1、 概述
長沙灣大橋為深汕高速公路西段的一座跨海特大橋，于1996年底建成通車。該橋設計荷載等級為汽車-超20級、掛車-120。橋梁全長1589.1m，橋下平均凈空5.4m。橋梁上部結構為39×16m預應力混凝土空心板梁和32×30m預應力混凝土T梁，橋面寬度為24.5m～26.5m不等，雙向四車道。橋梁下部為雙柱式橋墩，左右幅橋分開，立柱直徑1～38號墩為1.1m，39～50號墩為1.3m，51～70號墩為1.7m。
該橋立柱的主要病害為混凝土保護層整層剝落，鋼筋嚴重銹蝕，部分鋼筋已經銹斷，如圖1.1所示。這種病害以1～38號墩立柱最為普遍和嚴重，39～70號墩立柱則有個別的銹脹開裂，沒發現有整層銹脹剝落的情況。
圖1.1
針對這些病害情況，本著安全、適用、經濟和可靠的原則，對長沙灣大橋的立柱按病害情況的嚴重程度分成A、B、C三類：
A類立柱指鋼筋成片銹脹、混凝土破損面積≥（D/2）×（h/2），其中D為立柱周長，h為立柱高度；
B類立柱指鋼筋成片銹脹、混凝土破損面積＜（D/2）×（h/2），且無銹蝕損失超過50%的主筋；
C類立柱為鋼筋個別銹脹，但沒有成片剝落的立柱。
據鑿除銹脹裂縫后的統計結果，A類立柱主要分布在1～38號墩，共65根；B類立柱主要分布在1～38號墩及51號墩右幅，共89根；C類立柱主要分布在39～70號墩，共124根。
對三類立柱分別采取的加固和防腐措施為：
A類立柱：用干軋混凝土修補銹脹剝落部位，為確保立柱安全，每次鑿除和修補的面積不得超過立柱周長1/4的截面；噴涂四道滲透型阻銹劑西卡-903，每道用量約為0.15kg/?；植筋并安裝加強鋼筋網，外包10?厚高性能混凝土；涂刷三層防腐涂料，分別為環氧封閉漆、厚漿型環氧防腐中間漆、丙烯酸聚氨酯面漆，干膜厚度對應為20μm、60μm、60μm。
B類立柱：用環氧混凝土修補銹脹剝落部位；噴涂四道滲透型阻銹劑西卡-903，每道用量約為0.15kg/?；粘貼S450型高強玻璃纖維布；涂刷一層丙烯酸聚氨酯面漆涂料，干膜厚度60μm。
C類立柱：用環氧混凝土修補銹脹剝落部位；噴涂四道滲透型阻銹劑西卡-903，用量約為0.15kg/?；粘貼E450型普通玻璃纖維布；涂刷一層丙烯酸聚氨酯面漆涂料，干膜厚度60μm。
2、鋼筋銹脹、混凝土剝落部位修復
2.1 干軋混凝土修補缺陷
干軋混凝土是一種在混凝土缺陷修補中使用的用人工軋實的干硬性混凝土，適合修補尺寸較大的各種混凝土缺陷。具有與舊混凝土同質、強度及彈模相近、經濟實用、耐久性好等優點。
本橋的A類立柱考慮到修補的經濟性及與外包高性能混凝土的同質性，對鋼筋銹脹和混凝土剝落的部位采用干軋混凝土進行修補。如圖2.1為干軋混凝土修補缺陷后的圖片。
干軋混凝土修補的施工過程應連續進行，具體可分為七個施工步驟：缺陷鑿除，鋼筋處理，模板安裝，配制混合料，澆筑并搗實混合料，拆模及養生，表面處理。
圖2.1
施工各步驟的質量控制要點為：
1）缺陷鑿除：在確保結構安全的前提下，徹底鑿除缺陷處的松弱混凝土及雜物。一次鑿除的面積不應超過立柱周長的1/4截面。鑿除時盡量將缺陷表面鑿成與該處結構的主受力方向垂直，并將新舊砼接觸面粗糙化，以增強新舊砼之間的粘合效果。鑿除后用水沖洗干凈。
