黃英軍

（廣東中天市政工程設(shè)計有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

我國的舊橋加固改造工程與日俱增。據(jù)交通部2008年統(tǒng)計，中國目前有六千余座公路危橋。尤其在西部地區(qū)，由于近年公路運輸超載嚴(yán)重，公路橋梁不堪重負(fù)，危橋比例大幅攀升。交通部計劃從2008年起，力爭用3 a時間基本完成國省干線上的所有危橋、縣道中橋以上、鄉(xiāng)道大橋以上的危橋改造。為確保公路橋梁加固工程質(zhì)量，由西部交通科技項目管理中心立項并開展了對橋梁維修加固質(zhì)量檢驗評定方法的研究工作。結(jié)合該項研究工作，筆者在鋼-混組合梁橋加固工程質(zhì)量檢驗評定方法方面進(jìn)行了相關(guān)探索和研究。

對于鋼-混組合梁橋這一類橋梁進(jìn)行維修加固質(zhì)量檢驗評定的研究，涉及到的維修措施和加固方法并非單一，采用何種處理措施要視舊橋?qū)嶋H狀況、環(huán)境條件、現(xiàn)場施工條件及經(jīng)濟(jì)條件等因素而定。加固施工過程也是一項比較復(fù)雜的工作，涉及因素較多。為了能夠較為全面細(xì)致地對一項鋼-混組合梁橋的維修加固工程進(jìn)行質(zhì)量檢驗評定，本文從對該類橋梁的病害分析及維修措施研究入手，歸納出鋼梁結(jié)構(gòu)的防腐及重新涂裝，鋼梁構(gòu)件連接的更換及處理，混凝土橋面板的更換，桿件、構(gòu)件的尺寸檢查及矯正，以及鋼梁裂紋的修復(fù)，這五項基本能代表當(dāng)前階段鋼-混組合梁橋維修加固措施的內(nèi)容，然后針對各項處理措施進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量檢驗評定的研究。

1 鋼-混組合梁橋常見病害及維修措施

鋼-混組合梁橋是一種由鋼板梁（或鋼箱梁、鋼桁架等）與混凝土橋面板通過剪力連接件組合在一起，共同承受外荷載作用的結(jié)構(gòu)形式，其充分發(fā)揮了鋼材受拉性能好與混凝土受壓性能好的力學(xué)特點。鋼-混組合梁橋在我國屬于“年輕”的結(jié)構(gòu)形式，但在公路和城市橋梁建設(shè)中已得到了廣泛的應(yīng)用，自1992年在北京修建了第一座車行組合梁橋——積水潭橋開始，據(jù)不完全統(tǒng)計，僅北京市的立交橋建設(shè)中，就有五十多座采用了這種橋型。經(jīng)過20 a左右的營運使用，早期修建的這些組合梁橋已經(jīng)進(jìn)入了生命周期的第一個階段點。該階段點主要性能特征包括：橋面板局部破損甚至開裂、結(jié)合面處受到侵蝕；鋼梁表面防腐措施失效；鋼梁構(gòu)件連接(鉚接、栓接、焊縫等)松動、銹蝕、疲勞，出現(xiàn)裂紋；鋼梁局部損傷、疲勞裂紋等[1-4]。

鋼-混凝土組合梁橋，不管是簡支梁還是連續(xù)梁，均為RC（或PC）板與鋼結(jié)構(gòu)由剪力鍵組合成一整體。因此檢測、維修、加固可由上述三部分入手；此外，鋼-混組合梁的特有的施工過程，也會形成不同的內(nèi)力分布特點和缺陷及病害。鑒于上述原因，進(jìn)行鋼-混組合梁橋檢測、維修、加固時，混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板的病害及其處理方法，可參考鋼筋混凝土梁、板的方法；鋼梁的缺陷及處理方法可遵照鋼結(jié)構(gòu)的方法；鋼-混組合梁橋特有的缺陷及病害，例如剪力鍵的銹蝕、疲勞及剪斷等，可在分析缺陷及病害成因的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的加固措施。另外，眾多的橋梁破壞事故表明，每個破壞實例往往并不是由單一因素引起的，而是多個因素相互誘發(fā)共同作用的結(jié)果，就鋼-混組合梁橋而言，漏水導(dǎo)致腐蝕或銹蝕、疲勞、應(yīng)力集中，焊接殘余應(yīng)力，以及焊接缺陷可能是最主要的。因此進(jìn)行鋼-混組合梁橋維修加固時，可以視橋梁狀況，采取幾種加固措施相結(jié)合的方法，重視預(yù)防，提倡變被動加固為主動加固的設(shè)計理念[5-7]。

