魏 強 ，張志勇 ，李海濤

（1.洛陽市政工程公司，河南洛陽471000；2.洛陽市政建設集團有限公司，河南洛陽471000；3.洛陽市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南洛陽471000）

1 工程概況

2009年5月下旬，發(fā)現(xiàn)某城市橋梁存在支座下墩身開裂、梁體裂縫等病害。從5月26日至7月22日分階段由相應專業(yè)人員進行現(xiàn)場檢測。根據(jù)檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該預應力混凝土簡支空心板結(jié)構(gòu)橋梁上下部多處存在不同程度的病害，主要為引橋（旱地高架橋）段0#橋臺蓋梁裂縫、9#墩支座下墩身開裂、21跨梁底裂縫、上部空心板梁間滲水、碳化堿化、梁體縱橫向移位等；主橋總體狀況較好，橋面的病害并不嚴重。

該橋橋型布置見圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)加固的原則

維修加固以恢復原設計荷載條件下功能，加固為主。結(jié)合新規(guī)范加強抗震能力，改善結(jié)構(gòu)受力性能，確保安全?？紤]結(jié)構(gòu)病害影響、材料劣化、新舊材料的結(jié)合性能及材料差異，以及材料、幾何參數(shù)的取值，采用橋梁現(xiàn)狀的檢測結(jié)果，予以加固設計、施工，嚴格控制對原結(jié)構(gòu)的損傷。

3 加固方案的確定

常用的結(jié)構(gòu)加固方法有增大截面法、粘貼鋼板法、粘貼纖維復合材料法、體外預應力法等。考慮到該橋梁位于市區(qū)的特點，增大截面法對橋梁外觀影響較大；引橋上部為連續(xù)梁，如采用預應力加固，會引起內(nèi)力重分配，增加不必要的被動加固工程或?qū)е缕渌课话踩珒浣档停恢髁旱装搴駜H14 cm；碳纖維雖有高強度的特點，但彈性模量和普通鋼筋相近，在混凝土達到極限應變時，碳纖維的材料性能否完全發(fā)揮仍有問題，且造價較高。

同時考慮抗震加固大多為抗剪控制，增大截面法能有效增大抗剪能力，該橋引橋固定墩為旱地上的V型墩，如在V墩內(nèi)側(cè)增大截面，便于施工，亦不額外增加凈空。

綜上所述決定采用粘貼鋼板法來加固蓋梁、墩身、梁體，固定墩抗震加固采用增大截面法。

4 維修加固的施工

4.1 一般病害處治

4.1.1混凝土表層缺陷處治

對維修加固范圍的梁體、墩臺存在的混凝土脫落、漏筋、縫窩、麻面、滲水、碳化、堿化、鋼筋銹蝕等病害區(qū)域采用改性環(huán)氧混凝土、砂漿進行修補處理。

修補施工程序：（1）首先對缺損部位表層的劣質(zhì)混凝土予以鑿除，直至露出密實的混凝土，接著剔除修補結(jié)合面（開鑿后的表面）的表面浮石。修補結(jié)合面應鑿毛、整潔，對小面積修補需在修補區(qū)邊緣鑿一道2～3 cm深，3～5 cm寬的齒槽，以利修補材料與基底的粘結(jié)。對外漏的鋼筋表面進行人工除銹處理，并噴涂烷氧基或氨基類阻銹劑。阻銹劑性能指標應滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》（GB 50367-2006）表 4.7.3的要求。（2）再用高壓射流技術(shù)清洗修補結(jié)合面，在飽水24 h后，用紗布吸干自由水，在保持濕潤的條件下，涂刷二層改性環(huán)氧基液，并立即涂抹環(huán)氧砂漿，用力壓平抹光30 min后二次抹面然后覆蓋保濕養(yǎng)護14 d。修補面積較大時（大于10 m2），應分段分塊間隔施工，避免砂漿干縮開裂。

4.1.2混凝土疏松區(qū)較深處的修補

深度超過6 cm的混凝土深層疏松區(qū)采用環(huán)氧樹脂細石混凝土修補。施工程序同混凝土表層缺陷，但開鑿區(qū)四周邊應做成高差不小于3 cm的臺階。用環(huán)氧樹脂細石混凝土修補養(yǎng)護后在表面無塵埃、無自由水且濕潤的條件下在縱橫向分批涂抹二層環(huán)氧樹脂膠。

