浅谈市政桥梁上部结构加固技术
2015-05-27
工程概况
某跨江市政大桥桥梁，结构型式为变截面连续箱梁，跨径布置为55.4m+3×85m+55.4m，横断面型式为单箱三室，桥面全宽20.8m。该桥箱梁顶板、腹板及横隔板发现有裂缝产生，经过多次跟踪观测，发现裂缝一直呈发展趋势。其全桥裂缝分布特征为：①全桥腹板裂缝总长为1569.6m，占全桥裂缝总长的60％，裂缝最大宽度为1.2 mm，裂缝走向水平倾角为30―60o；②全桥顶板裂缝总长为784．64m，占全桥裂缝总长的30％，裂缝最大宽度为1.6mm，裂缝走向为顺桥向；③全桥横隔板裂缝总长为267.52m，占全桥裂缝总长的10％，其裂缝最大宽度为1.0mm。
大桥产生裂缝的原因与加固方案分析
根据分析全桥裂缝出现的部位，危害最大的是腹板裂缝。腹板裂缝产生的主要原因是该桥腹板没有设置竖向预应力索，加之布筋不足，断面尺寸过小，裂缝产生是主拉剪应力所至，要恢复承载力，只有加大断面、增加四分点抗剪力筋，才能抑制裂缝继续产生。经研究分析该桥加固维修方案为：①箱梁腹板封堵裂缝，钢板条黏帖补强，浇筑加厚钢筋混凝土补强；②箱梁横隔板封堵裂缝，钢板条黏帖补强，浇筑加厚钢筋混凝土补强；③箱梁顶板封堵裂缝，黏贴碳纤维布补强；④预应力孔道进行钻孔检查，不实部分补压水泥浆补强；⑤行车道沥青铺装层损坏严重，全部凿除翻修为结合式钢筋混凝土刚性桥面；⑥加固过程中增加了主体结构恒载，故需布设箱内的体外预应力束，用以抵消恒载的影响。
大桥的维修加固施工过程
封堵裂缝
混凝土结构裂缝注胶法，是使用BL注入器(可提供0.34MPa的恒定压力)和环氧树脂注人材料及密封材料，采用低压力，低速注入的方法，简称“壁可法”。该注入料可渗透到细如发丝的裂缝末端，不收缩、低黏度、黏结力强。硬化后有极强的抗水、抗化学稳定性，其抗压强度大于50MPa，抗剪强度大于10MPa。施工工艺如下：①清表。首先将裂缝两侧10cm范围内用钢丝刷或砂轮打磨干净，将裂缝表面浮尘、油污去除，用气压为0.2MPa的压缩空气清除缝内浮尘，用工业丙酮将裂缝刷洗干净；②封缝及气密性检查。认真分析裂缝走向，以一条连通的裂缝为单位进行整治，每隔25―30cm布设1个压浆嘴，压浆嘴必须骑跨裂缝，并用封缝专用胶黏住，然后用封缝专用胶将裂缝封严，涂封缝胶宽8cm，厚8mm，并将灌浆嘴周边封闭，必须保证涂封质量，达到无隙、无砂眼，否则会造成压浆时漏浆。待封缝胶达到强度后，用压缩空气进行气密性检查，凡漏气处必须修补密封至不漏为止；③灌缝。灌缝时要使用一种与压浆咀相连的注射器，两者之间卡口相连易连易撤，是“壁可法”灌缝的配套设备。注射器为特种塑料制品，其弹性模量比一般塑料大得多，只要有一定的变形，便会提供较大的应力，因此灌缝过程是用高压将灌缝胶压入注射器，注射器体积膨胀容量加大，注射器壳体张力也随之加大，当注射器体积膨胀到最大限度之后，注射器便获得第一次注射所需要的灌缝胶，并将装入注射器内的灌缝胶在壳体张力的作用下持续不断的注入裂缝中。根据裂缝大小，即时对注射器中的灌缝胶予以补充，当其体积维持12 h以上不再缩小，且体积大于空腹的20％时，则裂缝已经注满，完成灌缝；④压浆结束后，将压浆嘴及BL注入器去除。
（2）贴碳纤维布补强
碳纤维单向布具有高强度、高弹性模量和耐久性好等优点，其抗拉强度是普通钢筋的1O倍以上，弹性模量与普通钢筋接近，它耐酸、碱、盐及大气环境腐蚀，完工之后，不需维护，广泛运用于各种形状的混凝土结构加固，厚度薄、质量轻，极少增加加固部件的重量，普遍应用于结构物使用荷载增加、设计强度不足、材料老化、钢筋锈蚀、控制裂缝发展等状况。通过对梁、板、柱等进行加固前后大量对比试验，力学性能显著得到提高，据试验研究统计。黏贴一层碳纤维单向布的梁板，其抗弯性能可提高5―8％。此技术与其他黏钢、喷射混凝土等加固技术相比，具有自重小、施工简便、施工周期短和耐久性好等特点。碳纤维布加固施工步骤如下：①清除碳纤维布加固部位结构表面的松散物质及污垢，并用丙酮擦洗。对被加固混凝土表面作打磨处理，除去风化层，露出新茬，清除灰尘，保持清洁；②涂刷底层树脂(底胶)。将表面处理树脂均匀涂刷在待施工的界面上，不得有遗漏处；③当底胶硬化后，用环氧树脂(找平胶)修补加固构件表面的孔洞。待表面树脂不黏手时，用修平树脂找平基面，做到基面平整无凹陷处；
