淺談涵洞病害的原因分析及加固處理
2015-04-01
一、工程概況
廣東西部沿海高速公路臺山段全長86.28km，為平原微丘區(qū)高速公路，共有涵洞346 座，其中蓋板涵170 座、圓管涵167 座、拱涵 8 座、箱涵1 座，于2002年4月建成通車，全程采用全封閉互通立交，設計為雙向四車道，設計車速為120km/h，設計荷載為汽-超20、掛-120。由于西部沿海高速公路臺山段大部分位于軟基路段，在受到長期的車輛荷載和路基沉降雙重作用下，部分涵洞出現(xiàn)了開裂、露筋等不同程度的病害。為了保證高速公路結構物安全和道路交通安全營運，需要對存在病害的涵洞進行加固處理。本文就西部沿海高速公路臺山段較差的15座圓管涵的病害原因及處治措施進行簡要分析。
二、主要病害及原因分析
1、涵管裂縫
涵管頂部出現(xiàn)一條或多條縱向裂縫，貫通整個管節(jié)，屬彎曲裂縫，表明抗彎能力不夠。這主要是由于涵管本身的質量或受力較大造成的，此裂縫一般隨著作用在涵上的荷載的變化而動態(tài)變化；部分裂縫細小、不連續(xù)，主要是由于混凝土收縮徐變引起的，屬于靜態(tài)裂縫。
2、接縫脫開、錯臺和滲砂
接縫脫開、錯臺主要是由于地基不均勻沉降造成的；部分接縫掏空、滲砂是由于瀝青麻絮布條老化、脫落，經水流沖刷接縫，路基填土下滲所致。
4、管壁露筋
管壁露筋主要是由于混凝土保護層厚度偏薄或受力過大使管壁開裂鋼筋銹脹造成的。
三、處治措施
1、混凝土裂縫
當裂縫寬度小于0.15mm 時，涂刷改性環(huán)氧樹脂膠進行封閉處理；當裂縫寬度大于或等于0.15mm 時，采用壓力灌注漿法灌注改性環(huán)氧樹脂膠進行修補；對已采用環(huán)氧樹脂涂抹但未完全封閉的裂縫，鑿開并采用改性環(huán)氧樹脂重新修補。采用當裂縫區(qū)的鋼筋銹蝕時，先對鋼筋進行除銹，再進行裂縫修補。
2、結構性裂縫加固
對于寬度大于0.2mm 的結構性裂縫，除進行裂縫修補外，還應對管涵進行加固處理，以
提高涵洞的承載能力。對于結構受力裂縫，采用黏貼鋼板加固，開裂比較嚴重者采用內嵌鋼護筒加固。
3、管節(jié)間接縫填料脫落
混凝土管涵的接頭處或施工縫處發(fā)生填縫料脫落，或已采用水泥砂漿修復處理，但修補質量不佳的，鑿除原填縫料，清理干凈后采用干燥麻絮浸透瀝青后填實。對于引起路基滲水、流砂等現(xiàn)象，先對涵背土體進行注漿加固，再進行封堵處理。
4、管壁混凝土的空洞、蜂窩、麻面、表面風化、剝落、破損
先將松散部分清除，再用小石子混凝土、改性環(huán)氧砂漿進行修補。新補的混凝土要密實，與原結構結合牢固、表面平整。新補混凝土必須進行養(yǎng)生。對于混凝土剝落露筋或混凝土保護層厚度不足時，先將松動的保護層鑿去，并清除鋼筋銹跡，然后修復保護層。如損壞面積不大時，可用改性環(huán)氧砂漿進行修補，如損壞面積過大，鋼筋腐蝕嚴重，采用鋼套筒進行加固。
5、管節(jié)錯臺
管節(jié)因基礎不均勻沉降引起的錯臺現(xiàn)象，接縫處用瀝青麻絮填實，管接頭局部破損處，采用高強度等級混凝土進行修復，若管節(jié)錯臺嚴重，建議進行糾偏處理。
6、其他維修措施
對于涵頂路面裂縫，采用乳化瀝青灌縫封閉，對于端墻、翼墻裂縫，采用水泥砂漿修補。
四、施工工藝及技術要求
（一）裂縫修補
1、裂縫修補前應對裂縫進行全面的調查，現(xiàn)場核實裂縫的數量、長度、寬度等，并對裂縫進行編號，做好記錄，繪制裂縫分布圖。
2、根據裂縫的不同性質、不同形態(tài)度選擇合適的修補方法和修補順序。
3、 裂縫縫口表面處理，應使工作面平順、干燥、無油污，處理范圍沿裂縫走向寬度30~50mm。
4、采用表面封閉法處理裂縫時，應在縫口表面處理后，用改性環(huán)氧膠泥適當加壓刮抹。
5、壓力注漿修補裂縫根據漿液流動性選擇注漿壓力，一般為0.1~0.4MPa。
6、裂縫壓漿應自下而上進行。
