桥墩立柱碱骨料反应后的检测及维修加固

冯明亮

摘要：在桥梁检测中流传着碱骨料反应是混凝土的“癌症”这句话，由于混凝土碱骨料反应需要满足一定的条件，且反应较为缓慢，因而具有很强的隐蔽性，而桥梁建成后需要使用几十年或上百年。一般在桥梁建成投入使用时，碱骨料反应尚未发生或未造成明显的表观缺陷，因此不能及时发现，进而对其进行维修、加固，为以后的正常使用埋下了极大的安全隐患。

关键词：桥墩立柱；碱骨料反应；桥梁检测；维修加固

引言

桥梁是道路的重要组成部分，与交通运输业的发展息息相关，是事关国计民生和国防安全的重要构筑物。我国国土辽阔，地形多样，因此需要大量桥梁跨越山谷、道路、水体或其他障碍物。而桥梁在其漫长的使用期内，也会出现各种问题。桥梁下部结构相较于上部结构，由于其高度较高、或被掩埋、遮挡等，不利于直接抵近检查，而混凝土碱骨料反应又是一个漫长且复杂的过程，所以一旦下部结构由于碱骨料反应而失去应有的承载力，必将引起桥梁的局部或整体破损，对桥面行驶中的路人或车辆造成严重安全事故。本文通过具体案例的检测及后期维修、加固全过程，为日后同类情况的检测及维修、加固提供参考。

1、工程概况

崧泽立交SE匝道为一座由G15沈海高速转崧泽高架的匝道桥梁，共19跨，桥梁全长451.8m，全桥上部结构均为连续梁桥。第9~13跨上部结构为预应力混凝土连续箱梁，其他桥跨均为钢筋混凝土连续箱梁，梁端下设盆式支座。下部结构采用柱式桥墩。

2、典型病害

在对该桥进行常规定期检测中发现，9#桥墩立柱4个立面处均存在大量竖向、放射性网状裂缝，其中角隅处竖向裂缝宽度最大达6mm，现场对混凝土最大开裂处进行探凿，发现混凝土粗骨料大部分为膨胀性黑褐色骨料，该类骨料质地较软、结构松散，用手可轻易捏碎，根据以往类似检测经验判断，9#桥墩立柱网状裂缝应为混凝土骨料膨胀所致。为进一步查明情况，管理单位再次委托我公司对SE匝道9#墩进行特殊检查，为桥梁的养护、维修或加固提供基础数据和技术依据。

3、桥墩检测过程及结果

3.1 超声法检测

3.1.1 超声法测区及测点布置

根据现场条件，在9#墩正面和侧面划分了若干超声测区（A区、B区、C区、D区、E区和F区），并在倒角处混凝土空鼓区及附近加密了超声测点（A区8-1~8-4和9-1~9-4测点），测区及测点分布示意图见图1。

图1 9#桥墩超声测区及测点分布示意图

3.1.2 超声波检测结果

9#墩墩身各测区测点超声波波速测试结果统计见表1。

表1 9#桥墩各区域波速测试情况统计表

结论：

1、从9#墩身各部位测区实测声速值看，位于墩身下部直线段范围的A、B、E、F测区平均声速为3.497km/s~3.935km/s，位于墩身上部变宽段的C区和D区声速平均值为4.513km/s和4.442km/s，下部直线段声速平均值明显低于上部变宽段声速平均值，说明9#墩身混凝土质量存在明显不均匀现象，下部直线段混凝土较上部变宽段混凝土质量差。

2、分析9#墩位于下部直线段的A区、B区及E、F区实测声速发现，各测区靠近墩身外边缘的声速值明显较远离外边缘的测量声速值小，说明越靠近墩身外表面混凝土内部缺陷越明显。

3.2 混凝土强度检测

采用超声回弹综合法，根据上海市工程建设规范《结构混凝土抗压强度检测技术规程》（DG/TJ08-2020-2007），各测区混凝土推定强度见下表2。为分析9#墩身各部位混凝土强度的差异，在9#墩身上划分了19个测区，具体位置见图2。

