浅谈涵洞病害的原因分析及加固处理
2015-04-01
一、工程概况
广东西部沿海高速公路台山段全长86.28km，为平原微丘区高速公路，共有涵洞346 座，其中盖板涵170 座、圆管涵167 座、拱涵 8 座、箱涵1 座，于2002年4月建成通车，全程采用全封闭互通立交，设计为双向四车道，设计车速为120km/h，设计荷载为汽-超20、挂-120。由于西部沿海高速公路台山段大部分位于软基路段，在受到长期的车辆荷载和路基沉降双重作用下，部分涵洞出现了开裂、露筋等不同程度的病害。为了保证高速公路结构物安全和道路交通安全营运，需要对存在病害的涵洞进行加固处理。本文就西部沿海高速公路台山段较差的15座圆管涵的病害原因及处治措施进行简要分析。
二、主要病害及原因分析
1、涵管裂缝
涵管顶部出现一条或多条纵向裂缝，贯通整个管节，属弯曲裂缝，表明抗弯能力不够。这主要是由于涵管本身的质量或受力较大造成的，此裂缝一般随着作用在涵上的荷载的变化而动态变化；部分裂缝细小、不连续，主要是由于混凝土收缩徐变引起的，属于静态裂缝。
2、接缝脱开、错台和渗砂
接缝脱开、错台主要是由于地基不均匀沉降造成的；部分接缝掏空、渗砂是由于沥青麻絮布条老化、脱落，经水流冲刷接缝，路基填土下渗所致。
4、管壁露筋
管壁露筋主要是由于混凝土保护层厚度偏薄或受力过大使管壁开裂钢筋锈胀造成的。
三、处治措施
1、混凝土裂缝
当裂缝宽度小于0.15mm 时，涂刷改性环氧树脂胶进行封闭处理；当裂缝宽度大于或等于0.15mm 时，采用压力灌注浆法灌注改性环氧树脂胶进行修补；对已采用环氧树脂涂抹但未完全封闭的裂缝，凿开并采用改性环氧树脂重新修补。采用当裂缝区的钢筋锈蚀时，先对钢筋进行除锈，再进行裂缝修补。
2、结构性裂缝加固
对于宽度大于0.2mm 的结构性裂缝，除进行裂缝修补外，还应对管涵进行加固处理，以
提高涵洞的承载能力。对于结构受力裂缝，采用黏贴钢板加固，开裂比较严重者采用内嵌钢护筒加固。
3、管节间接缝填料脱落
混凝土管涵的接头处或施工缝处发生填缝料脱落，或已采用水泥砂浆修复处理，但修补质量不佳的，凿除原填缝料，清理干净后采用干燥麻絮浸透沥青后填实。对于引起路基渗水、流砂等现象，先对涵背土体进行注浆加固，再进行封堵处理。
4、管壁混凝土的空洞、蜂窝、麻面、表面风化、剥落、破损
先将松散部分清除，再用小石子混凝土、改性环氧砂浆进行修补。新补的混凝土要密实，与原结构结合牢固、表面平整。新补混凝土必须进行养生。对于混凝土剥落露筋或混凝土保护层厚度不足时，先将松动的保护层凿去，并清除钢筋锈迹，然后修复保护层。如损坏面积不大时，可用改性环氧砂浆进行修补，如损坏面积过大，钢筋腐蚀严重，采用钢套筒进行加固。
5、管节错台
管节因基础不均匀沉降引起的错台现象，接缝处用沥青麻絮填实，管接头局部破损处，采用高强度等级混凝土进行修复，若管节错台严重，建议进行纠偏处理。
6、其他维修措施
对于涵顶路面裂缝，采用乳化沥青灌缝封闭，对于端墙、翼墙裂缝，采用水泥砂浆修补。
四、施工工艺及技术要求
（一）裂缝修补
1、裂缝修补前应对裂缝进行全面的调查，现场核实裂缝的数量、长度、宽度等，并对裂缝进行编号，做好记录，绘制裂缝分布图。
2、根据裂缝的不同性质、不同形态度选择合适的修补方法和修补顺序。
3、 裂缝缝口表面处理，应使工作面平顺、干燥、无油污，处理范围沿裂缝走向宽度30~50mm。
4、采用表面封闭法处理裂缝时，应在缝口表面处理后，用改性环氧胶泥适当加压刮抹。
5、压力注浆修补裂缝根据浆液流动性选择注浆压力，一般为0.1~0.4MPa。
6、裂缝压浆应自下而上进行。
7、压力压浆法施工工艺流程：缝口表面处理—粘贴注浆嘴和出浆嘴—封缝—密封检查—灌浆—封口结束—检查。
