張志明，陳兆龍

（安徽省蕪宣高速公路管理有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241000）

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正交異性板結(jié)合箱內(nèi)鋼桁架技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用

張志明，陳兆龍

（安徽省蕪宣高速公路管理有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241000）

結(jié)合橋梁底板加固工程實(shí)際，介紹正交異性板結(jié)合箱內(nèi)鋼桁架加固技術(shù)主要特點(diǎn)以及該技術(shù)在加固后效果。

正交異性板；鋼桁架；加固

1　橋梁概況

橋梁主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組合為（30+9×52+30）m，箱梁橫截面為單箱單室，主橋箱梁采用C50混凝土，采用三向預(yù)應(yīng)力體系。主橋下部結(jié)構(gòu)采用輕型鋼筋混凝土獨(dú)柱式橋墩，柱經(jīng)為2.2m。實(shí)體承臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1.5m。

2　病害情況

定期檢查中發(fā)現(xiàn)右幅主橋的第5、第6跨箱梁底板合攏段出現(xiàn)混凝土層狀剝離且有縱向和橫向的裂縫，其中第6跨箱梁底板合攏段病害較為嚴(yán)重，有一道橫向裂縫貫通底板且混凝土分層剝離較為嚴(yán)重。經(jīng)特殊檢查，檢查結(jié)果表明：控制截面處于較好的單行工作狀態(tài)，承載能力滿足要求，主橋豎向剛度滿足設(shè)計(jì)要求，但是底板空鼓和裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)剛度存在一定的影響，測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)規(guī)律性，與設(shè)計(jì)值存在較大差異，需對(duì)底板進(jìn)行加固處理。2013年委托設(shè)計(jì)單位對(duì)該橋主橋右幅第5、6跨病害進(jìn)行加固設(shè)計(jì)并組織了加固維修。

3　加固方案

針對(duì)病害最初擬采用腹板加厚配合底板混凝土置換加固方案，方案首先植筋綁扎鋼筋網(wǎng)，澆筑跨中腹板加厚區(qū)混凝土，然后分段置換底板混凝土。

通過(guò)論證審查此方案有以下缺點(diǎn)：中腹板處理區(qū)域較小，且與原橋腹板加固區(qū)域分離，在全橋容易形成薄弱斷面；在增加橋梁自重增加較多；加固區(qū)域較小，材料用量少，不易采購(gòu)；新增混凝土的收縮開(kāi)裂較難控制。經(jīng)綜合考慮，取消底板混凝土置換，在合攏段底板范圍安裝2塊2.3m×5m鋼板，在合龍段底板中心留了80cm的觀測(cè)區(qū)域，同時(shí)在箱內(nèi)增加鋼桁架與底板正交異性板連接的加固方案。

4　主要施工工藝

4.1松散混凝土鑿除及缺陷維修

現(xiàn)場(chǎng)確定混凝土松散和空鼓區(qū)域，對(duì)箱梁底板松散混凝土進(jìn)行人工鑿除，鑿除時(shí)要注意控制鑿除深度，避免損壞波紋管和鋼筋，對(duì)缺陷采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、抹平。

4.2橋面預(yù)壓

粘貼鋼板前，在橋面進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓使用沙袋加載，預(yù)壓重量為30t。施工右幅第6跨前，在右幅第5及7跨跨中合攏段中心線位置對(duì)稱同步預(yù)壓。施工右幅第5跨前，在右幅第4及6跨跨中進(jìn)行預(yù)壓。

4.3正交異性板制作與安裝

①梁底找平及清理

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位，在需粘貼鋼板加固混凝土表面放出鋼板位置大樣。由于梁底部有一定弧度，鋼板難以緊貼梁底，所以使用環(huán)氧砂漿對(duì)梁底進(jìn)行大面找平。清除表面浮漿，剔除表層疏松物，并用丙酮清理表面。

②種植螺栓

依照設(shè)計(jì)圖紙的要求，放出需鉆孔的位置，用鋼筋探測(cè)儀查明混凝土鋼筋和鋼絞線位置，然后鉆孔，種植螺栓。

③鋼板加工、安裝

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土上的實(shí)際放樣進(jìn)行粘貼鋼板下料，先對(duì)待粘貼的鋼板進(jìn)行配套打孔，然后對(duì)鋼板的粘貼面進(jìn)行除銹和打磨，打磨紋路與鋼板受力方向垂直。加工完成后吊運(yùn)至施工平臺(tái)，通過(guò)化學(xué)螺栓將鋼板固定在加固區(qū)域，螺栓暫不擰緊，保證鋼板與梁底之間有一定的間隙。

⑤ 焊接縱橫肋

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在鋼板表面焊接橫向和縱向加勁肋，如加勁肋位置與鋼板表面實(shí)際打孔位置有沖突，可對(duì)加勁肋位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。焊接從焊件中部開(kāi)始，向兩端進(jìn)行。

⑥緊固螺栓

在加勁肋焊接完成后，擰緊鋼板上的螺栓，使鋼板與梁底盡量貼合，其間隙留2mm。

⑦封邊

將注入嘴粘結(jié)在鋼板的注入孔上，注入嘴布置間距為50～60cm。再在鋼板角點(diǎn)處及鋼板邊緣插入排氣管，排氣孔間距30～40cm，在螺桿上罩上蓋碗，然后用鋼板封邊膠封閉鋼板邊緣，完成封邊。

