金鐘路高架橋加固措施與工藝
2015-07-13
1、橋梁概況
京津塘高速公路金鐘路高架橋位于天津市宜興阜鎮(zhèn)境內(nèi)，全長(zhǎng)3740米，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土箱梁、預(yù)應(yīng)力T梁；下部結(jié)構(gòu)為預(yù)制打入樁基礎(chǔ)及鋼筋混凝土柱型橋墩及薄壁式橋臺(tái)。設(shè)計(jì)荷載為汽超-20級(jí)，驗(yàn)算荷載掛車-120。
最近幾年，由于車輛超載嚴(yán)重，造成橋梁梁體不同程度的開裂，特別是T梁橫隔板開裂后，對(duì)橋梁整體剛度及穩(wěn)定性造成極大的破壞。
2、主要病害
該橋在維修前進(jìn)行了一次全面的檢測(cè)，主要檢測(cè)結(jié)果如下：
上部結(jié)構(gòu)：
?。?）鋼筋混凝土箱梁梁底橫向裂縫較多，部分裂縫超過規(guī)范限值。
?。?）預(yù)應(yīng)力 T梁橫隔板開裂。
（3）預(yù)制梁邊梁泄水管部位鋼筋銹蝕、混凝土開裂脫落嚴(yán)重。
下部結(jié)構(gòu)：
墩柱蓋梁混凝土鋼筋銹脹，混凝土大面積剝落，特別是伸縮縫部位的蓋梁病害嚴(yán)重。橋臺(tái)臺(tái)身豎向開裂，混凝土剝落。
橋面系：
?。?）瀝青混凝土縱向裂縫，局部損壞形成坑槽。
?。?）全橋伸縮縫部分損壞。
3、維修加固措施
上部結(jié)構(gòu)：
?。?）鋼筋混凝土箱梁：進(jìn)行裂縫維修處理，對(duì)部分裂縫進(jìn)行注膠封閉。
?。?）T梁橫隔板：黏貼鋼板，增加結(jié)構(gòu)橫向剛度。
下部結(jié)構(gòu)：
對(duì)墩柱、蓋梁、橋臺(tái)的裂縫進(jìn)行維修處理；采用修補(bǔ)砂漿對(duì)混凝土破損處進(jìn)行修補(bǔ)；損壞嚴(yán)重的部位，鑿除疏松混凝土，掛焊鋼絲網(wǎng)，然后灌注高強(qiáng)灌漿料。
橋面系：
解決橋梁水侵蝕造成損害的根源，措施如下：采用輕質(zhì)混凝土，增加橋面鋪裝混凝土厚度，加大橋面橫坡，以利排水；增設(shè)橋面防水層；更換損壞伸縮縫；改造泄水孔，增設(shè)滴水檐。
4、主要施工工藝
下面僅對(duì)T梁橫隔板加固工藝進(jìn)行介紹：
4.1工藝原理
將鋼板采用高性能的環(huán)氧類粘接劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，鋼板與混凝土形成統(tǒng)一的整體，利用鋼板良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的
4.2工藝流程
基底處理→卸荷→植埋螺栓→鋼板制作與現(xiàn)場(chǎng)配套打孔、安裝→封邊→配制膠粘劑→灌注→卸支撐、固化→檢驗(yàn)→防腐處理
4.3施工工藝：
?。?）基底處理，表面處理包括加固構(gòu)件結(jié)合面處理及鋼板貼合面處理。對(duì)于混凝土構(gòu)件結(jié)合面，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件表面的不同情況，分別按以下情況處理：
1）表面應(yīng)先用硬毛刷沾丙酮刷除表面浮油污物，后用冷水沖洗，再對(duì)粘合面進(jìn)行打磨，除去2～3mm 厚表層，直至完全露出粗骨料，并用壓縮空氣吹除粉粒，處理后，若表面嚴(yán)格凹凸不平，可用高強(qiáng)樹脂砂漿修補(bǔ)。
2）對(duì)于濕度較大的混凝土構(gòu)件，因一般樹脂類膠粘劑在潮濕的基層上粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)大幅度降低，故除滿足上述要求外，尚須進(jìn)行人工干燥處理。
3）對(duì)于露筋的混凝土表面，需用鋼絲刷（將鋼筋表面的銹蝕除去，再剔除松動(dòng)的混凝土，用清水沖洗潤(rùn)濕，用高強(qiáng)樹脂砂漿修補(bǔ)。