（二）管节表面缺陷处理
1、混凝土表面缺陷修补前应对缺陷进行全面的调查，根据损坏程度选择合适的修补材料和修补方法。
2、对于表面蜂窝、空洞及大范围破损等缺陷可采用比原结构高一等级的混凝土进行修补；对于表面的风化、剥落、露筋及小面积的破损缺陷，可采用改性环氧砂浆进行修补。
3、混凝土修补前，应对表面的蜂窝、空洞进行处理、凿毛，并使旧混凝土表面保持湿润、清洁。
4、涂抹改性环氧砂浆修补前，应先在已凿毛的混凝土表面涂一层改性环氧基液，使旧混凝土表面充分浸润。
5、改性环氧砂浆施工温度宜为20oC±5oC，高温或寒冷季节应采取有效措施控制施工温度。
6、表层缺陷处理前应对生锈的钢筋进行除锈，缺陷处理后宜在修补范围及周边涂刷渗透型阻锈剂。
（三）管涵内衬钢护筒加固
内衬钢护筒采用6mm 厚钢板卷制而成，根据砼的开裂范围及施工方法定制护筒长度，如
需接长，采用平口对焊连接。钢护筒与原砼管涵间的间隙采用环氧树脂填充。为保证护筒能在洞内顺畅移动，方便安装，同时保证护筒居中，在每节筒下焊1～2cm 的半圆形钢板。内衬钢护筒安装前先用喷砂方法对原涵洞内表面进行打毛，清除杂物、赃物、翘裂的混凝土，并用高压水枪进行清洗。对钢护筒表面也应处理，主要包括钢板表面的盐含量的检测和可溶盐的清除，表面油污检查及清除，油漆、胶带等表面附着物及杂物的清除。
钢护筒安装：通过挖掘机吊装配合卷扬机牵引进行。在上游设一台挖掘机，起吊钢护筒
在涵洞下游安装一台5t 卷扬机，用钢丝绳牵引钢护筒一端，栓钢丝绳处用φ25mm 钢筋焊成十字形，对管口进行加固，以防钢护筒变形。材料要求：依据ISO 3549—2002 标准测试，环氧富锌底漆中的金属漆在干膜中的重量比不低于80%；环氧云铁中间漆（MIO）要求体积固体含量不低于80%；丙烯酸聚氨酯面漆要求体积固体含量不低于57%。
施工要求：钢护筒表面的喷砂处理应达到Sa2.5 级标准。车间底漆用于钢护筒结构表面，
采用无机硅酸锌车间底漆，面漆施工温度不能高于40℃。钢护筒内表面涂装体系和工地焊接接头区域涂装体系分别见表5 和表6。工地焊接接头区域表面涂装前应采用动力工具打磨处理至St3 级，施工需满足相关标准、规范的要求。防腐涂装应在大气条件良好时进行，当空气温度低于涂料干燥及固化温度的极限或起雾、结霜、下雨时不能进行涂装。
（四）管节粘贴钢板加固
1、加固施工前必须对原管涵混凝土强度进行现场检测，要求实际混凝土强度等级不低于C20。
2、钢板宜采用工厂自动制作成圆弧形，切割边缘表面光滑，无毛刺、咬口及翘曲等缺陷。
3、钢板黏合面壳用喷砂或平砂轮打磨直至露出金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，钢板黏结面应有一定的粗糙度。
4、钢板外露面必须除锈至呈现金属光泽并保持干燥，并涂刷防锈蚀油漆，防锈蚀材料对钢板及胶黏剂无害。
5、钢板粘贴应在干燥的环境下进行，若管节黏结面比较潮湿，必须进行干燥处理。
6、管节的黏结面处理及钢板的黏结面处理是最关键的工序，如黏贴面局部破损，应先凿毛，然后用高一级原混凝土强度等级的小石子混凝土修补后再进行处理。对于很旧很脏的黏结面，应先用硬毛刷蘸高效洗涤剂刷除表面油垢污物后用清水冲洗，再对黏结面进行打磨，除去2~3mm 厚表层，直至完全露出新的混凝土面，并且用压缩空气吹除粉尘。
7、粘贴钢板施工时，应分幅进行并封闭涵上交通，减少活载对加固质量的影响。
8、钢板表面涂装体系参照钢护筒表面涂装体系。
由于圆管涵维修加固的项目小，而且比较分散，在保证高速公路的正常营运条件下，既要保证施工质量和安全，又要节约成本。所以除了在施工工艺等方面提出更高要求外，还要进行合理组织施工，包括交通维护、环境保护等措施也应该做足。
