三峽專用公路橋梁加固及施工工藝研究
2015-09-14
1 工程概況
三峽專用公路是三峽工程對外交通的主干道，為全封閉、全立交、雙向四車道的山嶺區(qū)準(zhǔn)一級汽車專用公路，全長28km，于1996年10月建成通車。全線共有大中小橋27座，其中特大橋3座，大橋9座，中橋14座，小橋1座。其中特大橋均為鋼管砼拱結(jié)構(gòu)，大橋為75m~125m連續(xù)箱梁、30m預(yù)應(yīng)力簡支T梁和16m空心板結(jié)構(gòu)，中小橋除了宋家溝中橋為1-30m混凝土板拱橋外，其余均為30m預(yù)應(yīng)力簡支T梁和16m空心板。
2病害形式及加固措施
2.1 空心板裂縫
檢測發(fā)現(xiàn)多數(shù)空心板橋梁的底板上橫向貫穿裂縫較普遍，有些板的裂縫從底板向側(cè)面延伸。
首先對裂縫按以下原則進(jìn)行處理：裂縫寬度＜0.15mm，封閉處理；裂縫寬度≥0.15mm，灌漿處理；裂縫寬度≥5mm，填充膠泥處理。
此外，當(dāng)部分空心板板底裂縫較多或裂縫超限（≥0.2mm）時，結(jié)構(gòu)剛度降低、結(jié)構(gòu)開裂處會發(fā)生應(yīng)力重新分布。因此，除了對空心板裂縫進(jìn)行封閉和灌漿處理外，還采取在板底粘貼碳纖維布進(jìn)行加固。
2.2 墩臺身、墩臺帽裂縫
墩臺身裂縫多為豎向，破損較嚴(yán)重的墩臺身伴有橫向裂縫。部分墩臺帽梁在正彎矩區(qū)或負(fù)彎矩區(qū)沿主拉應(yīng)力的垂直方向產(chǎn)生裂縫。分析原因是由于地基不均勻沉降或墩臺身（墩臺帽）砼強度及配筋不足等原因所產(chǎn)生。加固措施為首先對裂縫處理后，再在裂縫處粘貼鋼板加固。
2.3 拱橋主拱圈和腹拱圈出現(xiàn)裂縫
根據(jù)荷載試驗和結(jié)構(gòu)驗算，該橋主拱圈和部分腹拱圈的剛度不足。最初設(shè)計采用拱底植鋼筋網(wǎng)、加厚拱圈、立墻粘貼碳纖維布的加固方案，后來優(yōu)化調(diào)整為在主拱跨中部位粘貼縱橫向鋼板、腹拱及立墻粘貼橫向鋼板的加固方案，較原方案可大量減輕結(jié)構(gòu)自重，同時施工簡便可靠。
2.4 箱梁斜向剪切縫、橫隔板豎向剪切縫
荷載試驗結(jié)果表明，梁端和箱梁腹板抗剪能力不足。加固措施為在腹板內(nèi)外兩側(cè)局部范圍粘貼鋼板（縱向和斜向布置）、墩頂及跨中橫隔梁粘貼鋼板（水平布置）、底板外側(cè)部局部范圍縱向粘貼碳纖維布、腹板內(nèi)側(cè)局部豎向粘貼碳纖維布。
2.5 特大橋鋼管拱內(nèi)混凝土脫粘空洞
荷載試驗分析表明跨中拱頂截面應(yīng)力校驗系數(shù)較大是由于鋼管拱內(nèi)局部混凝土與鋼管脫粘導(dǎo)致局部鋼管應(yīng)力偏大引起的。加固措施為對脫粘厚度1mm以上，且沿橋縱向連續(xù)脫粘長度大于100cm的脫粘空洞采用灌漿法修補。
2.6 支座損壞
對損壞及嚴(yán)重變形的空心板和T梁支座，采取整體頂升梁板進(jìn)行更換。
3 施工工藝
上述病害加固措施歸納起來主要有：裂縫封閉、裂縫灌漿、粘貼碳纖維布、粘貼鋼板、梁板整體頂升更換支座、鋼管拱灌漿等，其施工工藝如下。
3.1 裂縫封閉（裂縫寬度＜0.15mm）
先用高速砂輪片沿裂縫走向打磨，開V型槽，深約1mm~2mm，寬約4mm~6mm；再對打磨區(qū)域除污去塵，用丙酮或酒精清洗干凈；最后用混凝土修補膠將裂縫表面或V型槽封閉、壓實、刮平，封閉裂縫。