2）鋼筋處理：對暴露在缺陷處的鋼筋，鑿除作業時禁止敲打除銹，宜用鋼刷或高壓水槍清除表面銹跡。對于銹蝕截面損失超過30%的鋼筋，增加一根相同截面的鋼筋。
3）模板安裝：應自下向上逐層安裝模板，逐層澆筑混凝土。每層模板高度一般為10-15cm，以不影響作業空間及混合料的搗實效果為宜。
4）配制混合料：一般采用人工拌和，嚴格按配合比配料，拌和均勻后，和易性以混合料堆放時不滑移、用手揉捏剛好能成團時為宜。
5）混合料澆筑及搗實：澆筑前先在舊砼面上均勻刷一層砼界面劑，澆筑時每層混合料厚度不宜超過5cm，否則不易搗實。每層搗實均以混合料表面溢滿水泥漿為標志。
6）拆模及養生：拆模時間一般為24小時。混凝土終凝后應立即開始灑水養生，持續養生時間一般不少于7天。
7）表面處理：因干軋混凝土施工和易性較差，及舊砼表面不平整等因素，造成與舊砼接縫粗糙。一般做法是用顏色與舊砼面接近的環氧膠泥抹平。本橋因需外包高性能混凝土，因此在拆模后鑿除表面松脫物并對砼表面鑿毛即可。
2.2 環氧混凝土修復缺陷
本橋的B、C類立柱考慮到缺陷修補后表面粘貼玻璃纖維布，為了確保與纖維布之間的粘接強度以及修復表面的平順，對鋼筋銹脹和混凝土剝落的部位采用環氧混凝土進行修補。
環氧混凝土修補缺陷技術是目前最常用的一種缺陷修補技術。基本原理是用環氧混凝土或環氧砂漿置換缺陷部位的松弱層混凝土，恢復結構在缺陷處的強度，并恢復對該部位鋼筋的保護，適用于修補尺寸較小或較淺的各種混凝土缺陷，具有與舊混凝土粘接強度較高、抗壓強度較高、與原結構彈性模量相差較大、耐候性能不及普通混凝土、修補費用較高等特點：
環氧混凝土修補的施工順序：徹底鑿除表面松散物→清洗鑿除面→涂刷一道復合環氧漿液→配制環氧混凝土或環氧砂漿→填充環氧砂漿→自然養生→表面處理。各主要工序的施工質量控制要點：
1）缺陷鑿除：在確保結構安全的前提下，徹底鑿除缺陷處的松弱混凝土及雜物，然后用鋼刷等清除松脫物，再用丙酮擦拭干凈。
2）鋼筋處理：對暴露在缺陷處的鋼筋，鑿除作業時禁止敲打除銹，宜用用鋼刷或高壓水槍清除表面銹跡。對于銹蝕截面損失超過30%的鋼筋，增加一根相同截面的鋼筋。
3）配制混合料：嚴格按廠家規定的環氧配比要求配料，拌和均勻至類似橡皮泥或和面團的和易性為宜。配制過程宜的環境溫度不能超過40℃。
4）填料修補：修補前先在舊砼面上均勻刷一層復合環氧膠液，填筑時每層混合料厚度不宜超過2cm，否則容易滑落或發泡，逐層填筑至與原砼表面齊平，每層填筑均應在上一層固化后進行。
5）表面處理：盡量使表面平順，由于尚需粘貼玻璃纖維布，故無需對顏色進行處理。
3、涂刷遷移滲透型阻銹劑
本工程選用的阻銹劑為西卡903，屬遷移滲透型阻銹劑，廠家提供的技術參數：密度（20℃）為1.13kg／L，粘度（20℃）為25mPas.s，PH值約為11。
施工流程：去除混凝土表面風化物、污染物、舊有涂層→用高壓水槍對結構表面徹底清洗→混凝土局部病害修補→配制阻銹劑→涂刷阻銹劑（3~5遍、每遍間隔2~6小時）→干燥2天以上→用高壓水槍等方法沖洗干凈→下一工序。
西卡903不能稀釋。使用刷子、滾刷或低壓手動噴涂設備涂刷至表面飽和，用量約0.15kg／m2.遍，本橋立柱一般涂刷4遍，總用量約為0.6 kg／m2，利用其與鋼筋之間良好的親和力使之在鋼筋表面形成保護膜，避免鋼筋銹蝕。每層操作之間均應保證上一層涂刷已干燥，通常為2-6小時。涂刷過西卡903的混凝土表面會有少量結晶物析出，會影響抹灰層、涂層或結構膠等的粘結效果，應清洗干凈。