4.1.3裂縫處治

橋梁混凝土裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。首先對所有裂縫進行裂縫封閉，而后對結(jié)構(gòu)性裂縫按照計算分析確定的加固方案加固。對一般性裂縫修補后，進行表觀處理。

對寬度小于0.1 mm的裂縫采用改性環(huán)氧樹脂膠液封閉；對寬度為0.1～0.15 mm裂縫進行自動低壓滲注法封閉；對寬度大于0.15裂縫進行壓力灌注改性環(huán)氧樹脂修補膠液封閉，注漿壓力為0.1～0.4 MPa。

壓力灌漿封閉工藝：裂縫表面處理→標注灌膠底座位置→粘結(jié)灌膠底座→封閉裂縫→注入灌封樹脂材料→檢查→結(jié)構(gòu)表面處理。

4.2 基礎(chǔ)處理

由于橋臺為樁長10 m的挖孔樁，橋墩為擴大基礎(chǔ)，實測數(shù)據(jù)表明橋臺和中墩均有不同程度的沉陷發(fā)生。墩臺基底持力層為砂卵石，為提高承載力、減少沉降的發(fā)生，采用基底壓力灌注水泥漿進行加固，引橋橋臺和引橋中墩均進行壓漿加固。

灌漿法加固地基施工流程：放孔→鉆孔→注漿液制備→注漿→觀測。

放孔:橋臺每個灌漿孔的間距為1.6 m，橋墩灌漿孔間距為1.5 m。

鉆孔：鉆孔直徑為0.1 m，孔深為7.0～17 m之間，垂直偏差應小于1%。當鉆孔到設計深度后，必須通過鉆桿注入封閉泥漿，直到孔口溢出泥漿方可提桿，當提桿至中間深度時，應再次注入封閉泥漿，最后完全提出鉆桿。封閉泥漿的7 d立方體抗壓強度宜為 0.3～0.5 MPa，漿液黏度為 80″～90″。

注漿液制備：注漿液采用42.5級硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1。所用水泥不得超過出廠期2個月，受潮結(jié)塊不得使用，水泥的各項技術(shù)指標應符合現(xiàn)行國家標準，并應附有出廠試驗單和合格證。制漿用水應是可飲用的自來水、河水、井水，及其他清潔水，不宜采用PH值小于4的酸性水和工業(yè)廢水。

注漿：注漿孔間序排列，跳孔間隔注漿方式進行?？刂扑嗌皾{坍落度在25～75 mm左右，注漿壓力可選在1～7 MPa范圍內(nèi)，坍落度較小時，注漿壓力可取上限值。注漿液流量一般控制在7～10 L/min。漿體必須經(jīng)過攪拌機充分攪拌均勻后，才能開始壓注并應在注漿過程中不停地緩緩攪拌，攪拌時間應小于漿液初凝時間，漿體在泵送前應經(jīng)過篩網(wǎng)過濾。注漿開始應充分做好準備工作，包括機械器具、儀表、管路、注漿材料、水和電等的檢查及必要的試驗，其中壓力表和流量測定器應是必備的儀表，注漿一經(jīng)開始即應連續(xù)進行，避免中斷。如注漿中途發(fā)生地面冒漿現(xiàn)象應立即停止注漿，調(diào)查冒漿原因，如系漿孔封閉效果欠佳，可待漿液凝固后重復注漿；如系地層灌注不進，則應結(jié)束注漿。在夏季炎熱條件下注漿時，用水溫度不得超過30℃～35℃；并應避免將盛漿桶和注漿管路在不注漿狀態(tài)暴露于陽光下，以免加速漿體凝固。

觀測檢查：對注漿效果的檢查，檢驗時間在注漿結(jié)束28 d后，可選用標注貫入和靜力觸探對加固地層進行檢測。注漿效果檢測點一般為注漿孔數(shù)的2%～5%,如檢驗點不合格率等于或大于20%，或雖小于20%但檢驗點的平均值達不到設計要求時，在確認設計原則正確后應對不合格的注漿孔實施重復注漿。

4.3 蓋梁、墩身加固

4.3.1橋臺蓋梁加固、擋塊修復

蓋梁裂縫若因基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降引起，加固前應先對地基進行處理，然后對裂縫進行壓力灌漿封閉，而后采用粘貼鋼板法進行加固。

采用大型通用有限元軟件ALGOR和MIDAS CIVIL對全橋上下部進行仿真模擬分析表明，橋臺邊柱沉陷后，中柱附近最大剪力為3 826 kN，大于截面抗剪承載力2 595 kN，超出47%；中柱頂最大負彎矩為6 450 kN·m，大于原截面承載力5 050 kN·m,超出 28%。