3.2 裂縫灌漿（0.15mm≤裂縫寬度＜5mm）
1）工藝流程：裂縫的測量與記錄→縫口清理→粘貼灌膠嘴→密封膠封閉裂縫→密封檢查→配置灌縫膠注入膠液→養(yǎng)護(hù)→表面清理；2）裂縫縫口表面的處理：先用鋼絲輪清除掉縫口6cm范圍的灰塵和污垢，再對縫口兩旁密封部分除污去塵，并用壓縮空氣吹除縫內(nèi)浮塵；3）埋設(shè)灌漿嘴：裂縫表面處理完后，將灌漿嘴埋設(shè)在裂縫的交叉處、較寬處、端部或經(jīng)拓寬處理的縫口部位，埋設(shè)間距為300 mm~500mm；4）封縫：灌漿嘴埋設(shè)后，沿縫口用混凝土密封膠材料進(jìn)行密封，封縫厚度約1mm~2mm，寬度約30mm~50mm；5）密封檢查：待密封膠達(dá)到強度后，沿縫涂抹一層肥皂水，并隔1 000mm~2 000mm的間距把中間的注漿孔用螺栓（纏生膠帶）堵上，從灌漿嘴中通入壓縮空氣，對于密封的縫上有冒泡現(xiàn)象的，則對該部位重新密封；6）配制注縫膠注膠：嚴(yán)格按說明書控制漿液的配制比例，采用空壓機進(jìn)行壓力灌漿灌漿壓力控制在0.2MPa～0.5MPa之間，防止壓力過大使裂縫封堵材料爆裂。 灌漿由低端向高端進(jìn)行，灌漿時間隔預(yù)留出氣孔和進(jìn)漿孔，當(dāng)出氣孔出漿后，再把其作為進(jìn)漿孔再進(jìn)行灌注，依序進(jìn)行，前面的進(jìn)漿孔予以密封，直至灌完；7）封口結(jié)束：待漿液初凝后即拆下灌漿嘴，清除密封層,并將灌漿嘴處用密封膠抹平。
3.3粘貼碳纖維布
1）工藝流程：混凝土表面處理→配制并涂刷底層膠→涂刷浸漬膠→粘貼碳纖維布→表面防護(hù)→固化與養(yǎng)護(hù)；2）混凝土表面處理：用鋼絲輪角磨機打磨混凝土表層的劣化層，并用吹風(fēng)機吹凈，露出干凈、結(jié)構(gòu)堅實的表面。對基面尖銳凸起的部位，用角磨機磨平，對于轉(zhuǎn)角粘貼部位，用角磨機進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑R≥25mm。最后用無油壓縮空氣吹除粉塵，使得表面干凈并保持干燥；3）配置并涂刷底層膠：按配方比例配置底層膠，用滾筒刷或毛刷將底層膠均勻涂抹于混凝土表面。涂刷時應(yīng)力求薄而均勻，厚度不得超過1mm，鋼筋及凸凹不平等難于涂刷部位須反復(fù)涂刷。待膠體表面指觸干燥后，再進(jìn)行下一步施工；4）涂刷浸漬膠：按配方比例配置浸漬膠，均勻涂抹于需要粘貼的混凝土表面，搭接、拐角等部位要多涂抹一遍；5）粘貼碳纖維布：將碳纖維布用手輕壓貼于粘貼處，用特制的滾筒或塑料批刀沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，并使浸漬膠充分浸透碳纖維布，且不要損傷碳纖維布，這是確保粘貼碳纖維布施工質(zhì)量的關(guān)鍵。多層粘貼重復(fù)上述步驟，待纖維表面指觸干燥后進(jìn)行下層的粘貼。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹表層膠，帶膠體凝固后用小錘進(jìn)行敲擊檢查其粘接情況，如出現(xiàn)空敲等粘結(jié)不密實現(xiàn)象，應(yīng)采取補救措施，保證粘接面粘接率大于95%；6）表面防護(hù)：最外層表面在涂抹浸漬膠后須再用人工或機械在表面點粘砂粒，增加表面粗糙度，然后用空壓泵噴涂一層水泥膠砂，使處理后梁體表面顏色一致；7）固化與養(yǎng)護(hù)：采取措施保證碳纖布粘貼后不受污染或雨水侵蝕，24小時內(nèi)確保不受外力硬性沖擊等干擾，自然養(yǎng)護(hù)時間為5天左右。
