技术创新

郑州黄河公路大桥加固综合施工技术

日期：2016-5-25 14:31:44　来源：互联网　浏览数：
　

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桥梁加固是原桥的承载能力不够或结构病害影响使用功能而进行的一种修复技术［１］，它通过对旧桥实行补强加固提高荷载等级来解决目前道路桥梁所面临的问题。随着我国交通建设的快速发展，行车密度以及吨位不断增加，桥梁负荷日趋加重，不少桥梁损坏严重，影响了桥梁的正常使用，必须重建或加固，考虑工程造价，多数采取在旧桥基础上进行加固［２］，因而旧桥加固技术在桥梁加固中被广泛应用。
    １·工程概况
    郑州黄河公路大桥全长５　５４９．８６ｍ，上部结构为预应力混凝土简支Ｔ梁，桥面简易连续，每１５０ｍ至２５０ｍ设置一条伸缩缝，跨径组合为：４×７×２０ｍ＋１０×５×５０ｍ＋３×４×５０ｍ＋１×５×４０ｍ＋７×６×４０ｍ（联数×每联孔数×每孔跨度），全桥共２５联１３７孔，单幅桥设置，横向布置７片Ｔ梁。下部结构为钻孔灌注桩框架式桥台，双柱式桥墩。
    ２·病害特征
    根据大桥外观检测及荷载试验报告，目前大桥出现了混凝土表面蜂窝、麻面；保护层较薄，箍筋外露；底板混凝土剥落、钢筋外露锈蚀，翼缘板间渗水，预应力混凝土Ｔ梁梁体裂缝，横隔板断裂，盖梁裂缝和桩基露筋、部分支座出现局部脱空、老化、开裂和剪切变形、钢板锈蚀、防尘罩破损等现象。
    ３·主要病害原因分析
    ３．１Ｔ梁病害原因分析
    原施工完成后，混凝土施工质量较差，混凝土表面蜂窝、麻面；保护层较薄，箍筋外露；底板混凝土剥落、钢筋外露锈蚀，翼缘板间渗水。此类病害主要是由于施工质量差引起的，短期内不会引起桥梁承载能力的降低，但对结构耐久性影响较大［３］。在主梁跨中１／４Ｌ～３／４Ｌ之间，腹板产生大量由下而上的竖向、斜向裂缝和对称贯通裂缝。该裂缝的主要成因是：主梁１／４Ｌ～３／４Ｌ跨附近承受较大弯剪导致梁体腹板混凝土主拉应力超过允许值，进而产生裂缝［４］。主梁支点附近，梁体腹板上产生斜向裂缝。该类裂缝的主要成因是：主梁支点附件位置承受较大剪力，当主拉应力过大或腹板抗剪能力不足时会导致斜向剪切裂缝的产生［５］。主梁斜截面强度不足会导致结构产生剪切性破坏。
    ３．２　盖梁病害原因分析
    桥梁运营时间较长，伸缩缝橡胶条破损漏水，盖梁上建筑垃圾堆积，排水不畅，加上盖梁混凝土施工缺陷，环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，导致混凝土碳化和钢筋锈胀，影响结构的受力性能和耐久性，部分盖梁的整体承载力降低。
    ３．３　支座病害原因分析
    桥梁支座已经使用２７ａ，橡胶开始老化，钢板严重锈蚀，支座已经接近使用寿命。
    ４·加固措施
    针对目前病害情况，考虑到原设计Ｔ梁抗裂安全储备较小，Ｔ梁间横向联系偏弱，因此选择全面加固，即除对出现病害的部位进行维修加固外，还将从以下三个方面加强桥梁的横向联系和承载力：（１）对尚未出现但未来最可能出现病害的Ｔ梁进行整体性加固，提高Ｔ梁承载能力；（２）对全桥Ｔ梁横隔板进行整体性加固，提高桥梁横向刚度；（３）将原有桥面铺装凿除，采用双层钢筋网片或并筋桥面铺装，加强桥梁的整体性。
    ５·主要加固施工技术
    ５．１　混凝土裂缝加固施工
    本次加固针对小于０．１５ｍｍ的裂缝进行了封闭处理，封缝前对裂缝部位进行处理或在裂缝处开Ｖ型槽，然后用封缝材料将裂缝表面或Ｖ型槽封闭［８］。封缝材料固化后有效地将裂缝封闭，防止了水汽侵入，锈蚀钢筋［９］。对于大于０．１５ｍｍ的裂缝，主要采用灌浆法修补裂缝（见图１），具体作法为：