4）對(duì)于本身空鼓或破損嚴(yán)重的混凝土構(gòu)件，應(yīng)將空鼓處及破壞松散的混凝土剔除，用清水沖洗潤(rùn)濕，用聚合物修補(bǔ)砂漿或SCM無收縮水泥混凝土修補(bǔ)。
5）對(duì)于混凝土表面嚴(yán)重凹凸不平的，也應(yīng)用磨光機(jī)打磨進(jìn)行平整處理。
?。?）卸荷
為減輕和消除后粘鋼板的應(yīng)力，應(yīng)變滯后現(xiàn)象，粘鋼板前宜對(duì)構(gòu)件適量進(jìn)行卸荷，卸除活載，封閉相應(yīng)車道。
（3）植埋螺桿
鉆孔前，應(yīng)用鋼筋混凝土保護(hù)層測(cè)試儀查明鋼筋布置，避免打孔時(shí)傷及鋼筋，鉆孔位置可進(jìn)行微調(diào)，孔徑和孔深嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工。
1）定位、鉆孔：利用沖擊電錘鉆孔，若植埋螺桿孔位處存在鋼筋，則適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置。鉆孔孔深為70mm，孔徑14mm。
2）清孔：采用高壓空氣吹射，清除孔內(nèi)粉塵和細(xì)小顆粒。植埋螺桿前用棉絲浸泡丙酮液或工業(yè)酒精擦拭孔壁、孔底，擦除殘留污漬。
3）檢查膠體攪拌抽查是否均勻，棄掉前3次擠出的膠體。
4）植埋：采用專用灌注器或注射器將膠灌入孔內(nèi)，灌注量一般為孔深的2/3。插入螺桿，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺桿使膠混合均勻并溢出。旋轉(zhuǎn)約1～2分鐘，調(diào)整好螺桿位置準(zhǔn)確并加以固定。
5）靜置固化：按產(chǎn)品說明書的要求進(jìn)行固化，在固化開始到固化時(shí)間段內(nèi)方可進(jìn)行螺桿焊接施工，在固化完成后方可承受至設(shè)計(jì)荷載。
?。?）鋼板制作與現(xiàn)場(chǎng)配套打孔、安裝
按設(shè)計(jì)圖紙要求，根據(jù)混凝土構(gòu)件的實(shí)際尺寸對(duì)鋼板進(jìn)行下料、成型,依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)植埋的螺桿的位置和數(shù)量，對(duì)所粘貼的鋼板進(jìn)行配套打孔。用螺桿將鋼板固定在貼合面上，在邊緣螺桿增加墊片，以保證灌膠厚度（3~4mm）。
（5）封邊
將灌漿嘴粘貼在鋼板的注入孔上，在鋼板邊緣插入排氣管，在螺桿頭上罩上碗蓋，然后用環(huán)氧膠泥封口膠封閉鋼板邊緣（封口膠寬度不得大于1cm），完成封邊。灌漿嘴布置間距為20～30cm。
?。?）配制膠黏劑
結(jié)構(gòu)加固用膠黏劑上為A、B雙組分，使用前需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)，進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)，合格后方能使用，使用時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)配制，配制時(shí)按產(chǎn)品說明書規(guī)定進(jìn)行。將A、B兩組分別倒入干凈容器，容器內(nèi)不得有油污，利用手提電鉆攪拌，或采用人工攪拌，攪拌至色澤完全均勻?yàn)橹埂?br />
（7）灌注
膠黏劑配制好后，用泵將膠黏劑從灌漿嘴注到鋼板和結(jié)構(gòu)的空隙中，壓力為0.2～0.3MPa（壓力值可根據(jù)縫隙大小及膠黏劑組分比例不同而調(diào)整），當(dāng)排氣管均有膠體有膠體流出時(shí)，停止加壓，以環(huán)氧膠泥封口膠封堵排氣孔，再以較低壓力維持10min以上。灌膠應(yīng)自下而上，自左至右，依次進(jìn)行灌注，直至全部灌實(shí)。
?。?）固化
結(jié)構(gòu)膠粘劑在常溫（20℃）下固化24h，3d 即可受力使用。若氣溫低于5℃，應(yīng)采取人工加溫，一般用紅外線燈或電熱毯加熱保溫，固化期中不得對(duì)鋼板有任何擾動(dòng)。