3.4 粘貼鋼板
1）工藝流程：畫線定位→被粘混凝土表面和鋼板表面處理→植化學(xué)錨栓→安裝鋼板→封邊→灌注粘鋼膠→固化→檢查→表面防腐；2）劃線定位：根據(jù)加固施工圖，準(zhǔn)確地在混凝土表面劃出粘貼部位輪廓線及錨栓位置；3）表面處理：對混凝土表面進(jìn)行打磨，除去2mm~3mm厚表層，直到露出新鮮混凝土面，并用無油空壓機進(jìn)行除灰，再用酒精清洗干凈，對凹凸不平的位置進(jìn)行修補處理。對鋼板粘結(jié)面用角磨機打磨除銹，直到露出金屬光澤，并用棉紗沾丙酮擦拭干凈；4）植化學(xué)錨栓：將化學(xué)錨栓按設(shè)計要求植入混凝土；5）鋼板安裝：采用磁力鉆在鋼板上鉆出錨栓孔，將鋼板通過化學(xué)錨栓螺桿固定在粘貼位置，鋼板與砼面之間留出不小于3mm間隙以便灌膠，可采用加塞3mm鐵絲進(jìn)行控制；6）封邊：將注膠嘴粘結(jié)在鋼板的注入孔上，在鋼板邊緣插入排氣管，在螺桿外露端頭用高強封堵材料包裹密封，然后用鋼板封邊膠封閉螺桿和鋼板邊緣。注膠嘴布置間距為50cm~60cm。用批刀將鋼板周邊縫隙、注膠嘴周邊間隙用封邊膠密封，封邊膠與梁底板成近似45°角；7）灌注粘鋼膠：按照由低往高的順序從較低的一端開始注膠；鄰注膠嘴開始有膠液流出后，在當(dāng)前注膠嘴持續(xù)灌注2min~5min，同時用小錘持續(xù)敲擊檢查當(dāng)前注膠嘴與下一注膠嘴之間的鋼板段的注膠密實度，在確認(rèn)該段鋼板內(nèi)膠液已密實后，將當(dāng)前注膠嘴封閉，移至下一注膠嘴繼續(xù)注膠。注膠壓力控制在0.3MPa~0.5MPa，注膠的同時用小錘持續(xù)敲擊鋼板，提高膠液流動性，在通過檢查最后一個排氣管口周圍已滿膠并確定連續(xù)出膠無氣泡后進(jìn)行封堵，封堵后維持較低壓力穩(wěn)壓注入3min~10min封堵注膠嘴；8）檢測：小錘敲擊鋼板檢驗鋼板的有效粘結(jié)面積，錨固區(qū)有效粘貼面積不小于95%，并對空鼓位置進(jìn)行補灌；9）表面防腐：鋼板表面噴涂水泥膠砂進(jìn)行表面防腐。
3.5梁板整體頂升更換支座
1）工藝流程：安放千斤頂→聯(lián)接、調(diào)試千斤頂和油泵站→頂升準(zhǔn)備→梁體同步頂升→更換支座→回油松降千斤頂；2）安放千斤頂：采用板型聯(lián)動式液壓千斤頂，該千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊、扁平、體積小，可以直接置于梁底和蓋梁或臺帽之間，完成頂升作業(yè)。千斤頂要安放平穩(wěn)，頂升支點嚴(yán)格對正T梁肋板或空心板兩肋以防梁體損傷，上下均墊鋼板以防混凝土局部損傷；3）聯(lián)接、調(diào)試千斤頂和油泵站，確保全套頂升設(shè)備的機械完好率100%；4）頂升準(zhǔn)備：頂升期間封閉交通，設(shè)備操作人員、監(jiān)測人員明確分工，各就各位，統(tǒng)一指揮。首先緩慢加壓、回油回油2次~3次，目的在于排出油管內(nèi)的空氣，并可以調(diào)節(jié)每個千斤頂鋼板和梁體橫隔板梁接觸點的受力狀況大至相同；5）梁體同步頂升：油泵站繼續(xù)增油，各梁體同步、同幅頂升，頂升量不得超過計算值，不得造成橋梁上部橋面鋪裝和橋面連續(xù)部位的結(jié)構(gòu)層受力破壞。頂升全過程應(yīng)密切觀察梁體和墩臺情況，若有異常應(yīng)立即停止頂升；6）更換支座：當(dāng)梁體被頂升6mm~7mm，這時關(guān)緊輸油油閥及各個千斤頂油管連接處的油閥，并停止油泵站工作，進(jìn)行支座更換。
