磨机沿裂纹走向清理宽约5cm，深度2mm范围内的混凝土表面，仔细清除水泥翻沫、灰尘。对混凝土表面质量不良、缝两侧有较多细微龟裂的部位，应适当增加清理范围的宽度。
        （3）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。
        3.1.2壁可法裂缝修复

        图3.1-1 壁可法施工工艺流程
        1）注入座粘贴
        （1）根据裂缝的走向、起止点、分岔情况，确定粘结注入座的位置，用石笔在裂纹表面做标记。
        （2）用抹刀取少许胶，刮在注入座底面的四边，每边都覆盖到小孔的位置。将注入孔对正裂缝中心，垂直向下稍加力按压，使胶布满底面，并有少量从底面的四个小孔中挤出。粘好后不要再移动注入座。
        2）裂缝密封、养生
        用抹刀刮抹封口胶密封注入座之间的裂纹，密封宽度约5mm，厚度2mm。可先沿与裂纹垂直方向抹，尽量使封口胶填充进裂纹一定深度，然后再沿裂纹走向抹，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8～10mm宽。混凝土剥落处要填充密实，裂纹末端也要封闭严密。

                 图3.1-2粘结注入座和密封裂缝布置
        密封完成后，让封口胶自然固化，注意固化过程中防止其接触水。经过下表中规定的养生时间，并用手触摸确认封口胶已完全固化后，才可进行后续的工作。
        养生时间：
                              表3.1-1 养生时间表

        注：上表中的温度指材料固化期间的平均温度。
        3）安装注入器
        将BL型注入器的连接端（蓝色）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。同一条裂缝上的注入器一起安装好。

                      图3.1-3 注入器安装、布置
        4）注入灌注胶
        （1）黄油枪倒置，推动黄油枪推杆，排除管道中的空气。
        （2）当过滤器中有胶流出时，将它连接到注入器的注入端（白色），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—3秒推动一下。当橡胶管膨胀至充满限制套（塑料薄膜基本无褶皱）时停止注入。
        5）灌注胶养生及整平抛光
        养生固化完成后，用锤子、凿子敲掉注入器，用砂轮将作业面打磨光洁平整，完成施工。
        3.2支座垫石修复顶升
        顶升前凿除墩身顶面混凝土20mm,顶升时在支座处左右各布置1个800t千斤顶，千斤顶上下各布置1块分配钢板。为保证轨道结构不受影响，同时也为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态以及对称重结果的校核，在正式顶升之前，应进行试顶升，试顶升高度10mm。
        整个顶升过程应保持位移传感器的位置同步误差小于2mm，一旦位置误差大于2 mm或任何一缸的压力误差大于5%，控制系统立即关闭液控单向阀，以确保梁体安全。

