高速公路消缺工程施工中顶部混凝土空洞注浆质量的措施研究.pdf

121交通科技与管理工程技术0引言混凝土结构受施工工艺及外界环境因素的影响，经常存在外观缺陷，如麻面、蜂窝甚至空洞，外观缺陷的存在一定程度上会影响混凝土结构的承载性能。桥梁结构中，由于结构存在大量受力钢筋和结构性架立钢筋，对于钢筋较密的区域，混凝土因振捣不足或粗骨料过大等原因，会导致局部出现脱空，甚至出现空洞露筋。高速公路新建和缺陷处治施工过程中，经常遇到连续刚构桥箱内顶板出现局部空洞露筋的情况，顶板出现局部露筋后，结构受力钢筋保护层厚度不足，暴露在自然环境中，进而引发结构受力钢筋锈蚀，锈蚀之后的钢筋有效横截面积减小、结构承载能力减小、梁体进一步出现结构性裂缝，加剧其他部位的破坏，最终导致结构承载能力不足，桥梁局部空洞如图 1 所示。图 1桥梁空洞露筋病害图 针对已经存在的连续钢构桥桥箱内顶板出现的空洞露筋病害，其处置方式为凿除露筋周边混凝土至露出无锈蚀钢筋为止，对露出钢筋中存在锈蚀的区域进行除锈防护后，设置模板并采用灌浆材料进行灌浆修复1。常规的灌浆修复手段为压力注浆和振动注浆，针对注浆压力值的不同，压力注浆手段分为静压注浆和高压注浆，不同注浆手段，其目的在于注浆体最终能够均匀密实无气泡，最终与现状结构形成统一体，防止露筋部分继续锈蚀受力钢筋2。注浆体中如因振捣不密实等原因而存在较大空隙，则空隙中的气体在此环境下将与受力钢筋发生化学反应，进一步加剧钢筋腐蚀，影响结构安全，且此类情况一旦发生，因其包裹于注浆体内部，外观上很难发现。对于箱梁结构中的顶板空洞露筋病害，由于其位置较为特殊，采用传统注浆方式，注浆体在重力作用下容易与原有结构脱离，使注浆体填充不密实，无法起到加固修复的作用，导致注浆填充不密实的主要原因为模板密闭性不严，存在漏压的通病。为解决该问题，该文在充分分析常见注浆工艺的基础上引入“真空注浆”的思路，分析该施工工艺的可实施性，结合实际工程，总结注浆施工的工艺流程，针对钻孔注浆施工中漏压通病问题提出合理建议和措施，为类似病害处理提供借鉴和帮助。1消缺工程中的“真空注浆”注浆技术起源于十九世纪法国，最早应用于水利工程，随着对注浆技术与注浆工艺研究的发展，最终形成注浆工程学并应用于岩土工程中。近年来，桥梁、水坝、隧道等重要结构因混凝土振捣不足或粗骨料过大等原因，经常发生空洞露筋病害，工程中通过注浆手段进行修补，注浆材料多为高性能聚合物注浆材料，该工艺在公路消缺工程施工中的应用越来越广泛。1.1可注性理论类似于岩土体结构，可注性是指注浆材料在注浆完收稿日期：2023-07-12作者简介：毕健（1988）,男,本科,工程师,一级建造师,研究方向：桥隧加固维修。高速公路消缺工程施工中顶部混凝土空洞注浆质量的措施研究毕健,向紫东,蔡鹏程（葛洲坝集团交通投资有限公司,湖北 武汉 430000）摘要在高速公路新建和缺陷处治施工过程中，桥梁箱体内顶部混凝土等钢筋密度大的部位经常发生空洞病害，影响结构安全性能。目前行业内常见的处理方式为采用钻孔方式进行水泥注浆或高聚合物无收缩灌浆料注浆，但在注浆过程中因周边裂缝、模板支护密闭性无法达标等问题导致漏压，注浆质量无法达到规范要求。为保障注浆质量，文章在常见注浆工艺的基础上引入“真空注浆”的思路，并提出合理化建议和措施，为类似病害处理提供借鉴和帮助。关键词“真空注浆”；注水试验；密闭性；消缺工程中图分类号TU746.3文献标识码A文章编号2096-8949（2023）21-0121-032023 年第 4 卷第 21 期122交通科技与管理工程技术成后，能够通过原结构颗粒空隙，扩散进入结构空隙，与原结构形成一体。