根據(jù)計算結(jié)果，在蓋梁中柱頂上緣兩側(cè)采用壓力注膠法粘貼6 mm厚鋼板進行抗彎加固，以支座墊石為界分別在墊石兩側(cè)粘貼40 cm和50 cm寬。由于受蓋梁頂距梁底的空間限制，不能采用錨栓加壓，應采用鋼板周圍封閉、壓力注射或設置加壓板利用側(cè)面懸掛重物加壓。

蓋梁抗剪加固采用粘貼豎向U型鋼箍板的方案。鋼板厚9 mm，鋼箍板寬200 mm，箍板每200～300 mm左右設一M10x90的定型化學錨栓(5.8級)作為永久附加錨固和加壓工具。在鋼箍板的上緣粘貼200 mm寬、5 mm厚的縱向鋼板壓條。壓條下箍板間的空隙粘貼9 mm厚的鋼墊板墊平，在箍板和壓條重合位置設置M10x90的附加錨固栓。

加固用鋼板采用Q345C級，鋼板間焊接、接長采用E50xx的焊條，粘貼均采用A級粘鋼膠加壓粘貼。鋼板粘貼后按設計要求進行防銹處理，首先對外露鋼件清除表面油污，噴砂除銹，達到SA2.5級除銹標準，然后涂抹環(huán)氧樹脂薄膠層一道，噴涂2 cm厚高強抗拉復合砂漿(HTCM)。

梁體橫向東移將0#臺東側(cè)擋塊擠碎，拆除舊擋塊，需重新澆注，在梁體與擋塊間增設2 cm厚橡膠緩沖墊。

對中墩增加抗震構(gòu)造措施，在墩身兩側(cè)梁體、墩頂分別粘貼L200×150×20不等邊角鋼，兩角鋼肢間交叉錯開，角鋼間設螺栓連接，角鋼間螺栓留2 cm空隙，角鋼與墩身、梁體間設M10錨栓附加錨固。

4.3.2 9#墩身修復

引橋9#墩身橫向兩側(cè)V墩的東南、西南側(cè)支座下墩身開裂嚴重且裂縫較深。利用無振動切割技術(shù)將墩身支座下1.5 m高、裂縫延伸范圍墩身切割拆除。然后人工鑿除15 cm高，將原有鋼筋外露，焊接新鋼筋，重新澆注C30微膨脹鋼筋混凝土修復。

9#墩身修復前應先進行5#、9#、11#墩身兩側(cè)預制現(xiàn)澆接頭處的加固和5#墩支座下墩身加固。而后在9#墩身兩側(cè)搭設臨時支架，上設施工平臺，在對應粱肋位置設置千斤頂，橫向同步頂升支承梁體，使9#墩支座脫離工作狀態(tài)。而后進行墩身修復。

4.3.3引橋V墩支座下墩身加固

原設計為了美觀，將V墩縱向拉桿隱身于上部梁體中，拉桿橫向設置在支座中間，受力最大的支座下墩身范圍未有縱向連接，受力不利。加固設計中采用實體單元對支座下墩身進行了細部分析，對引橋支座下墩身進行粘貼U型鋼箍板、支座下V墩雙肢間增加角鋼拉桿加固。加固后支座下墩身最大主應力由2.42 MPa減小為1.81 MPa，效果明顯。

對支座下墻式墩身采用壓力粘貼水平向U型鋼箍板加固，鋼板厚度8 mm，粘貼鋼板豎向高度為1.1～1.2 m之間，橫向兩側(cè)U型鋼箍板在單V墩身中線處留20 cm的空隙作為粘貼加壓端部封堵空間用。豎向分為三排U型箍，單個U型箍的最大寬度按50倍粘貼鋼板厚度即400 mm控制，相鄰U箍間設20 mm空隙，作為施工時壓力注膠用。鋼板上設M10×90化學錨栓，錨栓間距150～300 mm左右，梅花形交錯布置。在最上層U箍的側(cè)面鋼板上焊接L125×10的等邊角鋼拉桿。為便于施工，拉桿縱向分為3段，兩個邊段直接焊接在U箍板上，待U型箍板粘貼、膠液固化后再通過連接角鋼和中間段焊接。

