淺談市政橋梁上部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
2015-05-27
工程概況
某跨江市政大橋橋梁，結(jié)構(gòu)型式為變截面連續(xù)箱梁，跨徑布置為55.4m+3×85m+55.4m，橫斷面型式為單箱三室，橋面全寬20.8m。該橋箱梁頂板、腹板及橫隔板發(fā)現(xiàn)有裂縫產(chǎn)生，經(jīng)過多次跟蹤觀測，發(fā)現(xiàn)裂縫一直呈發(fā)展趨勢。其全橋裂縫分布特征為：①全橋腹板裂縫總長為1569.6m，占全橋裂縫總長的60％，裂縫最大寬度為1.2 mm，裂縫走向水平傾角為30―60o；②全橋頂板裂縫總長為784．64m，占全橋裂縫總長的30％，裂縫最大寬度為1.6mm，裂縫走向為順橋向；③全橋橫隔板裂縫總長為267.52m，占全橋裂縫總長的10％，其裂縫最大寬度為1.0mm。
大橋產(chǎn)生裂縫的原因與加固方案分析
根據(jù)分析全橋裂縫出現(xiàn)的部位，危害最大的是腹板裂縫。腹板裂縫產(chǎn)生的主要原因是該橋腹板沒有設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力索，加之布筋不足，斷面尺寸過小，裂縫產(chǎn)生是主拉剪應(yīng)力所至，要恢復(fù)承載力，只有加大斷面、增加四分點抗剪力筋，才能抑制裂縫繼續(xù)產(chǎn)生。經(jīng)研究分析該橋加固維修方案為：①箱梁腹板封堵裂縫，鋼板條黏帖補(bǔ)強(qiáng)，澆筑加厚鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)；②箱梁橫隔板封堵裂縫，鋼板條黏帖補(bǔ)強(qiáng)，澆筑加厚鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)；③箱梁頂板封堵裂縫，黏貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)；④預(yù)應(yīng)力孔道進(jìn)行鉆孔檢查，不實部分補(bǔ)壓水泥漿補(bǔ)強(qiáng)；⑤行車道瀝青鋪裝層損壞嚴(yán)重，全部鑿除翻修為結(jié)合式鋼筋混凝土剛性橋面；⑥加固過程中增加了主體結(jié)構(gòu)恒載，故需布設(shè)箱內(nèi)的體外預(yù)應(yīng)力束，用以抵消恒載的影響。
大橋的維修加固施工過程
封堵裂縫
混凝土結(jié)構(gòu)裂縫注膠法，是使用BL注入器(可提供0.34MPa的恒定壓力)和環(huán)氧樹脂注人材料及密封材料，采用低壓力，低速注入的方法，簡稱“壁可法”。該注入料可滲透到細(xì)如發(fā)絲的裂縫末端，不收縮、低黏度、黏結(jié)力強(qiáng)。硬化后有極強(qiáng)的抗水、抗化學(xué)穩(wěn)定性，其抗壓強(qiáng)度大于50MPa，抗剪強(qiáng)度大于10MPa。施工工藝如下：①清表。首先將裂縫兩側(cè)10cm范圍內(nèi)用鋼絲刷或砂輪打磨干凈，將裂縫表面浮塵、油污去除，用氣壓為0.2MPa的壓縮空氣清除縫內(nèi)浮塵，用工業(yè)丙酮將裂縫刷洗干凈；②封縫及氣密性檢查。認(rèn)真分析裂縫走向，以一條連通的裂縫為單位進(jìn)行整治，每隔25―30cm布設(shè)1個壓漿嘴，壓漿嘴必須騎跨裂縫，并用封縫專用膠黏住，然后用封縫專用膠將裂縫封嚴(yán)，涂封縫膠寬8cm，厚8mm，并將灌漿嘴周邊封閉，必須保證涂封質(zhì)量，達(dá)到無隙、無砂眼，否則會造成壓漿時漏漿。待封縫膠達(dá)到強(qiáng)度后，用壓縮空氣進(jìn)行氣密性檢查，凡漏氣處必須修補(bǔ)密封至不漏為止；③灌縫。灌縫時要使用一種與壓漿咀相連的注射器，兩者之間卡口相連易連易撤，是“壁可法”灌縫的配套設(shè)備。