压力灌注粘贴钢板加固公路桥的应用
2015-06-03
1、前言
随着我国公路进程的不断加快，道路桥梁使用年限的增长以及桥梁负荷的日趋增大,国内很多一、二级公路桥梁均出现了破损，既有桥梁中由于受到当时设计的局限、材料、施工等各方面的影响，桥梁会逐渐陈旧老化，承载能力降低，可能造成新建桥梁承载力和变形不符合设计及规范要求，必须采用一种可以对整个结构受力体系的进行加固补强来解决此问题。采用粘贴钢板加固混凝土桥梁结构是近几年来补强混凝土结构的新技术，该技术具有基本不改变原结构的尺寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点。
2、病害情况：
2006年有关部门在对广佛高速公路谢边立交主线桥和大沥跨线桥维修加固工程该桥的桥况调查中发现桥梁病害如下：
(1)第四幅桥第9跨梁体为箱梁，梁体局部被撞伤，混凝土局部破损。第9跨梁底跨中附近混凝土局部破损，钢筋外露、锈蚀;第10跨箱梁底板有5条纵向裂缝，宽度在0.3mm~0.4mm之间。
(2）旧桥横隔板普遍存在局部破损现象，连接钢板外露、脱焊、锈蚀、混凝土脱落。
(3）梁底存在保护层偏薄，钢筋外露、锈蚀现象。
(4）梁体存在局部混凝土破损，钢筋外露锈蚀现象。
(5）第7跨1#梁被过往超高车辆撞损严重，主筋被撞弯，破损处外露5根主筋及多根箍筋外露，其中1根箍筋被撞断。
经设计部门验算，并考虑到该桥的行车荷载实际已超过汽-20，该桥的承载力无法满足现有行车要求，必须进行加固，设计采用高压灌注粘贴钢板加固混凝土方法进行桥梁加固。
3、压力灌注粘贴钢板施工工艺及方法
3.1 工艺流程
主要工艺流程：钢板制作→基底处理→螺栓孔定位及钻孔→卸荷→钢板表面处理及安装→配胶→封边→灌注粘胶→检验→防腐处理。
钢板加固施工工艺框图
3.2 操作要点
（1）、钢板制作――按设计图纸要求，根据混凝上构件的实际尺寸对钢板进行下料、成型、钻孔（钻孔以砼构件上螺栓孔位置为准）。
（2）、基底处理――表面处理包括加固构件结合面处理及钢板贴合面处理。
（3）、砼构件结合面，应根据构件表面的新旧程度，坚实程度，干湿程度，分别按以下情况处理：
① 对表面有浮油污物的砼构件的粘合面，应先用硬毛刷沾丙酮刷除表面浮油污物，后用冷水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm 厚表层，直至完全露出新面，并用压缩空气吹除粉粒，处理后，若表面凹凸不平，可用高强树脂砂浆修补。
② 对表面已碳化的旧砼构件的粘合面，直接对粘合面进行打磨，去掉1～2mm 厚表层，用压缩空气除去粉尘或用清水冲洗干净，待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面即可。
③ 对于新砼粘合面，先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，再用硬毛刷沾洗涤剂洗刷表面，或用清水冲洗，待完全干后即可。
④ 对于露筋的砼表面，需用钢丝刷（将钢筋表面的锈蚀除去，再剔除松动的砼，用清水冲洗润湿，用高强树脂砂浆修补。
（4）、螺栓孔定位及钻孔――要求螺栓孔定位准确，钻孔之前应探明待加固结构钢筋位置，避免损坏钢筋，钻孔深度及孔径满足相关规范要求。
（5)、卸荷――为减轻和消除后粘钢板的应力，应变滞后现象，粘钢板前宜对构件适量进行卸荷，因此要适当限制车辆或选择夜间车辆较少时进行。
（6）、钢板表面处理及安装――钢板粘贴之前，粘贴面应首先除油，然后用角磨机进行粗糙处理，直至打磨出现金属光泽，再用干棉布拭净表面，保持干燥备用。表面处理好后，将钢板固定在螺栓上，拧紧螺栓，施加压力并保证钢板与砼表面的间隙在2mm～6mm左右，以确保灌注胶层有足够的厚度；焊接钢板接缝，完成钢板安装。