④当底胶和找平胶硬化后，涂刷浸洗树脂(面胶)。待修平树脂不黏手已基本固化后，即可将浸渍树脂均匀涂刷在上面，厚度约3～5mm，不得有过厚、过薄或有遗漏处；⑤黏贴碳纤维布：将碳纤维单向布展开、拉紧，平铺在涂有浸渍树脂的基面上，再用专用工具反复滚压，需充分排气，紧密贴合，排除单向布与浸渍树脂间的空气，使单向布完全浸渍于树脂之中，要做到碳纤维单向布平直，中间无空穴元气泡。碳纤维布之间如需搭接黏帖，则搭接长度不小于100mm，且搭接位置需避开主要受力区；⑥涂面胶，如需贴多层碳纤维布补强，则重复④-⑤步骤；⑦在铺设滚压最后一层单向布后，应做一次最后的压平、整理，并再涂浸渍树脂，厚度约1～2mm；⑧加固层完全固化时间约7d，完全固化后即可根据设计要求，涂刷防护及装饰外用面漆。
（3）钢板条黏贴补强
黏贴的钢板预先按设计尺寸裁出备用，放出黏钢位置大样，用切割机沿边线切割混凝土深1cm，然后用钢钎凿毛剔出带槽。在剔好的槽内按设计锚固间距钻孔，空压机吹净孔内粉尘后用配好的环氧树脂在孔内植入螺栓。根据预埋螺栓情况确定钢带钻孔位置，用角磨机对钢板黏合面除锈并打出横纹。黏结前用丙酮对钢板黏结面及混凝土表面进行擦拭，去除灰尘及油渍。混凝土表面用毛刷涂一道环氧胶液，钢板黏结面涂抹配好的环氧砂浆，砂浆涂抹宜中厚外薄，均匀一致，然后对准孔位黏合到混凝土表面。钢板黏好后立即紧固螺母，交替间隔紧固，同时不断轻敲钢板使砂浆扩散，排出气泡，使钢板平整，浆体饱满密实。黏完钢板30h后，用小锤轻敲钢板表面，判断密实程度。如钢板黏结面小于90％，应剥下重黏。钢板黏结合格后应及时刷防锈漆。具体步骤如下：①放样。在腹板上放样一组平行线，作为黏贴钢板条的黏贴位置线，该平行线与水平方向成45°，使黏贴后的钢板条与裂缝保持基本垂直，平行线之间的距离为50cm；②钻孔。在平行线上用电锤钻418mm的孔，孔与孔之间的距离为30-35cm，线两端的边孔离端点为5cm，为安装膨胀螺丝做准备；③凿毛。沿各平行线，以各线为中心分别凿一条宽6cm的凿毛带，凿毛带必须相对平整，去除浮浆疏松物，砂粒及外露粗骨料；④清洗。用高压水枪将凿毛带及膨胀螺丝孔清洗干净；⑤安装膨胀螺丝。向孔内注入环氧树脂胶泥，然后打入膨胀螺丝；⑥钢板条下料、打磨、钻孔。按凿毛带的长度对应下料，将钢板打磨光洁，然后根据膨胀螺丝的位置在钢板上钻孔；⑦黏贴钢板。在凿毛带上涂一层环氧树脂基液，在钢板上涂一层约2cm厚的环氧树脂胶泥，然后将钢板条对应黏贴在各凿毛带上，并用膨胀螺丝加压固定。
（4）钢筋混凝土加厚补强
①腹板上加厚混凝土的厚度为12cm，长度以覆盖钢板条分布长度为准，高度为各腹板的原高度：②为了使新旧混凝土结合良好，原混凝土表面必须先凿毛，并以30×30cm的间距，安设锚固桩，锚固桩深入混凝土的深度为5cm，用环氧树脂胶泥固定；③钢筋网在同一个平面上，网格大小为10×10cm，钢筋网与锚固桩焊接固定，钢筋规格为横向12cm，竖向16cm；④在钢筋网外安装模板，模板上安装附着式振动器，模板采用木模，对拉杆固定，模板上端需预留高度为20cm的进料口；⑤混凝土从进料口进入，用附着式振动器振实，上端2cm混凝土用人工塞满，并用预留模板挤压成型；⑥混凝土初凝后，拆除模板，并用切割机切除对拉杆。
（5）施加体外索
通过增加体外索，能切实可靠的增加梁桥的抗弯强度，以弥补梁内预应力配筋的先天不足，阻止梁体进一步下挠和受拉区混凝土的开裂。体外预应力索与一般预应索相比，有很多重要的区别，其施工方法也不尽相同，具体施工要求如下：
①梁体为单箱3室型结构，各室中体外索分布完全相同，各室内有纵向体外索32束，每2束为一组，其外套塑料管保护；②体外索采用直径15.24mm无黏结低松弛钢绞线，依次锚固在支点横隔板，1/4横隔板及跨中横隔板上，采用OVM防松动锚具；③预应力孔直径为40mm，采用取芯钻机施钻，钻孔必须顺直；④张拉控制应力为：0.7×1860MPa=1302MPa，控制力为178.65kN，采用两端对称
张拉；⑤体外索分段支承以减少振动，支承处外套不锈钢管，内衬聚四氟乙烯套管以减少摩擦。
四、结 论
现阶段全国各地许多大桥由于交通量的增大荷载等级的提高，以及使用年限等因素，病态桥梁不断增加，故桥梁检测及加固工作越来越多。本工程利用各种新材料、新工艺对桥梁的加固起到了很好的作用，可为类似工程加固提供借鉴。