筆者借鑒文獻(xiàn)[8]對鋼-混組合梁橋進(jìn)行常見病害分析及加固策略的研究，結(jié)合上文分析，考慮工程實際情況，將鋼-混組合梁橋的維修加固歸納為以下幾項：（1）鋼梁結(jié)構(gòu)的防腐及重新涂裝；（2）鋼梁構(gòu)件連接的更換及處理；（3）混凝土橋面板的更換；（4）桿件、構(gòu)件的尺寸檢查及矯正；（5）鋼梁裂紋的修復(fù)。

2 維修加固質(zhì)量的檢驗評定

2.1 鋼梁結(jié)構(gòu)的防腐及涂裝[9-11]

銹蝕是鋼結(jié)構(gòu)在長時間使用過程中不可避免的自然現(xiàn)象，自然環(huán)境的影響、橋面系滲漏水、橋下鋼料積存塵土、垃圾、涂裝配套選擇不當(dāng)、涂層厚度不足、涂裝施工質(zhì)量問題等因素都有可能引起鋼梁的銹蝕。

2.1.1 涂裝或復(fù)涂前的加固補(bǔ)強(qiáng)和表面處理

為保證鋼梁結(jié)構(gòu)的完整和承載能力，在涂裝前，在認(rèn)真全面檢查的基礎(chǔ)上，針對已銹蝕損害的鋼梁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)施工，應(yīng)委托專業(yè)設(shè)計單位進(jìn)行鋼梁加固補(bǔ)強(qiáng)工程設(shè)計。如果已損壞嚴(yán)重的鋼梁不進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，損壞將繼續(xù)發(fā)展，且很危險，不能安全運行。

為保證涂層的附著力和使用壽命，在鋼梁涂裝前應(yīng)將鋼梁表面的舊涂膜，氧化皮和銹跡除凈，鋼梁表面處理可根據(jù)涂裝施工方法和鋼梁的新舊進(jìn)行施工。對于新構(gòu)件可按照現(xiàn)行規(guī)范、條例進(jìn)行涂裝施工前的表面處理，除銹質(zhì)量等級、表面潔凈度及處理程序應(yīng)滿足現(xiàn)行要求。對舊鋼梁結(jié)構(gòu)，在涂裝前首先應(yīng)組織人員對鋼梁結(jié)構(gòu)銹蝕狀況進(jìn)行全面檢查，再確定施工范圍、部位、面積及施工方法（見表1）。

表1 鋼梁表面處理標(biāo)準(zhǔn)及程序一覽表

2.1.2 涂裝施工

鋼結(jié)構(gòu)涂裝防腐施工質(zhì)量的優(yōu)劣在于“三分材料，七分施工”，鋼梁涂裝施工的質(zhì)量對漆膜的壽命影響極大。涂裝施工時應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）加固構(gòu)件涂裝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合設(shè)計要求，若需變更應(yīng)征得設(shè)計單位同意。面漆應(yīng)盡量選用原型號產(chǎn)品，外觀色澤應(yīng)基本一致。

（2）加固構(gòu)件采用現(xiàn)場涂裝時，應(yīng)將相近加工區(qū)的受損舊涂裝全部清除，并且每邊擴(kuò)大范圍不少于50 mm。

（3）加固構(gòu)件一般應(yīng)采用廠內(nèi)涂裝。運輸、安裝過程中應(yīng)采取保護(hù)措施，防止涂裝損壞。若發(fā)生損壞，應(yīng)在現(xiàn)場涂裝時進(jìn)行修補(bǔ)。

（4）若加固范圍較大，可將加固構(gòu)件的涂裝除去，并與全橋更換涂裝一并進(jìn)行。

在涂裝施工時，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計文件進(jìn)行，施工工序嚴(yán)格按照現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，涂層遍數(shù)和漆膜厚度應(yīng)符合設(shè)計要求，并應(yīng)及時測定濕膜厚度并保證干膜厚度。

2.1.3 涂裝完成后的檢驗

（1）鋼梁防護(hù)涂裝的檢測指標(biāo)和檢查方法可參考表2所列。

表2 鋼梁防護(hù)涂裝實測項目一覽表

（2）涂裝完成后外觀應(yīng)滿足下列要求：a.涂層表面完整光潔，均勻一致，無破損、氣泡、裂紋、針孔、凹陷、麻點、流掛和皺皮等缺陷；b.涂后的新、舊漆膜顏色一致。