3.6 鋼管拱灌漿
1）工藝流程：脫粘空洞檢測→機械開孔→粘接灌漿嘴→配置灌漿液灌漿→養(yǎng)護(hù)→封閉灌漿口；2）脫粘空洞檢測：采取錘擊結(jié)合超聲波的方法進(jìn)行全橋詳細(xì)檢測，并繪制空洞現(xiàn)狀圖；3）機械開孔：依據(jù)空洞現(xiàn)狀圖，確定灌漿孔開孔的位置，在空洞端部、空洞交叉處和空洞較寬處應(yīng)設(shè)灌漿孔，貫穿性空洞兩端都必須設(shè)灌漿孔。采取機械鉆孔，不得采用高溫切割，同時采取降溫措施，以保證主拱肋開孔位置處溫度不發(fā)生急劇升高。開孔直徑為8mm的圓形孔，間距50cm~100cm，不得同時在同一斷面上開孔；4）粘接灌漿嘴：灌漿嘴粘接牢固、密封，灌漿前壓氣逐一檢查灌漿孔的連通和密封效果；5）配置灌漿液：嚴(yán)格按產(chǎn)品確定的配合比配置灌漿料，攪拌均勻，配置好的灌漿料要在初凝時間內(nèi)使用完畢。灌漿要求在夜間封閉交通時施工，灌漿順序豎縫自下而上，平縫自一端向另一端逐一進(jìn)行，灌漿壓力0.3MPa~1MPa；6）養(yǎng)護(hù)：在漿液凝固后且有一定強度（抗壓強度>20MPa）后方可開放交通。在未完成灌漿且灌漿材料強度未達(dá)到設(shè)計強度的80％前，須對交通嚴(yán)格管制；7）封閉灌漿口：待灌漿液固化后，拆除灌漿嘴，再次檢測拱肋混凝土是否密實，如不密實，應(yīng)進(jìn)行二次灌漿。確認(rèn)密實后，用鋼板和粘鋼膠將灌漿孔封閉，表面進(jìn)行防腐處理。
4 結(jié)論
以上介紹的加固方法只是眾多加固方法中的一部分，加固技術(shù)作為一門新興技術(shù)，正隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)而日益進(jìn)步。目前全國有數(shù)以萬計的橋梁亟待加固，科學(xué)合理又經(jīng)濟(jì)的加固方法會帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。首先要對橋梁病害進(jìn)行全面細(xì)致的調(diào)查，必要時進(jìn)行荷載試驗，然后正確分析病害產(chǎn)生的原因，再結(jié)合結(jié)構(gòu)驗算制定科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的加固方案。施工中要嚴(yán)格控制施工材料和工藝。目前市場上加固材料魚目混雜，施工企業(yè)良莠不齊。由于橋梁加固工程施工具有影響因素多、質(zhì)量隱蔽性強、檢查難以及帶載施工風(fēng)險高等特點，比新建橋梁還復(fù)雜，因此對技術(shù)和過程管理要求很高，沒有一定的設(shè)計、施工經(jīng)驗，對被加固橋梁沒有充分的認(rèn)識理解，不可能做出一個成功的加固項目。因此選擇優(yōu)質(zhì)的加固材料和專業(yè)技術(shù)雄厚、管理規(guī)范的施工企業(yè)尤其關(guān)鍵。