加固用鋼板、角鋼采用Q345C級，鋼板間焊接，接長采用E50xx的焊條，粘貼均采用A級粘鋼膠加壓粘貼。鋼板粘貼后按設計要求進行防銹處理。首先對外漏鋼件清除表面油污、噴砂除銹，達到SA2.5級除銹標準，然后涂抹環(huán)氧樹脂薄膠層一道，噴涂2cm厚高強抗拉復合砂漿(HTCM)。

4.3.4 11#墩身抗震加固

根據(jù)反應譜方法進行橋梁抗震分析的結(jié)果，引橋的基頻為1.16 s，第一階模態(tài)為橋梁縱飄，第二、三階模態(tài)為豎彎+橫彎，橋梁縱向剛度相對較小，這是由于全橋僅在11＃V墩處設置了固定約束，而其它各墩均為縱向自由支承。該橋梁在縱向地震下，11＃V墩系縱向受力薄弱部位?？v向糾偏后的永久固定墩——11#墩在地震作用下的墩身根部應力較大，將會開裂。因此需對11#墩身進行抗震加固。加固后墩身根部應力由3.31 MPa降為1.71 MPa。

11#墩抗震加固采用增大截面法，在V墩雙肢內(nèi)側(cè)增大截面，V墩雙肢內(nèi)側(cè)頂部單側(cè)各加厚19.5 cm，V肢交叉處單側(cè)各加厚50 cm，墩身下部兩側(cè)各加厚50 cm，均采用C30鋼筋混凝土加固。新舊混凝土結(jié)合面采用植筋連接，同時結(jié)合面應鑿成凸凹差不小于6 mm的粗糙面，以增強新舊混凝土粘結(jié)。植筋和對應增加鋼筋采用雙面焊焊接，焊接長度不小于5 d（鋼筋直徑），焊點距基材混凝土表面應大于15 d，且應采用冰水侵漬的濕毛巾包裹植筋外漏部分的根部。

4.4 梁體加固

4.4.1 V墩兩側(cè)預制現(xiàn)澆接頭加固

引橋中墩13 m長為支架現(xiàn)澆段，跨間為預制空心板，在預制現(xiàn)澆接頭發(fā)現(xiàn)多處橫向裂縫，發(fā)生沉陷的墩身兩側(cè)比較明顯，附近的滲水、碳化、堿化病害也比較嚴重。對V墩兩側(cè)接頭左右側(cè)分別粘貼4 mm后的鋼板加固，采用直接粘貼法。

4.4.2引橋21跨梁底加固

引橋21跨梁底出現(xiàn)多處細微縱橫向裂縫，計算結(jié)果表明21跨梁體靠近銳角側(cè)下緣計算彎矩超出截面承載力4%，對跨中區(qū)域采用壓力粘鋼法粘鋼加固。粘貼鋼板厚度4 mm，每條粘鋼寬度為200 mm,縱向鋼板直接粘貼在梁體下緣，橫向鋼板下縱向鋼板間空隙用HTCM砂漿填平，而后在縱向鋼板外側(cè)水平粘貼橫向鋼板。鋼板防腐處理同蓋梁加固。

4.4.3板間鉸縫處理

橋面鋪裝銑刨后，預制板間鉸縫壓力灌注M40水泥砂漿，采用必要措施使?jié){體充滿鉸縫空隙。同時在鉸縫兩側(cè)預制空心板側(cè)植入d12的U形鋼筋，板間鋼筋對折綁扎牢固，以增強板間橫向聯(lián)系，避免單板受力。

4.4.5梁體頂升、支座更換

支座更換梁體頂升時做過三個方案進行計算分析比較。方案一，逐墩（雙肢）頂升，逐墩更換支座，縱橫向同步，最大頂升高度14 mm；方案二，同墩橫向同步，縱向分步頂升相鄰2個墩，墩間最大高差7 mm，更換支座墩最大頂升高度14 mm；方案三，同墩橫向同步，縱向分步頂升相鄰4個墩考慮，墩間最大高差4 mm，更換支座墩頂最大頂升高度14 mm。分析結(jié)果表明，三個方案均可行，最不利應力相差不大，但方案二、三同步頂升的墩臺數(shù)量多，工作量大，需要多方協(xié)調(diào)控制。因此，推薦擬采用方案一作為實施方案，即逐墩頂升、逐墩更換支座、逐墩進行墊石高度調(diào)整。