（3）由焊接質(zhì)量檢驗、螺栓連接質(zhì)量檢驗等加固質(zhì)量檢驗后評定出因種種原因造成的防護(hù)涂裝損壞，必須予以修復(fù)。

2.2 構(gòu)件的連接的更換及處理[9-12]

2.2.1 栓接連接

鋼梁構(gòu)件螺栓出現(xiàn)松動、銹蝕、裂紋等情況時，應(yīng)對螺栓連接進(jìn)行相應(yīng)的處理或者更換，其質(zhì)量控制應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）鋼結(jié)構(gòu)橋梁加固時，進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的更換，對于大型節(jié)點，更換數(shù)量不宜超過10%；對于螺栓數(shù)量較少的節(jié)點，則要逐個更換，以防止節(jié)點滑動，如板面（摩擦面）不滿足要求，應(yīng)進(jìn)行處理。

（2）恒載下采用栓接加大截面加固構(gòu)件，加固件與被加固件相互壓緊后，應(yīng)從加固件中間向端部逐次鉆孔、安裝，并擰緊螺栓，盡可能減少加固過程中截面的過大削弱。

（3）螺栓連接質(zhì)量檢驗造成防護(hù)涂層系統(tǒng)損壞時必須進(jìn)行修復(fù)。

（4）高強(qiáng)度螺栓緊固時的技術(shù)要求應(yīng)滿足現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）中的規(guī)定。其施工質(zhì)量的檢驗指標(biāo)體系見圖1所示，其中各項指標(biāo)的具體檢查方法，檢查頻率及指標(biāo)限值可參見相關(guān)規(guī)范。

圖1 螺栓連接質(zhì)量檢驗指標(biāo)體系示意圖

2.2.2 焊接連接

恒載下用焊接加固鋼結(jié)構(gòu)橋梁，應(yīng)盡量避免采用長度垂直于受力方向的焊縫，否則應(yīng)采取專門措施和施焊工藝，確保橋梁安全。焊接連接質(zhì)量檢驗造成防護(hù)涂層系統(tǒng)損壞時必須進(jìn)行修復(fù)。焊接連接的技術(shù)要求應(yīng)滿足現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）中的規(guī)定。其施工質(zhì)量的檢驗指標(biāo)體系見圖2所示，其中各項指標(biāo)的具體檢查方法，檢查頻率及指標(biāo)限值可參見相關(guān)規(guī)范。

圖2 焊接連接質(zhì)量檢驗指標(biāo)體系示意圖

2.2.3 環(huán)氧樹脂粘接

鋼-混組合梁橋加固，采用環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接鋼板、纖維復(fù)合材料時，對其加固質(zhì)量的驗收可從以下幾方面入手：

（1）加固用材料要求：橋梁加固用膠粘劑的安全性能指標(biāo)應(yīng)符合《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》（JTG/TJ22-2008）第4.6節(jié)中的規(guī)定。

（2）粘結(jié)面處理要求及檢查：加固構(gòu)件結(jié)合面應(yīng)該按照設(shè)計要求和相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理（見表3）。對于混凝土粘結(jié)面和鋼板粘合面應(yīng)分別采取相應(yīng)的處理措施和處理程序。

表3 環(huán)氧樹脂系列粘接效果檢測項目一覽表

（3）粘貼質(zhì)量檢驗評定可按照表3所列進(jìn)行。

2.3 混凝土橋面板的更換

2.3.1 混凝土橋面板的加固補(bǔ)強(qiáng)及檢驗

鋼-混凝土組合梁橋的混凝土橋面板，通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)混凝土橋面板出現(xiàn)損傷或破損后，可對其進(jìn)行表層缺陷處理、加固補(bǔ)強(qiáng)或更換?；炷翗蛎姘暹M(jìn)行表層缺陷修理時，其檢驗指標(biāo)體系與方法可參見混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?；炷翗蛎姘甯鼡Q后的檢驗指標(biāo)體系與方法可參照新建混凝土橋梁的相關(guān)內(nèi)容。修補(bǔ)完成后，組合梁橋面板的允許偏差和檢驗方法可參照表4進(jìn)行[13,14]。

表4 組合梁允許偏差和檢驗方法一覽表

2.3.2 栓釘剪力鍵的更換及檢驗

將破損的混凝土橋面板鑿掉后，應(yīng)檢查剪力鍵的使用情況。對于出現(xiàn)損傷或銹蝕的剪力鍵進(jìn)行更換，更換的剪力鍵的材料、尺寸不得低于原有剪力鍵。當(dāng)鋼-混凝土組合梁橋的栓釘剪力鍵需要全部更換時，所需栓釘?shù)馁|(zhì)量、數(shù)量及構(gòu)造要求應(yīng)根據(jù)加固后的設(shè)計荷載等級按即將出臺的《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG/T D64-2009）（目前為征求意見稿）中的第11.4條進(jìn)行設(shè)計確定。