                                              图3.2-1 顶升布置图
        3.3粘贴碳纤维布
        支座垫石粘贴两层碳纤维布，第二层碳纤维布反向粘贴。

                                 图3.3-1 粘贴碳纤维布
        （1）工艺流程
        基层处理→涂刷底层树脂→找平处理→粘贴碳纤维布→表面处理→固化养护。
        （2）基底处理
        用电锤将原混凝土面层剔除（如有抹灰层，亦应剔除），露出原混凝土基层，去除表面水泥浆直至露出混凝土坚实层，粗糙程度越大越好。粘贴前用棉丝蘸丙酮或酒精刷拭表面除去浮尘及油污。
        支座垫石直角处用角磨机进行倒角处理，转角的曲面半径不小于20mm以保证碳纤维在转角处的圆滑过渡，并不会损伤碳纤维丝。
        （3）涂刷底层树脂
        用滚筒刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后在进行下一道工序。
        （4）找平处理
        混凝土表面局部凹凸不平用刮刀嵌刮整平胶料修补填平，转角处用整平胶料修补成光滑圆弧，半径不小20mm。
        （5）粘贴碳纤维布
        1）按支座垫石尺寸裁剪碳纤维布，碳纤维布裁剪应沿着纤维丝的方向（由其受力方式决定），裁剪后的碳布不可折叠以避免损伤纤维丝。
        2）用特质光滑滚子在碳纤维布表面同一方向反复滚压至胶料渗碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料，滚压时不准损伤片材。多层粘贴应重复以上步骤，待纤维表面手指触感干燥为宜，方可进行下层碳纤维布的粘贴。
        （6）表面处理
        可在表面粘贴胶料未干时均匀地撒上石英砂，待胶料完全干透（一般在48小时后），按需要做粉刷、防腐或其他表面处理。
        （7）固化养护
        为减少雨水、砂、灰尘等对施工质量造成的不利影响，在粘贴完碳纤维后应加强成品的养护措施，并根据环境温度的不同确定养护周期的长短。环境温度在20℃以上时，初期硬化养护时间约1天；环境温度在10℃～20℃时，初期硬化养护时间约1～2天；环境温度在10℃以下时，初期硬化养护时间约2天。
        3.4落顶
        开启同步顶升系统，平稳降落梁体。梁体就位后检查支座上下钢板与垫石、梁底之间的密贴情况，应保证支座上下面全部密贴。如果支座出现偏心受压、不均匀支承或脱空的现象，则应重新顶升梁体，并在支座下钢板下加设钢板进行微调(厚度规格为1mm～3mm)，直至支座上下面全部密贴。
        3.5涂刷聚合物砂浆
        3.5.1结构表面清理、湿润
        将垫石加固面上因作业带来的浮尘清理干净。清理干净后喷水湿润，喷水至少两遍，喷水应使基面达到饱和含水状态且不得有明水残留。
        3.5.2聚合物砂浆施工
        在界面干燥的情况下，进行第一道聚合物砂浆施工。为保证厚度均匀，在砂浆施工前，设置灰饼、冲筋或拉线，第一遍手工涂刷厚度为2mm；后续涂刷应在前次涂刷初凝前进行，后续分层厚度控制在10～15mm，涂刷要求挤压密实，使前后抹灰层结合紧密。为了保证砂浆施工完成后的表面平整及阴阳角效果，采用木方或模板支设在喷射范围的周围。
        3.5.3养护
        聚合物砂浆施工完成后2h内进行养护，覆盖塑料布潮湿养护至少7天（保证覆盖塑料布下基面保持潮湿），并定时洒水于表面。在养护期间加固部位严禁扰动。
        3.6测量监测
        支座垫石修复顶升前利用水准仪在梁底靠近垫石位置测量原始数据，待落顶结束后再用水准仪测量原位置数据，误差控制2mm内，超出误差需找明原因，再行处理。同时还应观测是否有其他裂缝的产生。
        4、支座反力计算
        查设计资料得知计算跨径31.5m整孔箱梁单个支座反力位N1=2055KN，二期荷载取值140KN/m。计算得知32.6m简支梁单个支座恒载反力为3196KN。支座垫石钢筋均为直径12mm的钢筋，布置间距纵向0.1m，横向0.1m，垫石高度0.35m，支座型号为PZ-5000型。
        （1）计算垫石在支座荷载作用下的应力值，第一种工况为正常条件下；第二种工况为垫石四周外贴两层碳钎维布。

                                       图4.1-1计算模型及垫石三层钢筋网片
        （2）正常条件下垫石应力：

                   横桥向应力（最大0.716MPa）                     顺桥向应力（最大0.67MPa）
                                                           图4.1-2正常条件下垫石应力
        （3）粘贴碳钎维布后垫石应力：

                  横桥向应力（最大0.696MPa）                       顺桥向应力（最大0.609MPa）
                                                      图4.1-3粘贴碳钎维布后垫石应力
        从上述结果可知，粘贴碳钎维布后垫石侧面混凝土拉应力降低。
        5、结束语
        支座垫石裂缝采用壁可法和粘贴碳纤维布修补加固处理不仅方便快捷、效果明显，而且粘贴碳纤维布后结构应力降低。在工期进度、结构安全、经济效益方面具有显著优势，可为同类工程推广应用。
        参考文献：
        [1]中华人民共和国国家标志.GB50728-2011 工程结构加固材料安全性鉴定技术规范.中国建筑工业出版社
        [2]中华人民共和国行业标准.TB10752-2010 高速铁路桥涵工程施工质量验收标准.中国铁道出版社
        [3]时速350公里高速铁路预制无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁（双线）跨度：31.5米通桥（2013）2322A-II-1