    （１）灌浆前应采用钢丝刷等工具将结构裂缝两侧混凝土上浮灰、粉尘、浮渣及松散层清理干净，必要时采用磨光机进行清理；然后用毛刷清理裂缝两侧约２０ｍｍ～３０ｍｍ范围内混凝土表面，清理时要蘸丙酮、酒精等有机溶液，擦洗干净后保持表面干燥。
    （２）用专用粘结剂将注浆口与裂缝对齐粘贴。根据裂缝长度及宽窄，注浆口的间距可为３０ｃｍ～４０ｃｍ，缝隙较宽时间距可大些，缝隙较窄时间距应适当减小，且应保证每道裂缝至少布置一个进浆口和一个排气孔［１０］。注浆口必须对中且应粘贴牢靠，粘贴过程中应保证压浆通道畅通，避免堵塞。
    （３）注浆口布置完成后应将裂缝表面（除进浆口和排气外）沿裂缝走向用环氧胶泥均匀涂刷两遍进行封闭，涂刷宽度约为６ｃｍ，使裂缝内形成封闭带［１１］。目的是注浆时在封闭带内保持一定压力，使混凝土裂缝缝隙内浆液完全充满，同时避免浆液外渗流失。
    （４）封闭带环氧胶泥硬化后，应通过压气试验检查封闭带密封效果［１２］。首先在封闭带上、注浆口及排气孔周围涂上肥皂水，然后从注浆嘴向封闭好的裂缝内充入压缩气体，气压可为０．２ＭＰａ～０．４ＭＰａ，当出现起泡时说明存在封闭缺陷，应对漏气部位进行修补。
    （５）封闭带检查完好后即可进行灌浆操作。如裂缝走向沿竖向开展，为保证气体顺利排出，浆液充满裂缝，灌浆应由低端向高端进行［１３］。低端注浆后，高端灌浆嘴会有气体排出，然后喷出浆液，待喷出的浆液均匀且浓度与压入的浆液相同时，即可停止压浆，然后封堵灌浆嘴。对于贯穿裂缝，须将一侧裂缝进行封闭处理，然后在另一侧表面进行灌缝。
    （６）裂缝灌浆完成，待浆液固化后即可拆除灌浆嘴，灌浆嘴处用环氧胶泥抹平。
    ５．２　体外预应力施工
    （１）在体外索锚固块、减震器施工时，体外索锚下构造必须保证定位准确，安装与固定牢固可靠，若钢锚固块、减震器与Ｔ梁马蹄部位贴合有误差，应对Ｔ梁马蹄部位进行打磨，确保钢锚固块、减震器与马蹄部位无缝贴合［１４］。
    （２）进行体外预应力束的安装和定位，即固定套管，随后进行体外束下料，成品束可一次完成穿束。安装锚固体系之前，实测并精确计算张拉端需要剥除的外层ＨＤＰＥ护套长度，如采用水泥基浆体防护，则需要适当方法清除表面油脂。
    （３）在体外预应力穿束过程中，可同时安装体外束锚固体系，锚固体系就位后，即可单根预紧或者整体预张，确认紧后的体外束主体、锚固体系无误后，按张拉程序进行张拉作业，张拉采取以张拉力控制为主、张拉伸长值校核的双控法。
    （４）张拉过程中，构件截面内对称布置的体外预应力束要保证对称张拉，两套张拉油泵的张拉力需控制同步；张拉要分级张拉并校核伸长值，实际测量伸长值与理论伸长值之间的偏差应控制在６％之内［１５］。
    （５）张拉施工进行检测和验收后，对锚固系统进行防腐蚀防护工艺处理。体外预应力束完成后，按工程设计要求的预定位置安装体外束主体减震器，安装固定减震器的支架和主体结构之间的进行固定，以保证减震器发挥作用。
    ５．３　横隔板加固植筋施工
    （１）植筋时，先确定好植筋钻孔位置，若遇到基材上存在受力钢筋，应调整孔位。
    （２）根据设计要求，标出需植钢筋位置，用电锤或风锤钻孔，钻孔孔径比钢筋直径大４ｍｍ～６ｍｍ，Φ１２钢筋植筋深度为１８ｃｍ，如遇不可切断钢筋应调整孔位避开，孔的表面要有足够的粗糙度。
    （３）钻孔完毕后，检查孔深、孔径合格后将孔内粉尘用压缩空气吹出，然后用柱状毛刷插入植筋孔内，刷去孔壁浮灰，再次用压缩空气吹孔，应反复进行３次～５次，直至空内无灰尘，将孔临时封闭，若有废孔，清净后用植筋胶填实。