注射器為特種塑料制品，其彈性模量比一般塑料大得多，只要有一定的變形，便會提供較大的應(yīng)力，因此灌縫過程是用高壓將灌縫膠壓入注射器，注射器體積膨脹容量加大，注射器殼體張力也隨之加大，當(dāng)注射器體積膨脹到最大限度之后，注射器便獲得第一次注射所需要的灌縫膠，并將裝入注射器內(nèi)的灌縫膠在殼體張力的作用下持續(xù)不斷的注入裂縫中。根據(jù)裂縫大小，即時對注射器中的灌縫膠予以補(bǔ)充，當(dāng)其體積維持12 h以上不再縮小，且體積大于空腹的20％時，則裂縫已經(jīng)注滿，完成灌縫；④壓漿結(jié)束后，將壓漿嘴及BL注入器去除。
?。?）貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)
碳纖維單向布具有高強(qiáng)度、高彈性模量和耐久性好等優(yōu)點，其抗拉強(qiáng)度是普通鋼筋的1O倍以上，彈性模量與普通鋼筋接近，它耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境腐蝕，完工之后，不需維護(hù)，廣泛運(yùn)用于各種形狀的混凝土結(jié)構(gòu)加固，厚度薄、質(zhì)量輕，極少增加加固部件的重量，普遍應(yīng)用于結(jié)構(gòu)物使用荷載增加、設(shè)計強(qiáng)度不足、材料老化、鋼筋銹蝕、控制裂縫發(fā)展等狀況。通過對梁、板、柱等進(jìn)行加固前后大量對比試驗，力學(xué)性能顯著得到提高，據(jù)試驗研究統(tǒng)計。黏貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5―8％。此技術(shù)與其他黏鋼、噴射混凝土等加固技術(shù)相比，具有自重小、施工簡便、施工周期短和耐久性好等特點。碳纖維布加固施工步驟如下：①清除碳纖維布加固部位結(jié)構(gòu)表面的松散物質(zhì)及污垢，并用丙酮擦洗。對被加固混凝土表面作打磨處理，除去風(fēng)化層，露出新茬，清除灰塵，保持清潔；②涂刷底層樹脂(底膠)。將表面處理樹脂均勻涂刷在待施工的界面上，不得有遺漏處；③當(dāng)?shù)啄z硬化后，用環(huán)氧樹脂(找平膠)修補(bǔ)加固構(gòu)件表面的孔洞。待表面樹脂不黏手時，用修平樹脂找平基面，做到基面平整無凹陷處；
④當(dāng)?shù)啄z和找平膠硬化后，涂刷浸洗樹脂(面膠)。待修平樹脂不黏手已基本固化后，即可將浸漬樹脂均勻涂刷在上面，厚度約3～5mm，不得有過厚、過薄或有遺漏處；⑤黏貼碳纖維布：將碳纖維單向布展開、拉緊，平鋪在涂有浸漬樹脂的基面上，再用專用工具反復(fù)滾壓，需充分排氣，緊密貼合，排除單向布與浸漬樹脂間的空氣，使單向布完全浸漬于樹脂之中，要做到碳纖維單向布平直，中間無空穴元?dú)馀荨Ｌ祭w維布之間如需搭接黏帖，則搭接長度不小于100mm，且搭接位置需避開主要受力區(qū)；⑥涂面膠，如需貼多層碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)，則重復(fù)④-⑤步驟；⑦在鋪設(shè)滾壓最后一層單向布后，應(yīng)做一次最后的壓平、整理，并再涂浸漬樹脂，厚度約1～2mm；⑧加固層完全固化時間約7d，完全固化后即可根據(jù)設(shè)計要求，涂刷防護(hù)及裝飾外用面漆。
?。?）鋼板條黏貼補(bǔ)強(qiáng)