栓釘剪力鍵可采用專用的焊接設(shè)備及焊接瓷環(huán)進(jìn)行焊接，亦可以采用經(jīng)過檢驗的人工栓釘焊接工藝。更換后的栓釘剪力鍵焊接部位的檢驗方法一般可分為外觀檢驗和破壞試驗兩種。

（1）栓釘?shù)耐庥^檢查應(yīng)滿足以下三點：

a.焊釘?shù)撞康暮改_應(yīng)完整、密實并均勻分布；

b.焊釘焊接后的長度應(yīng)正確，其長度公差在±2 mm以內(nèi)；

c.焊釘應(yīng)垂直于母材。

（2）焊釘?shù)钠茐脑囼炗袕澢?、反?fù)彎曲、拉伸和剪切等四項。

當(dāng)焊釘?shù)耐庥^檢驗合格后，采用同樣條件連續(xù)焊接30個焊釘，然后進(jìn)行彎曲試驗、反復(fù)彎曲試驗、拉伸試驗和剪切試驗。試驗合格后，再重新焊接30個焊釘進(jìn)行同樣的試驗，又都合格后，即可按著焊接程序正式施焊。

a.彎曲試驗：可用錘擊使其從原來軸線彎曲30°，或采用特制的導(dǎo)管將焊釘彎成30°，若焊釘縫完好，方為合格。

b.反復(fù)彎曲試驗：焊釘?shù)姆磸?fù)彎曲檢驗在專門的雙控拉壓裝置上進(jìn)行，直到焊釘反復(fù)彎曲30°斷裂為止，裂縫不在焊縫處，方為合格。

c.拉伸試驗：應(yīng)在拉力機(jī)上進(jìn)行試驗，焊釘斷裂應(yīng)在焊接區(qū)之外，并應(yīng)保證屈服點抗拉強(qiáng)度、延伸率符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

d.剪切試驗：用以檢驗焊縫的抗剪強(qiáng)度。若剪切面不在焊縫區(qū)，即為合格。

2.4 桿件、構(gòu)件的尺寸檢查及矯正

鋼-混凝土組合梁橋維修加固中，若原橋鋼結(jié)構(gòu)部分有桿件或構(gòu)件更換時，由于殘余應(yīng)變釋放或局部變形和損傷，鋼結(jié)構(gòu)部分會發(fā)生總體或局部變形；若安裝新的加固桿件或構(gòu)件時，新桿件或部件也會有由于加工制造中產(chǎn)生局部變形。上述變形需通過矯正工藝加以減小或消除。鋼材的矯正，對于鋼板而言就是矯平，對于型材而言就是矯直。

鋼結(jié)構(gòu)零件矯正后的容許偏差應(yīng)符合表5的要求。

2.5 鋼梁裂紋的修復(fù)[15]

（1）鋼梁構(gòu)件上發(fā)現(xiàn)裂紋時，作為臨時應(yīng)急措施，可于板件裂紋端外（0.5～1.0）倍板厚處鉆孔，防止其進(jìn)一步擴(kuò)展，并及時根據(jù)裂紋性質(zhì)及擴(kuò)展走向采取適當(dāng)措施修復(fù)加固。

表5 零件矯正容許偏差一覽表

（2）修復(fù)裂紋應(yīng)優(yōu)先采用焊接的方法，一般按如下順序進(jìn)行：

a.清洗裂紋兩邊80 mm以上范圍內(nèi)板面油污至露出潔凈的金屬面；

b.用碳弧氣刨、風(fēng)鏟或砂輪將裂紋邊緣加工出坡口，直達(dá)紋端的鉆孔，坡口的形式應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行《氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)等焊縫坡口的基本型式與尺寸》的要求選用；

c.將裂紋兩側(cè)及端部金屬預(yù)熱至100℃～150℃并在焊接過程中保持此溫度；

d.用與鋼材相匹配的低氫型焊條或超低氫型焊條施焊；

e.盡可能地用小直徑焊條以分段分層逆向焊法施焊，每一焊道焊完后宜即進(jìn)行錘擊；

f.按設(shè)計要求檢查焊縫質(zhì)量，對承受動力荷載的構(gòu)件，堵焊后其表面應(yīng)磨光，使之與原構(gòu)件表面齊平，磨削痕跡線應(yīng)大體與裂紋切線方向垂直；