    （４）加固采用无机高效植筋锚固剂，其性能应满足规定的力学指标要求。
    （５）将拌制好的锚固剂填入孔内，锚固剂填入量以钢筋插入后其能从植筋孔口挤出为标准，然后将钢筋旋转插入孔中。
    （６）植入钢筋后，在锚固剂凝固（１ｄ时间）前不能触动。钢筋锚固３ｄ后可受力使用。若锚固剂凝固期受到挠动，应重新植筋。
    ５．４　粘贴钢板施工
    全桥Ｔ梁、横隔板和盖梁粘贴钢板采用Ｑ３４５Ｂ，厚度为６ｍｍ的钢板。粘贴钢板材料采用专用粘钢胶，现场检测７ｄ抗剪强度τ≥１８ＭＰａ。Ｔ梁梁底和盖梁锚固螺栓（Ｍ１０）材质为Ｑ３４５，直径为１０ｍｍ。横隔板锚固螺栓（Ｍ１６对拉螺栓）材质为Ｑ３４５，直径为１６ｍｍ。粘贴钢板基本步骤为：基面处理→混凝土上打孔植筋→粘贴钢板。具体如下：
    （１）按照设计尺寸对锚固钢板覆盖范围、植入螺固螺栓孔位、对拉螺杆孔位进行放样。放样完毕后对混凝土基面进行处理［１６］。
    （２）在需安装锚固螺栓的位置作出记号；用钢筋探测仪检查植筋部位的原混凝土钢筋位置，以确定钻孔位置；用冲击钻钻孔，钢筋或螺栓的钻孔直径参照相关的性能指标。标尺设定为成孔深度；初钻时要慢，待钻头定位稳定后，再全速钻进。钻孔时应尽量减少钻孔时的振动，防止造成蹦边破坏，但必须用凿毛器将孔壁凿毛；成孔尽量垂直于植筋结构平面，钻孔中若遇到钢筋（螺栓）是主筋时，必须改孔。然后清孔、吹孔和注胶。
    （３）将加工好并除锈后的钢筋（螺栓）轻砸击至孔底，钢筋（螺栓）插入要缓慢，防止粘结剂在钢筋（螺栓）的快速挤压下喷出，造成钢筋（螺栓）与肢体之间不能完全紧密结合；钢筋（螺栓）插到孔底后，调整好外露部分位置，用绑丝或其他方法固定好钢筋（螺栓），应用钢板条模板定位钢筋；由下向上进行植筋（螺栓）施工时，应先将内装结构胶的胶袋或玻璃管埋入植筋（螺栓）孔中，再用电钻将钢筋（螺栓）植入，通过钢筋（螺栓）的挤压将胶袋或玻璃管破碎，并使流出的植筋胶将孔洞填满，并对钢筋（螺栓）紧密包裹。
    （４）在不低于５℃的环境温度下养护３０ｍｉｎ，固化期间防止振动。
    （５）粘贴钢板
    ① 粘贴钢板应依据图纸及实际情况放样下料，然后根据钢板锈蚀程度对钢板粘贴面进行处理。
    ② 配胶及粘贴。在现场配胶，一般分为甲乙双组，配胶时：按照使用说明严格计量，确保配比正确，胶粘剂配制好后，在已处理好的混凝土表面和钢板贴合面上同时涂抹。先在结合面上用少量胶来回刮抹，再添抹至所需厚度（１ｍｍ～３ｍｍ），边缘薄中间厚，然后在预定位置粘贴刚片。若为立面粘贴，则加一层脱蜡玻璃丝布来防止流淌。钢板粘贴后，沿粘贴面用手锤轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实，否则应剥下钢板，补胶，重新粘贴。
    ③ 固定与加压。钢板粘贴好后，立即将螺栓固定，使多余的胶粘剂沿板缝及螺栓孔挤出，加压固定压力以不小于０．５ＭＰａ为宜。为及时检查钢板下胶粘剂饱满度，固定时不断轻轻敲打钢板，若发现某些部位胶粘剂不足，有空鼓，应及时松开螺杆，从钢板侧面把胶粘剂填塞到空隙处，使钢板平整密贴。螺栓拧紧次序按由内向外、由中间向两边进行。
    ④ 固化。固化期间不得对钢板有任何扰动；若气温偏低，可采取人工加温，一般用红外线灯加热；固化时间不小于２４ｈ。
    ６·结　语
    桥梁加固技术是目前桥梁工程的一个新的研究领域，文章结合工程实例，阐述了桥梁常见病害及其成因，提出了灌浆、植筋、施加体外预应力的旧桥加固综合施工技术，并详细介绍了施工要点，为桥梁加固提供了一些经验，对旧桥加固具有一定的参考价值。