?。?）檢驗(yàn)
粘鋼結(jié)束后，組織有關(guān)人員驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。
?。?0）防腐處理
外部粘鋼加固鋼板，一般采用刷防銹漆的防腐措施，具體工藝為：先進(jìn)行噴砂除銹，要求為Sa2.5級(jí)。然后涂四層防腐材料，第一層為硅酸鋅底漆75μm；第二層為環(huán)氧聚酰胺底漆75μm；第三層為環(huán)氧云母氧化鐵2×50μm；第四層為聚氨甲酸甲脂面漆2×50μm。
5 施工中應(yīng)注意的問題
(1) 黏貼鋼板前應(yīng)對(duì)表面進(jìn)行處理，包括加固構(gòu)件結(jié)合面處理及鋼板貼合面處理。進(jìn)行混凝土表面處理應(yīng)露出粗骨料，并將嚴(yán)重凹凸不平處理平整；對(duì)于露出鋼筋的混凝土，對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹，并用高強(qiáng)樹脂砂漿修補(bǔ)。
(2) 鉆孔前，用鋼筋混凝土保護(hù)層測(cè)試儀查明鋼筋布置，避免打孔時(shí)傷及鋼筋，鉆孔位置可進(jìn)行微調(diào)，孔徑和孔深嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工。
(3) 黏貼鋼板時(shí)膠黏劑按照使用說明書進(jìn)行配制，灌膠時(shí)自下而上，自左至右，依次進(jìn)行灌注，直至全部灌實(shí)。
(4) 工程用結(jié)構(gòu)膠等原材料和半成品除應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》外，還應(yīng)符合現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，粘鋼施工結(jié)束，待結(jié)構(gòu)膠固化后，應(yīng)用小錘輕輕敲擊粘貼鋼板，從音響判斷粘貼效果。如粘貼面積少于 90%則應(yīng)重新粘貼或采取補(bǔ)救措施。
6 加固效果
為了檢驗(yàn)維修加固效果，大橋養(yǎng)護(hù)部門于委托檢測(cè)單位對(duì)大橋T梁孔跨進(jìn)行了荷載試驗(yàn)。通過靜載試驗(yàn)，測(cè)定橋梁上部結(jié)構(gòu)控制斷面的靜應(yīng)變、靜撓度和加載過程中的裂縫開展情況，檢驗(yàn)加固設(shè)計(jì)方案和施工質(zhì)量，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)安全性和可靠性。靜載試驗(yàn)表明，各截面各梁應(yīng)變實(shí)測(cè)值走勢(shì)與計(jì)算值走勢(shì)比較吻合，變化較為均勻，各主梁在偏載工況下應(yīng)變及撓度分布變化比較均勻，表明上部結(jié)構(gòu)抗偏載能力良好，上部結(jié)構(gòu)整體性增強(qiáng)，能共同受力，荷載橫向分布良好，在車輛荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，其剛度和承載能力基本滿足設(shè)計(jì)要求。通過動(dòng)載試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)應(yīng)變沖擊系數(shù)、結(jié)構(gòu)的自振頻率 , 綜合評(píng)定結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性，動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能滿足要求，整體性能良好。加固維修完工三年多來的結(jié)果也表明，橋面沒有再出現(xiàn)縱向開裂，也未見其他病害的發(fā)生，說明了粘貼鋼板加固橫隔板工程達(dá)到了預(yù)期目的。