作業時現場溫度應高于+5℃。如果結構物表面有防護涂層或結構物對水和氣體不具備可滲透性，則西卡903阻銹劑亦無法滲入。當鋼筋表面氯離子含量>2％水泥重量時，應先將該部位作脫氯處理或做剔鑿及修復后再應用西卡903阻銹劑，必要時可加大阻銹劑的用量。
西卡阻銹劑呈堿性，應避免其與眼睛、皮膚接觸。應佩帶防護眼鏡、手套并穿著防護工作服。操作現場應保持良好的通風，必要時應佩帶防護面具。
4、外包高性能混凝土
A類立柱采用C45高性能混凝土進行加固，設計規定的主要技術指標如表4.1所示，在施工中實現了對這些指標的控制：實際使用的水膠比為0.35，膠凝物（42.5R水泥+二級粉煤灰+硅灰）總量為479.14kg/m3，對砂和碎石做了堿活性膨脹試驗及氯離子含量試驗，結果如表4.2所示。為確保混凝土的抗氯離子滲透性能，還在配合比設計中加入了西卡901摻入型阻銹劑，用量為12 kg/m3。實測平均抗壓強度超過52MPa，抗氯離子滲透性為861.9C。
表4.1
表4.2
高性能混凝土的施工質量控制要點為：
1）原材料：
a、D8冷軋帶肋鋼筋網及普通鋼筋材料進場必須有出廠合格證，并經抽檢合格方可使用。
b、水泥：采用普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，其性能指標應分別符合國家標準GB175和GB344的有關規定，水泥熟料中鋁酸三鈣含量宜控制在6～12%。
c、骨料：選用質地堅固耐久、具有良好級配的機制碎石，且最大粒徑應滿足要求。
d、拌合用水采用自來水。
e、摻合劑：主要是粉煤灰和硅粉。其中粉煤灰要求Ⅱ級以上。
f、外加劑：主要有減水劑和摻入型阻銹劑，其中減水劑采用的是緩凝早強型的FDN-440。阻銹劑采用西卡-901。外加劑的品質及應用應分別符合國家標準規定：《混凝土外加劑》（GB 8076），及《混凝土外加劑應用技術規范》（JTJ 269）規定。
2）施工過程控制：
a、鋼筋安裝應數量和尺寸準確，綁扎牢固。
b、舊混凝土表面應堅實、潔凈，在澆砼前均勻涂刷砼界面劑。
c、模板安裝應尺寸準確，具有足夠的強度和剛度，表面平整光滑，密封不漏漿。
d、混凝土攪拌時應使用強制式攪拌機，并應比普通混凝土多拌40s以上。
e、混凝土宜在界面劑涂刷后110min內澆筑完畢。拌合料入模后應充分振搗密實。
f、由于添加粉煤灰的數量較多，養護時間應不少于15天。
5、粘貼玻璃纖維布
本橋立柱粘貼的玻璃纖維布分為高強玻璃纖維布和普通玻璃纖維布兩種，除配套的浸漬樹脂不同外，粘貼工藝相同。圖5.1為粘貼施工圖片，上半部分為已貼好的玻纖布，下半部分為正在粘貼的玻纖布。
圖5.1
粘貼玻璃纖維布的工藝流程為：混凝土表面處理→找平處理→涂刷底層樹脂→配制粘結劑（浸漬樹脂）→粘貼玻璃纖維片材→表面防護。
施工質量控制要點為：
1）混凝土表面處理：鑿除表面松弱層并打磨平整，露出堅實的新砼面，若有裂縫或缺陷應先行修補，用丙酮清除油污等雜質。
2）配制粘結劑：嚴格按照廠商提供的配合比和工藝要求進行，調膠使用的工具應為低速攪拌器，攪拌應均勻，無氣泡產生，并應防止灰塵等雜質進入。