图2 9#桥墩超声回弹测区分布示意图

表2 混凝土强度检测结果汇总表

注：表2中所示推定值（MPa）即为《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）相应的混凝土强度等级。

由表2数据可分析得出：

（1）从9#墩身的19个测区混凝土强度推定值数据看，位于墩身上部变宽段的C、D测区混凝土推定强度分别为53.3MPa和50.2MPa，位于直线段顶部的G、H1、K、L四个测区混凝土推定强度在41.8MPa~47.3MPa之间，位于墩身下部直线段的其余12个测区混凝土推定强度为23.0MPa~38.7MPa，可见9#墩上部变宽段和下部直线段混凝土推定强度分布不均，下部直线段混凝土推定强度低于上部变宽段。

（2）A区细分A1~A4测区混凝土强度推定值依次为37.8MPa、34.5MPa、32.2MPa、23.0MPa，可发现A1~A4强度依次递减，越靠近构件边缘的区域混凝土推定强度越低。

（3）需要说明的是：根据规范，超声-回弹综合法适用于龄期为14~1500d、强度为10~70MPa结构混凝土抗压强度检测，本结构龄期已经超过此限制，检测结果仅作为参考。此外，超声-回弹综合法是间接检测方法，其检测结果可能与混凝土内部实际情况存在差异。

3.3 混凝土取芯检测

对9#墩进行混凝土取芯检测，取芯位置位于9#墩东侧面E区左下角，具体见图3。芯样直径为7cm，取芯深度为40cm（分2次取，每次约20cm），见图4。

图3 现场取芯位置示意图（单位：mm） 图4 取出芯样实景图

根据芯样得知：

1、第一节段（前20cm）芯样不成形，呈碎裂状，第二节段（后20cm）芯样比较完整。

2、芯样表面分布有9条裂缝，最末一条裂缝尾端距芯样末端仅3cm（几乎芯样全长范围均分布有裂缝），裂缝宽度为0.22mm~0.8mm，裂缝（能量出完整形态的裂缝）长度约占芯样投影周长的14%~100%。通过观察钻芯孔壁，亦可发现在不同深度存在多条杂乱分布的裂缝，这些裂缝应和芯样本体上的裂缝相对应。由于芯样取出时部分已碎裂不成形，故芯样实际的裂缝数量应多于目前所能观察到的裂缝数量。

3、通过本次钻芯试验，验证了之前的超声波无损检测结果，表明9#墩立柱下部直线段混凝土内部存在明显缺陷。

4、后期维修加固措施

根据检测结果，得出本次碱骨料反应主要集中在桥墩立柱外层约0.25m范围，同时通过混凝土无损检测得知了该处桥墩立柱的实际混凝土强度，最后经过验算对该桥墩采取了外包钢板，内灌高强砂浆（其中外包砂浆0.3m）的维修方法。

5、结语

由于桥梁在设计时已考虑了一定的冗余度，因此在桥墩立柱出现混凝土碱骨料反应时，应首先通过超声法对碱骨料反应范围进行探测，然后结合局部钻芯取样进行进一步验证，最终明确碱骨料对桥墩立柱承载截面的损伤范围，再通过混凝土无损检测，确定桥墩立柱混凝土实际强度，为桥墩立柱的维修、加固提供基础数据。由于混凝土碱骨料反应需要满足潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应这一必要条件，本次维修采用外包钢板，内灌高强砂浆的方法，在让因受碱骨料反应而开裂的原有混凝土结构重新修复成一个整体，且增大了该处混凝土承载截面，弥补了原有结构强度的损失，同时由于外包钢板及内部高强砂浆的共同作用，彻底隔绝了该处混凝土与外界的接触，杜绝了湿空气及雨水与桥墩立柱混凝土的接触，从而阻断了混凝土碱骨料的进一步发展。在不影响桥面交通的正常行驶中，很好的解决了该处结构存在的安全隐患。

参考文献：

[1] 杨华全.混凝土碱骨料反应[M].中国水利水电出版社，2010

[2] GB/T 50733-2011，预防混凝土碱骨料反应技术规范[S]

[3] DG/TJ08-2020-2007，结构混凝土抗压强度检测技术规程[S]

[4] JTG 3362-2018，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]