⑧灌膠

待封邊膠固化后，用泵將粘鋼灌注膠從注入嘴灌注到鋼板和混凝土的空隙中，灌注工作持續(xù)到所有排氣管均有膠液流出。在灌注過(guò)程中，用橡皮錘敲打鋼板以確認(rèn)是否灌注密實(shí)。要求灌膠之前先通氣試壓，以不小于0.1MPa的壓力將粘鋼灌注膠從注入嘴壓入，當(dāng)排氣孔出現(xiàn)膠液后停止加壓，以鋼板封邊膠堵孔，再以較低壓力維持10min以上。

⑨鋼板防腐

在鋼板粘貼完成后對(duì)其外表面進(jìn)行打磨，除去鋼板表面油污和浮銹，再涂刷防腐漆，共涂刷2遍環(huán)氧富鋅底漆和1遍面漆。

4.4箱內(nèi)鋼桁架制作、安裝

①鋼材制作

鋼桁架使用材料主要有Q345D槽鋼、Q345D12mm厚鋼板和高強(qiáng)螺栓。

②箱內(nèi)混凝土基面處理

對(duì)于箱內(nèi)混凝土凹凸不平影響鋼結(jié)構(gòu)安裝的，人工打磨平整，凹陷處，使用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

③上下弦桿安裝

通過(guò)M20對(duì)拉螺桿使鋼桁架下弦桿與梁底鋼板連接。如果鉆到波紋管和主要鋼筋時(shí)，應(yīng)在旁邊重新鉆孔，并使用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)舊空洞。

安裝固定上下弦桿完成后，對(duì)不平整區(qū)域進(jìn)行灌膠，灌膠方法同正交異性板灌膠方法。

④安裝橫撐和腹桿

在2片鋼桁架之間，通過(guò)焊接和高強(qiáng)螺栓連接橫撐。橫撐采用背靠背的形式連接在上下弦桿上，腹桿采用背靠背的形式焊接在節(jié)點(diǎn)板上，腹桿角度可根據(jù)箱梁內(nèi)的實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。

⑤防腐涂裝

與底板鋼板工藝相同。

5　加固后觀測(cè)與效果評(píng)價(jià)

5.1后期觀測(cè)

施工時(shí)在大橋右幅主橋箱梁底板鋼筋上共布設(shè)9個(gè)傳感器，同時(shí)在對(duì)應(yīng)位置的鋼板上也布設(shè)了9個(gè)傳感器。

分析采集的數(shù)據(jù)，鋼板上的傳感器在解除橋面預(yù)壓后，應(yīng)變均有不同程度的增大，說(shuō)明鋼板已與箱梁協(xié)同受力。在通車后，鋼板上有7個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)不同程度減小，說(shuō)明鋼板對(duì)箱梁底板的協(xié)同受力是有效的。

5.2效果評(píng)價(jià)

加固后組織對(duì)該橋右幅主橋5#、6#跨進(jìn)行了一次靜載試驗(yàn)，通過(guò)與加固前荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)一步證實(shí)了加固效果。

5、6兩跨共布置4個(gè)測(cè)試斷面，分別為：5#跨跨中斷面；6#跨墩頂附近斷面、6#跨L/4斷面、6#跨跨中斷面。在上述4個(gè)測(cè)試斷面中，各跨中斷面分別測(cè)試了應(yīng)變和撓度，墩頂附近斷面及L/4斷面只測(cè)試了應(yīng)變。

靜力試驗(yàn)荷載加載方式是采用單輛重約300kN的三軸載重汽車作為等效荷載，在試驗(yàn)過(guò)程中模擬設(shè)計(jì)活載所產(chǎn)生的內(nèi)力值。

荷載試驗(yàn)工況：

工況1和工況2：檢測(cè)右幅橋A-A截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下的最大正彎矩和撓度效應(yīng)；

工況3和工況4：檢測(cè)右幅橋B-B截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下的最大正彎矩和撓度效應(yīng)；

工況5和工況6：檢測(cè)右幅橋D-D截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下最大正彎矩作用效應(yīng)；

工況7：檢測(cè)右幅橋E-E截面在最不利汽車荷載（中載）作用下最大負(fù)彎矩作用效應(yīng)；

①撓度測(cè)試結(jié)果

在工況1～4滿載作用下，右幅橋主梁A-A、B-B截面實(shí)測(cè)撓度均小于計(jì)算值，主梁結(jié)構(gòu)豎向剛度滿足設(shè)計(jì)要求，卸載后，測(cè)試截面測(cè)點(diǎn)的最大相對(duì)殘余變形為6.3%，表明結(jié)構(gòu)控制截面在試驗(yàn)過(guò)程中處于較好的彈性工作狀態(tài)。

②應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

在各工況滿載作用下，實(shí)測(cè)值小于或接近于計(jì)算值，說(shuō)明控制截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，各工況卸載后，測(cè)試截面最大相對(duì)殘余應(yīng)力值小于18.75%，表明結(jié)構(gòu)測(cè)試截面在試驗(yàn)過(guò)程中處于較好的彈性工作狀態(tài)。

6　結(jié)論

此次加固之后，根據(jù)特殊檢查結(jié)果以及后期運(yùn)營(yíng)觀察，正交異性板結(jié)合鋼桁架加固技術(shù)效果顯著，為同類變截面連續(xù)箱梁底板加固提供了一項(xiàng)新的加固思路。

[1]韓濤，徐鑫.大跨徑連續(xù)箱梁橋合龍段底板病害修復(fù)技術(shù)[J].交通科技，2015（3）.

[2] 魏樂(lè)永，沈旭東，肖汝誠(chéng)，譚紅梅.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁底板崩裂破壞的機(jī)理及其對(duì)策[J].結(jié)構(gòu)工程師，2007（23）.

U445.7+2

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1007-7359(2016)03-0191-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.070