黏貼的鋼板預(yù)先按設(shè)計尺寸裁出備用，放出黏鋼位置大樣，用切割機(jī)沿邊線切割混凝土深1cm，然后用鋼釬鑿毛剔出帶槽。在剔好的槽內(nèi)按設(shè)計錨固間距鉆孔，空壓機(jī)吹凈孔內(nèi)粉塵后用配好的環(huán)氧樹脂在孔內(nèi)植入螺栓。根據(jù)預(yù)埋螺栓情況確定鋼帶鉆孔位置，用角磨機(jī)對鋼板黏合面除銹并打出橫紋。黏結(jié)前用丙酮對鋼板黏結(jié)面及混凝土表面進(jìn)行擦拭，去除灰塵及油漬。混凝土表面用毛刷涂一道環(huán)氧膠液，鋼板黏結(jié)面涂抹配好的環(huán)氧砂漿，砂漿涂抹宜中厚外薄，均勻一致，然后對準(zhǔn)孔位黏合到混凝土表面。鋼板黏好后立即緊固螺母，交替間隔緊固，同時不斷輕敲鋼板使砂漿擴(kuò)散，排出氣泡，使鋼板平整，漿體飽滿密實。黏完鋼板30h后，用小錘輕敲鋼板表面，判斷密實程度。如鋼板黏結(jié)面小于90％，應(yīng)剝下重黏。鋼板黏結(jié)合格后應(yīng)及時刷防銹漆。具體步驟如下：①放樣。在腹板上放樣一組平行線，作為黏貼鋼板條的黏貼位置線，該平行線與水平方向成45°，使黏貼后的鋼板條與裂縫保持基本垂直，平行線之間的距離為50cm；②鉆孔。在平行線上用電錘鉆418mm的孔，孔與孔之間的距離為30-35cm，線兩端的邊孔離端點為5cm，為安裝膨脹螺絲做準(zhǔn)備；③鑿毛。沿各平行線，以各線為中心分別鑿一條寬6cm的鑿毛帶，鑿毛帶必須相對平整，去除浮漿疏松物，砂粒及外露粗骨料；④清洗。用高壓水槍將鑿毛帶及膨脹螺絲孔清洗干凈；⑤安裝膨脹螺絲。向孔內(nèi)注入環(huán)氧樹脂膠泥，然后打入膨脹螺絲；⑥鋼板條下料、打磨、鉆孔。按鑿毛帶的長度對應(yīng)下料，將鋼板打磨光潔，然后根據(jù)膨脹螺絲的位置在鋼板上鉆孔；⑦黏貼鋼板。在鑿毛帶上涂一層環(huán)氧樹脂基液，在鋼板上涂一層約2cm厚的環(huán)氧樹脂膠泥，然后將鋼板條對應(yīng)黏貼在各鑿毛帶上，并用膨脹螺絲加壓固定。
（4）鋼筋混凝土加厚補(bǔ)強(qiáng)
?、俑拱迳霞雍窕炷恋暮穸葹?2cm，長度以覆蓋鋼板條分布長度為準(zhǔn)，高度為各腹板的原高度：②為了使新舊混凝土結(jié)合良好，原混凝土表面必須先鑿毛，并以30×30cm的間距，安設(shè)錨固樁，錨固樁深入混凝土的深度為5cm，用環(huán)氧樹脂膠泥固定；③鋼筋網(wǎng)在同一個平面上，網(wǎng)格大小為10×10cm，鋼筋網(wǎng)與錨固樁焊接固定，鋼筋規(guī)格為橫向12cm，豎向16cm；④在鋼筋網(wǎng)外安裝模板，模板上安裝附著式振動器，模板采用木模，對拉桿固定，模板上端需預(yù)留高度為20cm的進(jìn)料口；⑤混凝土從進(jìn)料口進(jìn)入，用附著式振動器振實，上端2cm混凝土用人工塞滿，并用預(yù)留模板擠壓成型；⑥混凝土初凝后，拆除模板，并用切割機(jī)切除對拉桿。
?。?）施加體外索
通過增加體外索，能切實可靠的增加梁橋的抗彎強(qiáng)度，以彌補(bǔ)梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力配筋的先天不足，阻止梁體進(jìn)一步下?lián)虾褪芾瓍^(qū)混凝土的開裂。體外預(yù)應(yīng)力索與一般預(yù)應(yīng)索相比，有很多重要的區(qū)別，其施工方法也不盡相同，具體施工要求如下：
①梁體為單箱3室型結(jié)構(gòu)，各室中體外索分布完全相同，各室內(nèi)有縱向體外索32束，每2束為一組，其外套塑料管保護(hù)；②體外索采用直徑15.24mm無黏結(jié)低松弛鋼絞線，依次錨固在支點橫隔板，1/4橫隔板及跨中橫隔板上，采用OVM防松動錨具；③預(yù)應(yīng)力孔直徑為40mm，采用取芯鉆機(jī)施鉆，鉆孔必須順直；④張拉控制應(yīng)力為：0.7×1860MPa=1302MPa，控制力為178.65kN，采用兩端對稱
張拉；⑤體外索分段支承以減少振動，支承處外套不銹鋼管，內(nèi)襯聚四氟乙烯套管以減少摩擦。
四、結(jié) 論
現(xiàn)階段全國各地許多大橋由于交通量的增大荷載等級的提高，以及使用年限等因素，病態(tài)橋梁不斷增加，故橋梁檢測及加固工作越來越多。本工程利用各種新材料、新工藝對橋梁的加固起到了很好的作用，可為類似工程加固提供借鑒。
