甘陶河特大橋預(yù)應(yīng)力連續(xù)橋梁的加固技術(shù)方案
2011-05-20 來源：中國公路網(wǎng)
1、工程概況：
甘陶河特大橋位于石太高速公路河北段K359+888處，該橋于1994年7月竣工，上部結(jié)構(gòu)為15孔40米預(yù)應(yīng)力混凝土箱式（單箱單室）連續(xù)梁，單橋共分三聯(lián)，每聯(lián)5孔長200米，全橋長616.70米，雙幅共分6聯(lián)，橋面凈空2×凈－9.5米，2％橋面橫坡由箱梁頂面調(diào)成，下部結(jié)構(gòu)為獨(dú)柱式墩、框架式臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，該橋西頭上跨宜沙公路，橋面斜交。
該橋在橋梁檢查中發(fā)現(xiàn)南幅第二聯(lián)出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，主要是底板、頂板出現(xiàn)橫向的裂縫，箱梁幅板在預(yù)應(yīng)力錨固端附近、支座兩端、跨中也出現(xiàn)了斜向裂縫，并且部分裂縫已經(jīng)貫通。南幅其余兩聯(lián)病害程度較輕，鑒于這種情況，該橋的業(yè)主單位委托有檢測資質(zhì)的單位對該橋進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果建議對該橋進(jìn)行加固。
業(yè)主于2004年底組織有關(guān)專家對該橋的加固方案先后進(jìn)行了論證，根據(jù)專家的意見，業(yè)主委托設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖紙完成后，業(yè)主又組織有關(guān)專家再次召開“石太高速公路甘陶河特大橋病害治理設(shè)計(jì)”的研討會(huì)，同時(shí)對該設(shè)計(jì)提出了修改意見。
該橋的加固于2005年3月開工，2005年5月完工，為半幅斷交施工，工期為2個(gè)月。
2、病害的原因分析：
該橋南半幅第二聯(lián)病害比較嚴(yán)重，該橋主要病害及病害產(chǎn)生原因分析如下：
2.1、箱梁底板裂縫：
分部特征：主要是橫橋向裂縫，并且局部與腹板裂縫貫通。
產(chǎn)生原因：
2.1.1、底板預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固不足，錨固端變形較大，使得鋼絲束與混凝土之間產(chǎn)生相對滑移，并沿鋼束方向引起拉應(yīng)力，而錨具附近加強(qiáng)鋼筋偏少，進(jìn)而產(chǎn)生與鋼束垂直的裂縫，該裂縫發(fā)展到一定程度后形成貫通的橫向裂縫，屬于預(yù)應(yīng)力的牽拉裂縫。
2.1.2、支座處底板鋼筋不足，依據(jù)板底裂紋的分部情況，即裂紋方向與預(yù)應(yīng)力鋼筋方向垂直，顯然裂縫的出現(xiàn)是混凝土受拉開裂的結(jié)果，主要由于支座兩側(cè)底板鋼筋均設(shè)置為普通鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼束在支座兩側(cè)13米范圍內(nèi)均已截?cái)唷?br />
2.1.3、預(yù)應(yīng)力作用過強(qiáng)，反拱過大，造成在連續(xù)梁支座底部產(chǎn)生了正彎矩，而相反在跨中產(chǎn)生負(fù)彎矩，尤其是在預(yù)應(yīng)力張拉施工階段，如果控制不好張拉力，預(yù)拱度及張拉時(shí)的壓重，勢必由于預(yù)應(yīng)力的作用在支座處產(chǎn)生正彎矩。
2.2箱梁頂板裂縫
分部特征：主要分布在預(yù)應(yīng)力鋼束錨固端附近，支座兩端和跨中。
產(chǎn)生原因：箱梁頂板裂縫主要是由于該橋采用單室單箱，頂板較寬，而橫向采用直徑12MM螺紋鋼筋偏弱容易產(chǎn)生縱向裂縫，與此同時(shí)順橋向鋼筋因銹蝕而與混凝土產(chǎn)生相對滑移，鋼束錨固端的局部受壓造成齒板內(nèi)形成劈裂裂縫。另外在預(yù)應(yīng)力鋼束錨入齒板的折角處由于鋼束的合力作用使得該處混凝土被“崩出，從而造成頂齒板附近有局部的混凝土剝落和露筋現(xiàn)象。
2.3、箱梁腹板裂縫
分部特征：在腹板兩側(cè)變截面處，內(nèi)外側(cè)對應(yīng)比較有規(guī)律，基本各處都有1～2條主要裂縫，50％超過0.2mm，最大0.49mm，部分裂縫貫穿腹板，在某些跨內(nèi)也有豎向的裂縫。