对于已存在的原状混凝土，颗粒之间仍然存在结构孔隙，且注浆前需对空洞露筋处进行人工凿除，由此，高性能的聚合物注浆材料即可通过颗粒间空隙扩散至结构内部，形成一体。除原状混凝土结构自身的物理力学性质外，混凝土可注性还在于注浆材料的流变性，注浆材料的流变特性受材料颗粒大小、浆体稳定性等因素影响，桥梁结构空洞修复工程中所采用的注浆材料多为 C60 无骨料灌浆料进行灌浆，属于水灰比较小的宾汉姆塑性流体，其流变方程表示为：=p+n（1）式中，剪切应力；流速梯度和剪切速率，p、n 剪切应力屈服值和塑形黏度。从式中可以看出，此类注浆材料的流动阻力较大，自然压力条件下，很难扩散至原状混凝土结构与之形成整体，需进行压力注浆，保证注浆体密实性。压力注浆过程对注浆模板的要求较高，传统钻孔注浆过程中，注浆模板存在漏压通病，水泥砂浆在注浆完成后，其凝结时间和养护时间均较长，养护过程中，注浆模板漏压后会导致注浆体不饱满，新旧混凝土截面黏结变差，处置后结构强度无法保证3。1.2密闭性注水试验在注浆工程中，真空注浆是指利用设备或工程手段，预先在需要注浆的区域形成真空负压，后通过大气压将注浆材料灌注道注浆区域，灌浆材料在真空负压的作用下深入原混凝土结构空隙，与之形成整体，参考注浆工程中的真空注浆理论，在高速公路消缺工程中，“真空注浆”是指对注浆空腔进行密封处理，形成类似真空（无真空负压）的密闭空间进行注浆，保证注浆饱满无空隙4。如图 2 所示，消缺工程中的“真空注浆”技术的难点在于注浆空腔的密闭性，模板支护完成后，模板周边采用橡胶带、密封胶、环氧水泥砂浆进行密封处理。支护模板过程中，预留进料口泄水阀位置，进料口泄水阀位置同样采用密封胶等密封材料处理，养护一定时间后，进行注水试验，关闭泄水阀，使注浆空腔内充满水体。检查注水过程和注水完成后一定时间段内，注浆模板是否存在漏水现象，漏水点及时用橡胶管+环氧砂浆+堵漏王（永久性防水的水硬性材料）进行封堵，待注浆模板不再有明显液体渗出时，可认为注浆模板密闭性达到注浆要求。注水试验的作用在于：一方面能够在检验注浆模板密闭性的同时，可浸透旧混凝土界面，防止其吸收注浆材料中的水体，进而导致注浆体与旧混凝土之间黏接不良；另一方面注浆过程中通过泄水阀与进料口之间的压力差，形成“真空”状态，保证注浆饱满5。消缺工程中，“真空注浆”技术的另一关键点在于进料口及泄水阀的位置，进料口及泄水阀一般预留在注浆模板底部，模板支护时，泄水阀位置需考虑注水试验完成后，能够将模板中的试验水体排净，防止注水试验完成后，注浆模板存水稀释注浆材料，进而导致注浆部分强度降低。泄水阀的另一个作用在于观察模板内注浆是否饱满，判断注浆是否完成，进料口位于模板底部，注浆过程存在一定压力，其过程为压力注浆，能够保证注浆材料因重力或振捣不足等情况出现的脱空等问题。图 2密封注浆模板及预留进料口泄水阀2工程应用连续刚构桥箱梁结构内顶板由于外界因素和施工振捣不足等原因，经常出现空洞露筋病害，对于箱梁顶板，采用传统注浆技术进行处治往往效果不佳，具体表现在注浆体后期容易出现破损、脱落或者局部空隙的现象。此类病害如不妥善处理，将影响结构安全承载性能，工程中采用“真空”注浆技术，解决注浆过程中普遍存在的漏压问题，对桥梁空洞露筋病害进行修缮处治。2.1工程背景某公路交工验收桥梁隧道外观缺陷处治工程中，针对交工验收存在的需立即处治的严重病害进行二次检查及确定施工方案。该高速公路在交工验收前的相关检测中，发现桥梁隧道存在局部外观缺陷。为保证交工验收工作的顺利进行，对其所新建桥梁隧道的外观缺陷进行维修处治。该大桥全长 347.54 m，桥面分为左右两幅，宽均为12.5 m，上部结构采用 70 m+130 m+70 m 三跨预应力混凝土连续刚构箱梁，交工验收外观检测中发现病害描述如表 1 所示。