浅析江苏省内某高速路桥的加固施工
2015-09-14
一、 工程概况
江苏省某分离式立交桥，中心桩号为 K281+798.70 m，交叉形式为主线下穿，夹角为80°36′00″，桥梁全长 67.78 m，桥跨组合为 15+17+17+15（m）。该桥梁的上部结构具体为钢筋混凝土现浇连续箱梁，单箱单室等截面，其中梁高 1 m，底板宽 5 m，顶板宽9 m，两侧横向悬臂各长 1.8 m，箱梁顶板、底板厚均为 0.20 m，腹板厚度从跨中到墩顶由 30 cm 渐变至 50 cm。桥墩下部结构为直径 1.5 m 的钻孔灌注桩基础，桩长约 25 m，中墩采用直径为 1.2 m 的独柱，直径横向设 2 块四氟滑板橡胶支座。
项目施工人员经过振动测试，此工程式的维修加固前主要存在以下问题：桥面铺装破损严重，大面积龟裂，呈破碎状。箱梁底板有横向裂缝产生，缝宽介于 0.15～0.30 mm 之间，个别裂缝延伸已贯通整个底板。大部分裂缝延伸至腹板成竖向裂缝，腹板裂缝延伸至顶部与翼缘交界处，整条裂缝成 U 型。同时底板通气孔附近有横向裂缝产生。该桥实测竖向位移有效值介于 0.485～0.643 mm 之间，远大于跨度为 20m 以下钢筋混凝土梁桥的振幅标准值的允许值 0.3mm。测试该桥竖向振动优势频率 2.246～6.640Hz、横向振动优势频率为 2.392Hz 时，对应的响应振感明显。实测桥跨结构一阶基频均低于理论计算值，实测值与理论值之比为 0.92、0.93，说明该桥动力性差。桥台支座产生较大受压变形，支座下半部分直径明显大于上半部分直径。上部结构技术状况评定为差，为四类构件，评定为四类桥梁。
2 加固处治方案
对所有裂缝进行封闭或灌浆处理；重做桥梁伸缩缝；更换两侧桥台支座；重做桥面铺装，原铺装层为 13～7 cm，施工图设计改为 15 cm 厚，掺加聚丙烯纤维的钢筋混凝土，满足规范对桥面铺装的要求；针对限制裂缝发展、保证结构耐久性，提高结构的抗弯承载力，加固设计箱梁底板粘贴厚 0.167 mm 双层碳纤维布；针对该桥振动病害，在 1、3 号墩位置各设两根直径 50 cm 钢管混凝土墩，以提高该桥整体钢度；针对凿除桥铺装后，如墩顶出现病害，拟增设墩顶预应力措施进行加固处理；桥头引道部分路面按原结构层构造、级配及工程量进行施工；更换桥梁防落物网。
3 施工工艺及质量控制
3.1 施工顺序
封闭交通→裂缝封闭灌浆→凿除桥面铺装→拆除伸缩缝→更换桥台支座→箱梁粘贴碳纤维布→桩基施工→承台施工→钢管混凝土墩柱施工→安装新增墩柱支座→重做桥面铺装→安装伸缩缝→桥面交通。
3.2 裂缝灌浆处理
对所有宽度大于 0.15 mm 的裂缝进行灌浆处理，灌浆胶采用优质 A 级环氧灌缝胶。选用粘度适宜的灌浆胶，确保裂缝之间的胶体能均匀密实地渗透进去。无论产品本身或施工时都不掺加任何溶剂。裂缝灌注胶的性能不低于国家标准。
对混凝土表面进行处理，清除松散灰浆、砂粒、油垢，使混凝土表面保持干净。灌缝过程中，裂缝宜处于干燥状态。施工开始前，应先确认裂缝表面封闭胶等产品合格证、产品质量检验报告，各项性能应满足表 1 的要求。当工程的裂缝灌浆量大时，应作一组试样进行拉伸剪切强度检验。受检的胶粘剂应由独立试验室人员在不小于 2 个包装单位中随机抽取。
灌缝胶必须采用已经配置好的成品，禁止现场配置。灌缝胶开始使用后，应尽快将其注入到裂缝中，并在产品规定的适用期内使用完毕。灌缝全部注满后应按材料要求进行养护，待浆液固化后，拆除灌浆嘴，并对混凝土表面进行修整。
灌浆结束后，应检查补强效果及质量。凡有不密实或重新开裂等外观不合格的情况，应及时采取补灌等补救措施，确保工程质量。必要时可钻芯取样以检查灌缝质量是否饱满、密实，取芯数量依据相关技术规程现场确定。
3.3 裂缝封闭处理