產(chǎn)生原因：腹板裂縫一部分由于底板橫向裂縫延伸所致，另外該橋截面尺寸，腹板厚30cm，抗剪強(qiáng)度不足也導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，而且該橋?qū)捒绫容^大，采用獨(dú)立墩，偏載引起的扭轉(zhuǎn)、畸變剪應(yīng)力占相當(dāng)高的比例，抗剪橫向分布增大系數(shù)到大于抗剪橫向分部系數(shù)。
2.4、齒板裂縫：
產(chǎn)生原因：由于齒板尺寸較小，局部應(yīng)力超限造成，以上病害主要產(chǎn)生在南幅第二聯(lián)，由于施工時(shí)曾經(jīng)因以上因素產(chǎn)生了質(zhì)量問題，隨即進(jìn)行了變更，增大齒板尺寸，所以其余各聯(lián)情況較好。
3、加固方案：
根據(jù)以上分析結(jié)果和專家意見，本次設(shè)計(jì)采用以下方法對病害進(jìn)行治理，恢復(fù)該橋的整體工作性能和承載能力。
3.1、裂縫采取壓力化學(xué)灌縫技術(shù)，保護(hù)涂料封縫進(jìn)行處理，對箱梁表面大于0.1mm的裂縫，采用灌漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)處理。
3.2、頂板采用橫向粘貼一層碳纖維布，碳纖維布延伸至承托部位，在承托表面交錯(cuò)設(shè)置碳纖維片材的斷頭。
3.3、腹板內(nèi)、外側(cè)錨固區(qū)粘貼碳纖維片材，碳纖維片材的主纖維方向盡可能的垂直與裂縫。
3.4、底板采用橫向裂縫發(fā)生在梁體拉斷的部位，板底上、下緣表面對拉螺栓、粘貼鋼板進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，其余部分采用縱向貼滿一層碳纖維布（碳纖維布伸進(jìn)鋼板20cm），底板上緣表面鋼板厚6mm，下緣表面鋼板厚10mm。
4、施工要點(diǎn)
4.1、裂縫修補(bǔ)
4.1.1裂縫處理
根據(jù)混凝土體裂縫的性質(zhì)（包括其長、寬、深度、走向貫穿及漏水情況）進(jìn)行裂縫的清理，對于較小的裂縫用鋼絲刷掃除松散層、灰塵污物后用壓縮空氣將其粉塵吹掃干凈，最后用棉紗浸丙酮擦洗待封縫灌漿補(bǔ)強(qiáng)；對于較深的裂縫采用人工鑿或用機(jī)械切成“v”形槽，其深度和寬度視其具體情況而定，對于不太深的表面裂縫可用騎縫鉆孔，孔內(nèi)埋設(shè)灌漿管和阻塞器，對于深、走向不規(guī)則的裂縫，必須加鉆斜孔構(gòu)成較多的通路。
4.1.2、封縫
對于細(xì)小的裂縫可用環(huán)氧樹脂漿液貼脫脂玻璃絲布直接封縫，已鑿成“v”形槽的裂縫可用環(huán)氧樹脂漿液和水泥砂漿配合封縫。
4.1.3、灌注及封口
灌漿前接通管路打開所有灌漿嘴上的閥門，再次用壓縮空氣吹掃，灌漿壓力為0.2～0.4Mpa，待裂縫漿液初凝不外流時(shí)拆下灌漿嘴，用快固化膠液進(jìn)行封縫。
4.2、植錨栓
4.2.1、鉆孔前應(yīng)使用鋼筋探測儀對原混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測，以測定非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置，不至于在鉆孔過程中損害原有的鋼筋。鉆孔應(yīng)確?？椎谋砻嬗凶銐虻拇植诙龋渲睆奖蠕摻钪睆酱?MM以上。
4.2.2、植筋膠應(yīng)從孔的底部開始注射，直至填滿孔深的2/3。
4.3、粘貼鋼板
4.3.1、粘貼的鋼板錨孔要根據(jù)現(xiàn)場所植錨栓和對夾螺栓的位置進(jìn)行放樣；并對粘貼面用丙酮擦凈使表面露出光澤。
4.3.2、粘貼鋼板前要對混凝土表面進(jìn)行鑿毛再用鋼絲刷或壓縮空氣清除浮塵，并對混凝土表面的凹凸部位進(jìn)行修補(bǔ)，以確保粘貼鋼板后混凝土和鋼板之間不出現(xiàn)空洞，粘貼前要用丙酮擦一遍。
4.3.3、粘結(jié)膠的涂刷：在粘貼鋼板以前，應(yīng)在鋼板的表面涂刷一層厚度約為2mm的粘結(jié)膠，然后將鋼板粘貼在混凝土表面，使多余的膠液沿鋼板邊緣擠出。
4.3.4、粘貼鋼板的加壓：粘貼在混凝土表面的鋼板通過植入混凝土上的錨栓和對夾螺栓上的螺母進(jìn)行加壓，加壓應(yīng)在鋼板粘貼后立即進(jìn)行，并且保證鋼板上各點(diǎn)螺栓的加壓要均勻。
4.4、粘貼碳纖維布
