大面積粘貼鋼板在永和大橋維修工程中的應用

□文/趙建新 王振峰

天津永和大橋是津漢公路跨永定新河的預應力混凝土斜拉橋，1987年12月建成通車。全橋長512.4 m，寬14.5 m，結構為雙塔雙索面、主梁連續的斜拉橋，塔高55.5 m。主梁架設采用長線臺座匹配澆注塊件施工方法，兩岸端跨為現澆段，中間主梁由74個預制節段及跨中合龍段組成。多年來由于運行車輛嚴重超載，使得橋體受到極大損傷，拉索、橋塔、拉力支座、跨中合龍段及主梁均受到不同程度損壞。交通部公路工程檢測中心對該橋進行了質量檢測與鑒定，主梁部位的問題主要是預制節段接縫工作狀況不良，全橋施工節段之間接縫共78條，檢查發現其中43條節段接縫的混凝土剝落，環氧樹脂膠體老化，接縫縫寬0.2～2mm；主梁梁體斜腹板、直腹板、頂板出現裂縫，寬0.2～0.4mm的裂縫共計228條，嚴重地消弱了主梁承載能力。根據檢測結果，需要對全橋出現裂縫較多的中長索區及長索區的主梁預制節段接縫及主梁受損部位進行粘貼鋼板補強；索塔塔根裂縫等需要大面積粘貼鋼板處理。

裂縫粘貼鋼板法加固設計

粘貼鋼板法加固舊橋是使用拉、壓受力性能優異的結構膠將抗拉強度高的鋼板粘貼在混凝土構件的表面，使之與結構形成整體共同受力。

外貼鋼板相當于提高了混凝土結構的含鋼量，起到減少裂縫擴展，改善原結構受力，提高結構的抗彎、抗剪、抗偏心受拉、抗偏心受壓能力的作用。根據TJ 22-2008《公路橋梁加固設計規范》、TG/TJ 23-2008《公路橋梁加固施工技術規范》和CECS 25-1990《混凝土結構加固技術規范》，結合永和大橋破損情況做出維修加固的設計。

全橋長、中索區預制節段裂縫均在主梁斷面的斜腹板、底板、直腹板上。縱向帶形粘貼鋼板，用厚度為6mm、寬60mm、長2 700mm的鋼板帶補強加固。邊跨現澆段底板混凝土開裂部分在底板縱向粘貼帶形鋼板，用厚度為10mm、寬300mm、長4 800mm的鋼板帶補強加固。主梁寬度＞0.4mm的裂縫縱向粘貼帶形鋼板，用厚度為6mm、寬60mm、長8 500mm的鋼板帶補強加固。

維修加固設計時，鋼板作為鋼筋斷面進行考慮，將鋼板折算為鋼筋，按不同受力階段，計算主梁和加貼鋼板所承擔的荷載。鋼板設計長度應將兩端延伸到低應力區一定長度，以避免鋼板錨固端的粘結應力集中，防止粘結部位混凝土再次出現裂縫或粘貼鋼板被拉脫現象發生。

除考慮鋼板具有足夠的粘結錨固長度外，粘結劑是否具有足夠的粘結強度和耐久性更是重要環節。為避免鋼板在自由端脫膠拉開，端部必須進行增強的固定設計。粘貼鋼板端部根據不同受力情況，在鋼板上按50～100mm間距（無鋼筋區，300～400mm間距離）進行錨固螺栓固定并加灌環氧膠，錨固鉆孔直徑要大于錨栓直徑1～2mm，螺栓錨固孔深160mm，以保證鋼板與混凝土之間的粘結力，滿足抗拉或抗剪強度的需要。

原材料質量控制

熱壓扁鋼性能指標

熱壓扁鋼材料性能指標要求見表1。

表1 熱壓扁鋼材料性能指標

環氧膠性能指標

選取結構膠是粘貼鋼板法加固橋梁極為重要的一環。除高強度混凝土外，結構膠粘結強度總是大于混凝土的強度，然而膠的彈性模量僅為混凝土的幾分之一到幾十分之一，膠的線膨脹系數卻為混凝土的6～7倍，因此結構加固用膠應選用彈性模量高，溫度變形較小的剛性膠品種。環氧樹脂結構膠中含有羥基醚鍵、環氧基等極性基團，對金屬、混凝土的表面有很好的粘結性。本工程所用環氧膠性能指標見表2

