橋梁的局部維修加固工藝與控制

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.洛陽市建筑工程質量監督站，河南洛陽471000）

1 工程概況

2009年5月下旬，發現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人員進行現場檢測。根據檢測結果，發現該預應力混凝土簡支空心板結構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 結構加固的原則

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

3 加固方案的確定

常用的結構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?？紤]到該橋梁位于市區的特點，增大截面法對橋梁外觀影響較大；引橋上部為連續梁，如采用預應力加固，會引起內力重分配，增加不必要的被動加固工程或導致其他部位安全儲備降低；主梁底板厚僅14 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墩內側增大截面，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、鋼筋銹蝕等病害區域采用改性環氧混凝土、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混凝土予以鑿除，直至露出密實的混凝土，接著剔除修補結合面（開鑿后的表面）的表面浮石。修補結合面應鑿毛、整潔，對小面積修補需在修補區邊緣鑿一道2～3 cm深，3～5 cm寬的齒槽，以利修補材料與基底的粘結。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《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367-2006）表 4.7.3的要求。（2）再用高壓射流技術清洗修補結合面，在飽水24 h后，用紗布吸干自由水，在保持濕潤的條件下，涂刷二層改性環氧基液，并立即涂抹環氧砂漿，用力壓平抹光30 min后二次抹面然后覆蓋保濕養護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混凝土疏松區較深處的修補

深度超過6 cm的混凝土深層疏松區采用環氧樹脂細石混凝土修補。施工程序同混凝土表層缺陷，但開鑿區四周邊應做成高差不小于3 cm的臺階。用環氧樹脂細石混凝土修補養護后在表面無塵埃、無自由水且濕潤的條件下在縱橫向分批涂抹二層環氧樹脂膠。

4.1.3裂縫處治

橋梁混凝土裂縫分為結構性裂縫和非結構性裂縫。首先對所有裂縫進行裂縫封閉，而后對結構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→粘結灌膠底座→封閉裂縫→注入灌封樹脂材料→檢查→結構表面處理。

4.2 基礎處理

由于橋臺為樁長10 m的挖孔樁，橋墩為擴大基礎，實測數據表明橋臺和中墩均有不同程度的沉陷發生。墩臺基底持力層為砂卵石，為提高承載力、減少沉降的發生，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，受潮結塊不得使用，水泥的各項技術指標應符合現行國家標準，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，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，漿體在泵送前應經過篩網過濾。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，注漿一經開始即應連續進行，避免中斷。如注漿中途發生地面冒漿現象應立即停止注漿，調查冒漿原因，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

蓋梁裂縫若因基礎發生不均勻沉降引起，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%。

根據計算結果，在蓋梁中柱頂上緣兩側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。

對中墩增加抗震構造措施，在墩身兩側梁體、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V墩的東南、西南側支座下墩身開裂嚴重且裂縫較深。利用無振動切割技術將墩身支座下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#墩身兩側預制現澆接頭處的加固和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。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

根據反應譜方法進行橋梁抗震分析的結果，引橋的基頻為1.16 s，第一階模態為橋梁縱飄，第二、三階模態為豎彎+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墩雙肢內側增大截面，V墩雙肢內側頂部單側各加厚19.5 cm，V肢交叉處單側各加厚50 cm，墩身下部兩側各加厚50 cm，均采用C30鋼筋混凝土加固。新舊混凝土結合面采用植筋連接，同時結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。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墩兩側預制現澆接頭加固

引橋中墩13 m長為支架現澆段，跨間為預制空心板，在預制現澆接頭發現多處橫向裂縫，發生沉陷的墩身兩側比較明顯，附近的滲水、碳化、堿化病害也比較嚴重。對V墩兩側接頭左右側分別粘貼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跨梁底出現多處細微縱橫向裂縫，計算結果表明21跨梁體靠近銳角側下緣計算彎矩超出截面承載力4%，對跨中區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，采用必要措施使漿體充滿鉸縫空隙。同時在鉸縫兩側預制空心板側植入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量多，工作量大，需要多方協調控制。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整。

需更換9#墩的V墩南肢固定支座為DX（中V東側）、SX支座，更換V墩北肢中V東側的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）、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、更換密封圈等養護。

0#臺、聯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整。墊石高度調整應根據實測的標高進行。發生沉陷的，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砂漿結合調整。調整后支座頂底的四角高差不得大于2 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，現場觀測20#墩北側梁體已與墩身頂部拉板側面接觸，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，現場核實病害情況，復核基礎數據→橋梁交通斷行，橋面銑刨，拆除0#臺伸縮縫→墩臺基礎壓漿加固→5#、9#、11#墩頂兩側梁底加固，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、墊石高度調整，更換為DX、SX支座→縱向分別頂升其余中墩，墊石高度調整、支座保養，更換中V東側支座位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 結語

該橋經過加固過程的檢測、加固后的橋梁荷載試驗，以及通車使用半年來的連續觀測和外觀檢查，無明顯沉降、裂縫等病害發展。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現、妥善的處理，同時加強運營養護中的管理工作，是能夠保證橋梁結構經常處于完好的技術狀態，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范[S].

[2]GB 50367-2006，混凝土結構加固設計規范[S].

[3]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術規范[S].

[4]JTG H11-2004，公路橋涵養護規范[S].