顶板空洞露筋病害如图 3 所示。表 1桥梁病害汇总表序号严重问题构件编号TJ9-QL-63#跨 15#、16#节段箱内顶板崩裂，敲击有空响，面积 22 m2；2#跨 17#节段箱内顶板12 条纵向裂缝，最大缝宽 0.40 mm，敲击有空响；18#节段箱内顶板开裂，敲击有空响，面积 1.51.2 m23#-15#节段、3#-16#节段、2#-17#节段、2#-18#节段123交通科技与管理工程技术图 3顶板空洞露筋2.2处治方法凿除空洞部分混凝土，对露筋钢筋进行除锈并涂刷防锈漆，支护钢模板采用 C60 无骨料灌浆料进行灌浆，整个病害区域粘贴双层 300 g/m2一级碳布，并采用专用油漆进行表面刷漆至与混凝土颜色相近。对裂缝宽度 0.15 mm 裂缝进行裂缝灌注，对 0.15 mm 裂缝进行封闭。对混凝土外观缺陷部位进行环氧砂浆修补。处治工程量有裂缝灌注 40 m；裂缝封闭 40 m；C60无骨料灌浆料灌浆 22.25 m2；粘贴碳布 44.5 m2；表面刷漆处理 44.5 m2；混凝土缺陷环氧砂浆修补 10 m2。2.3工艺流程根据对上述病害的处治方案，其具体步骤如下：现场查看 确定病害位置 搭设脚手架 凿除空洞处混凝土 标记空洞位置各点标高 模板下料 模板封边处理（橡胶条和环氧砂浆）支护模板 预留进料口、安装排水阀门（最低处）、安装观察口阀门（最高处）密闭性试验（注水），任何漏水处用堵漏王封闭处理 密闭性检查合格 空洞内放水 灌浆料拌和 灌注灌浆料 观察口出浆 封闭二次灌注 养护 1 d拆除模板 打磨、环氧砂浆找平 粘贴碳纤维布 表面油漆处理 完工实验 验收，现场施工过程如图4 所示。消缺工程处置完成后，在标准条件下对修补区域进行养护，由于灌浆材料选用的是 C60 灌浆料，是一种以高性能水泥为主要基料，其特点是具有流动性好、黏结性强、混合均匀、凝固迅速等优点，C60 灌浆料施工完成后，按照规定时间进行养护，保持其湿润状态，以确保其强度和耐久性。养护完成后采用回弹仪对灌浆区域进行回弹模量检测，从测区的 16 个回弹值中剔除 3 个最大值及 3 个最小值，剩下 10 个测得平均回弹值为 53.2，测区混凝土强度换算值为 58.3 MPa，脱空率 0%，满足设计要求。3结语桥梁空洞露筋病害处治过程中，注浆模板漏压通病问题时常发生，漏压漏浆最终将导致注浆体自身强度不能得到保证，还可能存在二次空洞病害发生，在充分分析常见注浆工艺的基础上引入“真空注浆”的思路，通过注水试验保证注浆模板密闭性，避免了传统注浆过程中普遍存在的漏压漏液通病。结合某大桥顶板空洞露筋病害处治工程，探究了注浆材料的可注性及消缺工程中的“真空注浆”技术的可实施性，工程实践证明：通过注水试验，保证注浆模板的密闭性，采用 C60 灌浆料对空洞区域进行修复后，经检测，测区平均回弹值为 53.2，混凝土强度换算值为 58.3 MPa，脱空率 0%，满足设计要求，该研究结果可为类似病害处理提供借鉴和帮助。（a）空洞凿除（b）架设模板（c）封闭注浆 （d）表面处理图 4顶板空洞露筋修复施工流程参考文献1 周海波.空心板空洞、露筋质量缺陷修补和加固施工J.建材与装饰,2019(18):231-232.2张妮.美国瓦瑞纳艾农大桥锈蚀预应力筋的处理J.世界桥梁,2018(3):94-95.3 翁绍志,柴俏良,毛利炎.桥梁混凝土表面缺陷产生的原因分析与处治 J.山西建筑,2008(28):308-309.4 邓宗才,陈铭华.三种加固砂浆的界面黏结性能试验研究 J.混凝土,2022(9):145-148.5 张俊涛,闵巧玲,李明超,等.水工混凝土裂缝高强环氧砂浆修复的力学性能评价分析 J.水资源与水工程学报,2022(1):152-158.