（7）、配制钢板灌注胶――将钢板灌注胶按要求的重量比准确称量，并倒在容器中，用低速搅拌器，搅拌均匀，直至色泽完全均匀为止。封边胶只需在配置好灌注胶中加入1%-3%的促进剂即可，根据反应时间快慢，可由施工自行决定加入促进剂量。
（8）、封边――将注入咀粘结在钢板的注入孔上，在钢板边缘插入排气管，间距30cm，在膨胀螺栓头上罩上盖碗，然后用钢板封边胶封闭钢板边缘，完成封边。注入咀布置间距为1～2m。
（9）、灌注――用泵将粘钢灌注胶从注入咀由下往上灌注到钢板和砼的空隙中，灌注工作持续到所有排气管均有胶液流出。在灌注过程中，用橡皮锤敲打钢板以确认是否灌注密实。要求灌浆之前先通气试压，以0.2～0.4MPa的压力将粘钢灌注胶从注入咀压入，当排气孔出现浆液后停止加压，以钢板封边胶堵孔，再以较低压力维持10分钟以上。为保证钢板粘贴效果，粘贴开始至粘结剂完全固化时段内（约16小时）应该封闭相关匝道交通。
（10）、检验――粘钢的同时，必须制备钢―钢拉伸剪切试件及钢―砼双剪试件各5个，进行粘结抗剪强度试验。钢―钢粘结抗剪强度试验值不得低于该种胶的相应规定，钢―砼抗剪破坏必须发生在砼上。粘钢结束后，组织有关人员验收，发现问题及时处理。构件的粘钢质量，采取非破损检验。即外观检查钢板边缘溢胶色泽、硬化程度，以小锤敲击钢板检验钢板的有效粘结面积。锚固区有效粘结面积不小于95%，非锚固区不小于90%。
（11）、表面防腐处理――外部粘钢加固钢板，应按设计要求进行防腐处理:
① 钢护套顶板防腐处理要求：钢板表面喷砂除锈SA2.5级→涂四层防腐材料（底漆：一道无机富锌漆厚70微米，中间漆：二道环氧云母氧化铁2×60微米，面漆：一道聚氨脂50微米）；
② 其余钢板防腐处理要求：直接在外层包裹聚合物砂浆防腐并改善外观效果。可在钢板表面粉刷水泥砂浆保护，如钢板面积较大，为了有利于砂浆粘贴，可粘一层铅丝网或点粘一层豆石。并在抹灰时涂刷一道混凝土界面剂。水泥砂浆的厚度：对于梁不应小于20mm，对于板不应小于15mm。
4 施工质量检验及验收要求
（1）、施工开始前，应确认粘钢灌注胶粘剂产品合格证和质量验收报告，其各项性能应满足设计要求。
（2）、拆除临时固定设备后，应用小锤轻轻敲击粘结钢板，从音响判断粘结效果或用超声波法探测粘贴密实度如锚固区粘结面积少于90％，非锚固区粘结面积少于80％，则此粘结件无效，应剥下重新粘结。如有个别空洞声，表明局部不密实，须再次高压注胶方法补实。对于重大工程，为了真实检验其加固效果，尚需抽样进行荷载试验，一般仅做标准使用荷载试验，即在标准荷载作用下，加固结构的变形和裂缝开展应满足设计的使用要求。
5、结语
（1）粘贴钢板加固桥梁是一项技术先进、行之有效的桥梁加固补强方法，与其他加固方法比较，有着自身独特的优势。桥梁粘钢加固一定要严格保证施工的精度。
（2）在粘合钢板时采用锚固螺栓固定钢板，较一般粘贴方法减少了钢板支顶这道工序，施工难度大为减少，待灌入的钢板粘结剂固化后，螺栓和粘结层共同传递混凝土与钢板之问的剪应力及其它内力，充分考虑整体受力问题，可有效防止粘结层和混凝土板之间的界面出现撕裂破坏、钢板剥离现象，从而使整个受力体系更为合理、可靠。
(3) 粘结剂采用灌注法注入钢板和混凝土板之间的空隙，较传统施工中将粘结剂涂抹在混凝土表面和钢板面上再进行粘贴的施工工艺，能更好地适应混凝土构件。
（4）本项目除了采用高压粘贴钢板加固外，还综全采用了其它的方法进行维修加固，整个工程在不重新设计和改造的情况下，用小小的维修费就保持原来的结构和交通状况，相当于节省重建费用的80%左右，效益明显。