需更換9#墩的V墩南肢固定支座為DX（中V東側(cè)）、SX支座，更換V墩北肢中V東側(cè)的SX支座為DX（橫向位移約束）。

更換11#固定墩上雙肢的SX支座為GD（雙肢中V東側(cè)）、DX（縱向位移約束）支座。

5#墩臨時縱向約束解除后，支座全部更換，中V東側(cè)更換為DX（橫向約束）支座，其余支座更換新的SX支座。

除5#、9#、11#墩外的其余中墩中V東側(cè)更換為DX（橫向約束）支座，其余支座進行清洗滑移面、涂硅脂、更換密封圈等養(yǎng)護。

0#臺、聯(lián)接墩上引橋的板式橡膠支座(GJZF4150×200×42)全部采用同型號更換，同時調(diào)整墊石高度。

所有中墩頂升更換支座的同時，需對支座墊石高度、墊石頂四角高差進行調(diào)整。墊石高度調(diào)整應根據(jù)實測的標高進行。發(fā)生沉陷的，可通過HTCM高強抗拉砂漿加高；施工誤差較大需降低的，通過繩鋸切割、HTCM砂漿結(jié)合調(diào)整。調(diào)整后支座頂?shù)椎乃慕歉卟畈坏么笥? mm。

梁體頂升、支座更換和梁體縱向糾偏交叉進行。頂升時應采用PLC控制器嚴格控制縱橫向頂升時各頂升處的位移差。

4.4.6梁體糾偏

梁體縱橫向均有偏移現(xiàn)象，考慮到增設限制橫向位移的單向支座后，梁體橫向能夠控制，橫向不進行位置糾偏。由于9#墩開裂后，喪失部分約束梁體縱向位移功能，現(xiàn)場觀測20#墩北側(cè)梁體已與墩身頂部拉板側(cè)面接觸，當溫度高于安置永久固定支座的溫度時，20#墩將受附加溫度力作用，因此縱向需進行梁體糾偏。采用更換固定墩位置的方法，利用溫差下梁長的熱脹冷縮變化調(diào)整。

高溫時，9#墩身梁體頂升、荷載置于支架滑板上，同時將5#墩縱向位移臨時固定，在低溫時拆除臨時固定措施，更換11#墩支座為DX、GD支座。

梁體糾偏時，應在20#墩支座附近設置梁體縱向位移觀測點，記錄梁長在不同溫度下的梁長實際變化情況，建立梁長隨溫度實際變化的對應關(guān)系，確定拆除5#墩臨時固定、11#墩固定的施工溫度。

5 維修加固的施工流程

為保證加固質(zhì)量，確保安全施工，維修加固工程應按照以下流程進行：

施工準備，現(xiàn)場核實病害情況，復核基礎(chǔ)數(shù)據(jù)→橋梁交通斷行，橋面銑刨，拆除0#臺伸縮縫→墩臺基礎(chǔ)壓漿加固→5#、9#、11#墩頂兩側(cè)梁底加固，5#墩身加固→9#墩搭設臨時支架，高溫時頂升支承梁體，支座卸載；同時5#墩臨時固定，約束縱向位移→9#墩身修復、支座下墩身加固；11#墩抗震加固、支座下墩身加固→0#臺搭設支架，千斤頂頂升，臨時支承梁體；橋臺蓋梁加固；梁體病害處理、其余各墩身、梁體加固→頂升11#墩、墊石高度調(diào)整；低溫時11#墩更換為GD、DX支座，同時去除5#墩縱向約束→頂升5#墩、墊石高度調(diào)整，更換為DX、SX支座→縱向分別頂升其余中墩，墊石高度調(diào)整、支座保養(yǎng)，更換中V東側(cè)支座位DX（約束橫向），首先頂升沉陷較大的墩，按距11#墩由遠及近的次序依次頂升、更換支座→橋面系修復、伸縮縫安裝；增設聲屏障；拆除支架、恢復場地→進行靜動載試驗；工程驗收；通車投入使用。

6 結(jié)語

該橋經(jīng)過加固過程的檢測、加固后的橋梁荷載試驗，以及通車使用半年來的連續(xù)觀測和外觀檢查，無明顯沉降、裂縫等病害發(fā)展。證明橋梁加固達到了預期目的，滿足承載能力和通行能力要求。

通過對橋梁病害及時的發(fā)現(xiàn)、妥善的處理，同時加強運營養(yǎng)護中的管理工作，是能夠保證橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于完好的技術(shù)狀態(tài)，滿足承載能力和通行能力要求。

[1]JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設計規(guī)范[S].

[2]GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范[S].

[3]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTG H11-2004，公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范[S].