4.4.1、本工程采用300g/m2的高強(qiáng)碳纖維布，環(huán)氧膠液的配比為：環(huán)氧樹脂：鄰苯二甲酸、二丁脂：甲苯：乙二胺＝1：0.08：0.06：0.1。
4.4.2、碳纖維布應(yīng)按順序依次粘貼于工作面，并用手輕壓，采用專業(yè)的消泡輥順纖維方向從中間向兩邊或沿一邊多次輥壓，擠出氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布。
4.4.3、粘貼的混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表面浮塵和油污，露出混凝土結(jié)構(gòu)新面，轉(zhuǎn)交粘貼處應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)角處理并打磨成圓弧，圓弧半徑不小于20MM，對于混凝土表面凹陷部位應(yīng)用找補(bǔ)材料填補(bǔ)平整。
5、施工質(zhì)量檢查和檢驗(yàn)
5.1、粘貼鋼板的質(zhì)量檢驗(yàn)：粘貼鋼板后用小錘輕輕的敲擊鋼板的表面，從音像效果上判斷粘貼效果，錨固區(qū)粘結(jié)面積應(yīng)大于鋼板面積的95％，非錨固區(qū)粘結(jié)面積應(yīng)大于90％。
5.2、粘貼碳纖維布的質(zhì)量檢驗(yàn)：
5.2.1、重點(diǎn)應(yīng)檢查碳纖維布的材料質(zhì)量和碳纖維布的粘貼質(zhì)量，在施工之前應(yīng)檢查碳纖維布和配套膠的產(chǎn)品質(zhì)量合格證、產(chǎn)品質(zhì)量出場檢驗(yàn)報(bào)告，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)范的要求，碳纖維布與混凝土表面的粘貼應(yīng)用小錘輕輕敲擊的檢查方法，總有效粘結(jié)面積均應(yīng)大于95％。
5.2.2、碳纖維布空鼓部位的處理：碳纖維布粘貼完成后，應(yīng)對空鼓的部分進(jìn)行處理，經(jīng)過業(yè)主、總監(jiān)理工程師和施工單位的共同協(xié)商，采用對空鼓部分用刀片割開的方法進(jìn)行處理，具體方法為：先用刀片對空鼓部位的碳纖維布割開，割開方向應(yīng)順著碳纖維布的主纖維方向，然后用專用的注射器進(jìn)行注膠，只至填滿，然后用手壓平。
6、完工后荷載試驗(yàn)檢測
甘陶河特大橋加固完工后，為了檢驗(yàn)其加固補(bǔ)強(qiáng)的效果，在通車以前委托了交通部公路工程檢測中心進(jìn)行了荷載試驗(yàn)檢測，通過對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)荷載試驗(yàn)，以檢測橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際受力狀況是否滿足加固設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。
6.1、試驗(yàn)荷載檢測內(nèi)容
6.1.1、結(jié)構(gòu)表面的質(zhì)量檢測：主要對粘貼鋼板和碳纖維布的外觀進(jìn)行檢查，檢查其粘結(jié)面積率是否達(dá)到了規(guī)范的要求。
6.1.2、結(jié)構(gòu)靜荷載試驗(yàn)：主要通過應(yīng)變測試和撓度測試來檢驗(yàn)該橋在規(guī)范要求的荷載下的應(yīng)變和撓度是否達(dá)到了規(guī)范要求的范圍。
6.1.3、結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載試驗(yàn)（包括行車試驗(yàn)和自振特性測試）。
7.結(jié)束語
通過荷載試驗(yàn)測定的撓度檢驗(yàn)系數(shù)介于0.61～0.95之間，說明結(jié)構(gòu)現(xiàn)有狀況豎向剛度能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，應(yīng)變檢驗(yàn)系數(shù)介于0.37～1.00之間，說明結(jié)構(gòu)現(xiàn)有狀況能夠滿足設(shè)計(jì)荷載等級作用下的使用要求。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，鋼板表面應(yīng)變與相近測區(qū)混凝土表面應(yīng)變接近，說明鋼板能夠參與到結(jié)構(gòu)受力中?？傮w評價(jià)該橋的加固達(dá)到了預(yù)期的效果，是非常成功的。