7、壓力壓漿法施工工藝流程：縫口表面處理—粘貼注漿嘴和出漿嘴—封縫—密封檢查—灌漿—封口結束—檢查。
（二）管節(jié)表面缺陷處理
1、混凝土表面缺陷修補前應對缺陷進行全面的調查，根據損壞程度選擇合適的修補材料和修補方法。
2、對于表面蜂窩、空洞及大范圍破損等缺陷可采用比原結構高一等級的混凝土進行修補；對于表面的風化、剝落、露筋及小面積的破損缺陷，可采用改性環(huán)氧砂漿進行修補。
3、混凝土修補前，應對表面的蜂窩、空洞進行處理、鑿毛，并使舊混凝土表面保持濕潤、清潔。
4、涂抹改性環(huán)氧砂漿修補前，應先在已鑿毛的混凝土表面涂一層改性環(huán)氧基液，使舊混凝土表面充分浸潤。
5、改性環(huán)氧砂漿施工溫度宜為20oC±5oC，高溫或寒冷季節(jié)應采取有效措施控制施工溫度。
6、表層缺陷處理前應對生銹的鋼筋進行除銹，缺陷處理后宜在修補范圍及周邊涂刷滲透型阻銹劑。
?。ㄈ┕芎瓋纫r鋼護筒加固
內襯鋼護筒采用6mm 厚鋼板卷制而成，根據砼的開裂范圍及施工方法定制護筒長度，如
需接長，采用平口對焊連接。鋼護筒與原砼管涵間的間隙采用環(huán)氧樹脂填充。為保證護筒能在洞內順暢移動，方便安裝，同時保證護筒居中，在每節(jié)筒下焊1～2cm 的半圓形鋼板。內襯鋼護筒安裝前先用噴砂方法對原涵洞內表面進行打毛，清除雜物、贓物、翹裂的混凝土，并用高壓水槍進行清洗。對鋼護筒表面也應處理，主要包括鋼板表面的鹽含量的檢測和可溶鹽的清除，表面油污檢查及清除，油漆、膠帶等表面附著物及雜物的清除。
鋼護筒安裝：通過挖掘機吊裝配合卷揚機牽引進行。在上游設一臺挖掘機，起吊鋼護筒
在涵洞下游安裝一臺5t 卷揚機，用鋼絲繩牽引鋼護筒一端，栓鋼絲繩處用φ25mm 鋼筋焊成十字形，對管口進行加固，以防鋼護筒變形。材料要求：依據ISO 3549—2002 標準測試，環(huán)氧富鋅底漆中的金屬漆在干膜中的重量比不低于80%；環(huán)氧云鐵中間漆（MIO）要求體積固體含量不低于80%；丙烯酸聚氨酯面漆要求體積固體含量不低于57%。
施工要求：鋼護筒表面的噴砂處理應達到Sa2.5 級標準。車間底漆用于鋼護筒結構表面，
采用無機硅酸鋅車間底漆，面漆施工溫度不能高于40℃。鋼護筒內表面涂裝體系和工地焊接接頭區(qū)域涂裝體系分別見表5 和表6。工地焊接接頭區(qū)域表面涂裝前應采用動力工具打磨處理至St3 級，施工需滿足相關標準、規(guī)范的要求。防腐涂裝應在大氣條件良好時進行，當空氣溫度低于涂料干燥及固化溫度的極限或起霧、結霜、下雨時不能進行涂裝。
?。ㄋ模┕芄?jié)粘貼鋼板加固
1、加固施工前必須對原管涵混凝土強度進行現(xiàn)場檢測，要求實際混凝土強度等級不低于C20。
2、鋼板宜采用工廠自動制作成圓弧形，切割邊緣表面光滑，無毛刺、咬口及翹曲等缺陷。
3、鋼板黏合面殼用噴砂或平砂輪打磨直至露出金屬光澤，打磨紋路應與鋼板受力方向垂直，鋼板黏結面應有一定的粗糙度。
4、鋼板外露面必須除銹至呈現(xiàn)金屬光澤并保持干燥，并涂刷防銹蝕油漆，防銹蝕材料對鋼板及膠黏劑無害。
5、鋼板粘貼應在干燥的環(huán)境下進行，若管節(jié)黏結面比較潮濕，必須進行干燥處理。
6、管節(jié)的黏結面處理及鋼板的黏結面處理是最關鍵的工序，如黏貼面局部破損，應先鑿毛，然后用高一級原混凝土強度等級的小石子混凝土修補后再進行處理。對于很舊很臟的黏結面，應先用硬毛刷蘸高效洗滌劑刷除表面油垢污物后用清水沖洗，再對黏結面進行打磨，除去2~3mm 厚表層，直至完全露出新的混凝土面，并且用壓縮空氣吹除粉塵。
7、粘貼鋼板施工時，應分幅進行并封閉涵上交通，減少活載對加固質量的影響。
8、鋼板表面涂裝體系參照鋼護筒表面涂裝體系。
由于圓管涵維修加固的項目小，而且比較分散，在保證高速公路的正常營運條件下，既要保證施工質量和安全，又要節(jié)約成本。所以除了在施工工藝等方面提出更高要求外，還要進行合理組織施工，包括交通維護、環(huán)境保護等措施也應該做足。