表2 環氧膠主要技術指標性能 MPa

施工質量控制

鋼板制作及表面處理

按現場需粘貼鋼板部分的混凝土表面實際放樣進行鋼板下料，鋼板帶盡量采用通長布置，若下料板材長度小于粘貼鋼板帶長度，可采用對接焊將其焊接成整體。粘貼面用磨光砂輪機或鋼絲刷磨光機進行除銹和糙化處理，以增加粘貼性能。除銹后的鋼板表面應顯露出金屬光澤，糙化的紋路越大越好，紋路方向應該與構件受力方向垂直，之后用脫脂棉沾取甲苯將鋼板表面擦拭干凈。

粘鋼區域混凝土表面處理

結合現場量測定位情況，在粘鋼加固補強區表面放出扁鋼帶位置定位線。為方便施工管理，順橋方向分3個階段進行施工，見圖1。

圖1 粘貼鋼板步序示意

先鑿除粘鋼區域表面6～8mm厚的表層砂漿，使堅實的混凝土石外露并形成平整的粗糙面，表面不平處應輕鑿整齊；再清除表面浮掛物，剔除表層疏松物；最后用壓縮空氣吹凈表面粉塵并用苯或工業丙酮擦拭表面。

粘鋼區域混凝土現場打孔并埋植螺栓

根據設計位置在混凝土表面進行鉆孔。植埋螺桿鉆孔打盲孔前，用鋼筋混凝土保護層測試儀查明梁腹鋼筋布置，避免鉆孔打盲孔時碰及鋼筋，盲孔孔徑和孔深嚴格按設計要求進行。鉆孔時采用沖擊鉆一次成孔，成孔后用空壓機或高壓水槍清洗孔內。干燥后埋植全螺紋膨脹螺栓，其距鋼板邊緣的距離應控制在50～100mm之間。

封邊

用環氧膠封閉板邊緣，待封邊膠完全固化（約12 h）具有一定的強度后，沿鋼板邊緣涂刷一層肥皂水，從低處的灌膠嘴中通入氣壓為0.2～0.4 MPa的壓縮空氣，以檢驗鋼板的封邊是否良好。如果發現封閉帶上有氣泡出現，說明該部位漏氣，對漏氣部位應進行補封處理。

壓注粘鋼灌注液

用注膠泵以0.2～0.3 MPa的壓力將粘鋼灌注膠灌注到鋼板與混凝土的間隙中，壓力應保持穩定。灌注工作持續到同一塊鋼板的所有排氣孔均有膠體溢出后，不能立即，而是將所有排氣孔用封邊膠封閉后，再以較低的壓力維持10～15 min。在灌注過程中，用橡皮錘敲打鋼板表面以確認是否灌注密實。

加固

在混凝土與鋼板之間放置3mm墊片，將鋼板套在螺栓上進行調整水平和固定，固定好后收緊螺栓，使多余的液砂沿板縫擠出，達到密貼程度，加壓固定的壓力≮0.15 MPa。同時要不斷輕輕敲打扁鋼帶并及時檢查扁鋼帶下膠液的飽滿性。

固化養護

灌注工作結束后，必須進行72 h靜置養護，等待液體固化。

施工質量檢驗

在完成粘貼扁鋼帶24 h后，沿粘貼面輕輕敲擊鋼板，從音響判斷粘貼固化效果，如無空洞聲，則表示灌注密實，否則應在鋼板空鼓處重新打孔用針筒灌膠。若發現鋼帶粘貼固化面積＜90%，則此粘貼扁鋼帶無效，應剝下重新粘貼，經檢驗確認。

經檢驗確認鋼板帶粘貼固化效果符合設計及規范要求后，再對外露鋼板進行防腐處理涂裝。首先對粘貼鋼板帶進行手工除銹，按設計要求和相關規范進行手工涂刷無機富新底漆1道，涂刷環氧封閉漆1道，厚度為75 μm；再涂刷環氧云鐵中間漆2道，聚氨酯面漆2道，厚度為2 μm×50 μm。涂刷面積應大于鋼板面積。

結語

本次維修加固施工粘貼鋼板帶的面積之大在國內尚屬首次。通過對主梁混凝土裂縫粘貼鋼板法維修補強加固，提高了主梁預制節段之間和主梁出現裂縫部位的結合力，恢復了預制節段主梁和整個主梁的整體剛度及整體力學性能。但是，維修后的永和大橋最為重要的是對超載超限車輛的限制，杜絕超載后惡劣情況的發生。