g.對重要結(jié)構(gòu)或厚板構(gòu)件 堵焊后應(yīng)立即進(jìn)行退火處理。

（3）對網(wǎng)狀分叉裂紋區(qū)和有破裂、過燒或燒穿等缺陷的梁、柱、腹板部位，宜采用嵌板補(bǔ)修。修補(bǔ)順序為：

a.檢查確定缺陷的范圍；

b.將缺陷部位切除，宜切帶圓角的矩形孔，切除部分的尺寸均應(yīng)比缺陷范圍的尺寸大100 mm；

c.用等厚度同材質(zhì)的嵌板嵌入切除部位，嵌入板的長寬邊緣與切除孔間二個邊應(yīng)留有2～4 mm的間隙，并將其邊緣加工成對接焊縫要求的坡口形式；

d.嵌板定位后，將孔口四角區(qū)域預(yù)熱至100℃～150℃并按圖所示順序采用分段分層逆向焊法施焊；

e.檢查焊縫質(zhì)量打磨焊縫余高使之與原構(gòu)件表面齊平。

（4）修復(fù)完成后檢查焊縫質(zhì)量，若焊縫質(zhì)量不合格，應(yīng)刨去焊縫、清根，重新施焊。焊縫質(zhì)量合格后，打磨焊縫余高，使之與原構(gòu)件表面齊平。

3 結(jié)語

（1）我國早期修建的鋼-混凝土組合梁橋經(jīng)過二十余年的運營使用，步入生命周期的第一個階段。該階段主要性能特征包括：橋面板局部破損甚至開裂、結(jié)合面處受到侵蝕；鋼梁表面防腐措施失效；鋼梁構(gòu)件連接(鉚接、栓接、焊縫等)松動、銹蝕、疲勞，出現(xiàn)裂紋；鋼梁局部損傷、疲勞裂紋等。

（2）鋼梁結(jié)構(gòu)的防腐及重新涂裝，鋼梁構(gòu)件連接的更換及處理，混凝土橋面板的更換，桿件、構(gòu)件的尺寸檢查及矯正，以及鋼梁裂紋的修復(fù)這五項內(nèi)容基本能夠涵蓋針對該階段鋼-混組合梁橋常見病害的維修加固處理措施。

（3）從基本要求，施工工序，施工完成后的質(zhì)量檢驗等方面提出了各分項維修加固措施的檢驗指標(biāo)體系及相應(yīng)的評定標(biāo)準(zhǔn)和檢查方法，能夠?qū)︿?混組合梁橋的維修加固質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)的控制和檢驗評定。

[1]Yung-Ching Shen.Life-Cycle Performance Impact Assessment of Steel-Girder Composite Bridges.[J]Structures,2004：1-7.

[2]錢冬生.談?wù)勪摌虻钠诤蛿嗔裑J].橋梁建設(shè),2009，(3):12-21.

[3]By J.Y.Richard Yen,Yiching Lin,M.T.Lai.Composite beams subjected to static and fatigue loads.[J].Journal of Structural Engineering,1997,(6):765-771.

[4]吳海軍.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

[5]Pedro Albrecht,Akhrawat Lenwari.Fatigue Strength of Repaired Prestressed Composite Beams.[J]Journal of Bridge Engineering,2008，(6):409-417.

[6]Ai-Saidy,Klaiber,Wipf.Repair of Steel Composite Beams with Carbon Fiber-Reinforced Polymer Plates.[J].Journal of Composite for Construction,2004,8(2):163-172.

[7]F.N.Leitao,J.G.S da Silva,P.C.G.da S.Vellasco.et al,Composite(steel-concrete)Highway Bridge Fatigue Assessment.[J].Journal of Constructional Steel Research,2011，(67):14-24.

[8]黃僑，榮學(xué)亮，陸軍.既有鋼-混組合梁橋常見病害分析及其加固策略[A].全國既有橋梁加固、改造與評價學(xué)術(shù)會議[C].2008:159-164.

[9]張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊（下）[M].北京：人民交通出版社，2007.

[10]陳開利，王邦楣.橋梁工程鑒定與加固手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.

[11]黃僑.橋梁鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：人民交通出版社，2003.

[12]徐宏，黃平明，韓萬水，王蒂.粘鋼加固橋梁質(zhì)量控制及評定方法研究[J].橋梁建設(shè),2009,(5):74-77.

[13]JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（第一冊 土建工程）[S].

[14]JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[15]李志國.既有鋼橋裂紋及加固研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.