3）涂底膠：用滾筒刷或特制的毛刷均勻涂布在己處理好的砼表面，調好的底膠應在規定的時間內用完，當指觸干燥后方可進入下一工序的施工。
4）找平處理：經清理、打磨后的混凝土表面，若有凹陷處，應使用修補膠找平。
5）粘貼玻璃纖維布：
a、按設計要求的尺寸裁剪玻璃纖維布,剪裁后應打卷并放置穩妥，在底膠涂好后再展開，勻速推平。
b、使用滾刷或毛刷、刮板將粘結膠均勻地涂抹到混凝土粘接面上，配制浸漬樹脂并均勻抹于所要粘貼的部位。
c、用硬橡膠輥或塑料刮板沿纖維方向多次滾壓,擠出氣泡,促使粘結劑滲透，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維，滾壓時不得損傷碳纖維。
d、底層浸漬樹脂充分浸透碳纖維后在玻璃纖維布的表面均勻涂拌上層膠往復刮涂，使粘合劑滲入到碳纖維中去。
e、常溫下1-2小時后，再使用硬橡膠輥或塑料刮板往復碾壓消除可能出現的浮起和錯動。
d、在玻璃纖維布表面應均勻涂抹一道浸漬樹脂。
6）施工宜在5℃以上環境溫度和混凝土表層含水率＜4%的條件下進行,并應符合配套樹脂的施工使用溫度。
7）在表面處理和粘貼玻璃纖維布前,應按加固設計部位放線定位。
6、涂刷防腐涂層
防腐涂層材料的性能應滿足《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》(JTG/T B07-01-2006)第6.1.1及《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》（JTJ 275-2000）第7.1.2.3要求。應具有良好的耐堿性、附著性和耐蝕性，底層涂料尚應具有良好的滲透能力。圖6.1為涂裝效果相片。
圖6.1
防腐涂層施工的質量控制要點為：
1）清理被涂刷構件表面松弱層并打磨平整，露出新面，若有裂縫或缺陷應先行修補，用丙酮清除油污等雜質。
2）配制防腐涂料：嚴格按照廠商提供的配合比進行，調膠使用的工具應為低速攪拌器，攪拌應均勻，無氣泡產生，并應防止灰塵等雜質進入。
3）按設計要求的涂裝道數和涂膜厚度進行施工，隨進用濕膜厚度規檢查涂層濕膜厚度，以控制涂層的最終厚度及其均勻性。
4）涂裝過程中應隨時注意涂層濕膜的表面狀況，當發現漏涂、流掛、變色、針孔、裂紋等情況時，應及時進行處理。
5）每道涂裝施工前應對上道涂層進行檢查，上道涂層檢查合格后才能進行下一道涂層施工。
6）涂裝后應進行涂層外觀目視檢查。涂層表面應厚度和色澤均勻、無氣泡、無針孔、裂縫等缺陷。
7）表濕區涂層應在無流水、水珠、水跡的狀態下進行施工。及時清理、清潔受污染的混凝土的表面。
8）涂裝現場環境和相對濕度，必須滿足涂料適應的范圍條件下才能進行施工。并做好涂裝環境條件的記錄。
7、結語
長沙灣大橋通車已有十年，其立柱病害可謂沿海或跨海工程中的一個典型個案。本項工作實施的時間為07年1月至07年4月。從試驗檢測結果和現場監督的工程質量情況看來，能滿足設計文件的各項要求。由于工程耐久性加固的效果尚需要時間考驗，我們將定期進行跟蹤，以對本橋的加固效果得出客觀評價，并為以后類似加固項目的設計和施工提供參考。
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