对所有宽度小于 0.15 mm 的裂缝，无论缝宽大小，在进行裂缝灌浆过程中一并封闭，不需再做处理。对外表颜色较深的原封缝物要清除干净，重新采用107 胶或 801 建筑胶水泥浆（掺入白水泥）刮抹，颜色与原混凝土颜色相近，外观平整。
3.4 植筋
3.4.1 材料
植筋结构胶应采用优质 A 级改性环氧树脂植筋结构胶，植筋胶结构应具有良好的触变性，且具有足够的粘结强度和耐久性，其性能应符合《混凝土结构加固技术规范》（GB50367－2006）、《混凝土结构反锚固技术规程》（JGJ145-2004）或《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）的基本性能指标的要求。植筋锚固的胶粘剂其填料必须在工厂制胶时添加，严禁在施工现场加入。
3.4.2 施工工艺
钻孔：孔深与锚筋埋设深度相同，孔径比锚筋大 2~4 mm，孔位应避让构造钢筋，孔道应顺直。清理钻孔：孔道先用硬鬃毛刷清理，再以高压干燥空气吹除孔底灰尘、碎片和水分，孔内应保持干燥。
灌胶：将植筋胶由孔底灌注至孔深 2/3 处，待插入锚筋后，胶即充满整个孔洞。
插入锚筋：锚筋插入前应清除插入部分的表面污物，并须插到孔底，插入多余的胶应清除。污物应以钢刷清除，再用丙酮擦净，并揩拭干。在胶液干固之前，避免扰动锚固钢筋和在孔位附近有明水。
3.4.3 质量控制
施工开始前确认植筋胶的产品合格证、产品质量检验报告，各项性能应满足表 1 的要求，并进行材料性能抽样检验。
同规格、同型号，基本相同部位的锚栓检验批，做锚固抗拔承载力现场非破坏性检验。检验结果评定按照《混凝土结构锚固技术规程》（JGJ145-2004）附录 A 锚固承载力现场检验方法进行。对植筋的焊接施工采取如下措施：①植筋的焊点离胶面距离不小于 10 cm；②采取降温措施，如焊接施工时用冰水浸透棉纱布包裹植筋胶面根部钢筋。③严禁对同一根植筋连续焊接，应采用循环焊接施工的方法，即对一批焊接钢筋逐点、逐根焊接。
3.5 粘贴碳纤维布
3.5.1 碳纤维布复合材料
碳纤维片材（CFRP）应选用优质针织单轴向0.167 mm 厚的连续碳纤维布。
3.5.2 胶粘剂
为确保碳纤维布与被加固构件以及其中的胶体三者能够共同工作一起受力，胶体本身不会被拉断，碳纤维布与混凝土之间的胶层也不致被拉脱，浸渍用胶粘剂的受拉弹性模量必须大于 2 800 MPa，与混凝土的正拉粘结强度必须大于 1.2 ftk。碳纤维粘贴所用胶粘剂必须是与所用的碳纤维布配套的优质 A 级改性环氧树脂类底胶、修补胶和浸渍胶系列。
3.5.3 施工工艺
构件表面处理→基底处理→刷底层涂料→环氧腻子缺陷修补→粘贴碳纤维→养护→涂装。当正拉粘结强度达不到要求时，应将抽样检验所代表部位的碳纤维复合材料全部剥落重做。
3.6 支座更换
为了确保桥梁结构安全，保证支座更换质量，加快施工进度及减少对社会的干扰，针对该桥的特点，施工必须采用计算机控制同步顶升的方法完成桥梁支座的更换施工。
施工工艺：施工平台的搭设→支座下层的处理→计算机千斤顶的支撑力→顶升设备→梁体顶升 （以梁体位移为主要控制指标）→支座更换→落梁。
顶升过程中对本跨各梁的高程变化与支点反力状况进行严格监控，确保顶升过程中对梁体铰缝和桥面混凝土不产生进一步的损坏。为保证支座与梁体接触密实，梁体支点受力均匀可靠，支座更换过程中应对支座下较大空隙采用干砸混凝土或采用预留注浆孔注入微膨胀灌浆材料的方式，将支座下空隙填满。
4 建议
加固完成后，管理部门应完善桥头标志和标线。严格限制超载车辆通行，并严格按照车道行驶。对原有的关键部位裂缝定期观测，加强养护管理，对外露钢构件做好防腐处理并定期检查。结合加固施工，在全桥部位设置位移和应变观测点，并进行定期观测，记录备案，发现问题及时处理。
