多跨徑雙懸臂梁橋加固技術研究

張珺璟

(甘肅省隴南公路總段，甘肅隴南746000)

1 概述

1.1 橋梁原設計技術狀況

國道212線(甘川公路)羊兒壩大橋位于甘肅省隴南市文縣境內，建成于1965年4月，是國道212線跨越白龍江的一座重要公路橋梁。橋梁正交，全長 128 m，橋面寬為凈(7+2×1.0)m，孔徑(8.5+5×22.2+8.5)m，設計橋面縱坡0%，為雙懸臂梁橋。大橋主梁截面高度沿縱向依二次拋物線變化，橋墩處梁高1.85 m，跨中梁高1.5 m。下部結構為片石混凝土橋墩，沉井基礎。

大橋原設計荷載:汽－13級，拖－60級。主要構件材料:橋面鋪裝2 cm厚200#水泥砂漿+6 cm厚200#水泥混凝土;橋頭搭板200#混凝土;主梁、橋面系和欄桿系250#水泥混凝土;直徑不小于12 mm的鋼筋采用Ⅱ級鋼筋，其余為Ⅰ級;全橋支座為鋼支座。

1.2 交通狀況

隨著社會經濟的不斷發展和當地水利、礦產資源的開發速度加快，羊兒壩大橋通行的交通量日益劇增，且大型載重車輛比重的增加十分顯著，甚至總質量超過50 t的超限運輸(不可拆卸的水利水電設備等)也時有發生。

1.3 地震因素

羊兒壩大橋位于我國南北地震帶的武都—馬邊地震帶上。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306－2001)，橋位處地震動峰值加速度為0.2 g，地震動反應譜特征周期為0.4 s，基本烈度為Ⅷ度。“5·12”汶川大地震波及文縣，對大橋產生了不利影響。

2 橋梁鑒定結論

大橋養護管理部門委托甘肅省公路工程質量試驗檢測中心，對橋梁進行了全面的檢測和荷載試驗。結果表明:大橋橋面損壞嚴重，其截面強度已不滿足汽－13級荷載標準，動力性能也不能達到現行《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60－2004)的規定;隨著材料的進一步老化、交通量和超重車輛的倍增，橋梁的既有病害將進一步迅速惡化，行車安全隱患極大。

橋梁加固建議:(1)加固前對大橋實行限載通行管理，確保行車、行人安全。(2)處理梁體裂縫，重做橋面鋪裝，修復伸縮縫、泄水孔和欄桿扶手。(3)加強主梁正、負彎矩區段的正截面強度，提高橋梁的荷載等級并增大其安全儲備。

3 橋梁加固

3.1 加固目標

(1)橋梁加固目標技術等級:公路Ⅰ級。

(2)提高舊橋上部結構承載能力，使橋梁滿足正常使用的要求。

(3)注膠密閉大橋主要承重結構的裂縫，修復破損混凝土。

(4)增大主梁強度儲備。

(5)恢復橋面平整度指標，改善橋面行車性能。

3.2 加固措施

3.2.1 結構補強

(1)每片主梁負彎矩區段梁頂增設13φ32加強鋼筋，增加負彎矩抵抗鋼筋面積10 456 mm2。同區段主梁的受壓區兩側粘貼8 mm厚60 cm高的錳鋼板，增加的抗壓鋼板面積為9 600 mm2(圖1)。

(2)在主梁跨中正彎矩區段和掛梁處的梁底粘貼碳纖維片材，以加強該區段抵抗正彎曲變形的能力(圖2)。

3.2.2 牛腿加固

主梁牛腿兩側粘貼12 mm厚鋼板，增強其抗拉、抗剪能力。

3.2.3 全橋病害處理

主梁和掛梁梁體裂縫進行注膠封閉;重做鋼筋混凝土橋面鋪裝，其厚度最薄處不小于10 cm;更換鋼伸縮縫;50#環氧砂漿修復混凝土缺損;更換全橋欄桿扶手。

3.3 橋梁加固材料

3.3.1 全橋主要加固材料數量

全橋主要加固材料數量參見表1。

圖1 主梁加固斷面

圖2 掛梁加固立面(含牛腿加固)

表1 全橋主要加固材料數量表

3.3.2 混凝土

梁體加高部分和橋面鋪裝采用C40防水混凝土，其余部位采用C30混凝土，施工水灰比不應大于0.43，最大水泥用量不應超過450 kg/m3。主要構件的混凝土用水泥不低于42.5#，初凝時間不宜太久;砂石材料的質量和級配須滿足規范要求。

3.3.3 鋼筋

加固工程采用的鋼線材為:負彎矩補強φ32鋼筋;橋頭搭板縱φ14、橫φ12鋼筋;錨固鋼筋采用HRB335級φ12熱軋帶肋鋼筋。采用的鋼筋的技術指標均須滿足《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499.2－2007/XG1－2009)和《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》(GB1499.1－2008)等標準的規定。

3.3.4 鋼板

粘貼用鋼板采用8 mm和12 mm厚16#錳鋼板。

3.3.5 植筋膠

橋梁加固用植筋膠采用A級膠黏劑，凝膠時間不大于10 min，固化時間不大于60 min。其技術指標須符合《混凝土結構加固技術規范》(GB50367－2006)的規定(表2)。

表2 錨固用A級膠黏劑安全性能指標

3.3.6 碳纖維

碳纖維技術性能指標參見表3。

表3 碳纖維技術性能指標

3.3.7 灌封膠

密閉裂縫用膠須滿足的性能要求:無毒性，不含揮發性溶劑，可灌性、滲透性和擴散性良好，可常溫固化，固化后無收縮，與混凝土粘結強度高，抗老化和耐介質性能良好，施工注漿工藝簡單。

4 加固施工要點

4.1 加固施工順序

橋梁加固施工的環節順序為:(1)注膠封閉裂縫;(2)鑿除主梁正彎矩區段的橋面鋪裝，修補主梁底面，粘貼正彎矩區段碳纖維;(3)鑿除掛梁橋面鋪裝，粘貼掛梁底部碳纖維;(4)鑿除其余橋面鋪裝及主梁頂部混凝土保護層;(5)布置負彎矩補強鋼筋，粘貼鋼板;(6)安裝伸縮縫，預埋泄水孔，現澆橋面鋪裝和橋頭搭板;(7)維修欄桿扶手。

4.2 混凝土的鑿除和澆筑

原橋面鋪裝裂縫先注膠灌縫，膠液完全固化后方可鑿除施工。舊混凝土的碳化層應徹底清除，且保證鑿除面的粗糙程度，使新舊混凝土形成共同受力的整體。鑿除施工應遵循小錘輕擊的原則，避免損傷主梁體;鑿除區原結構的構造鋼筋不能剪斷，確需剪斷的，澆筑混凝土前應予以原樣修復。

混凝土應在梁外集中拌合、泵送，以盡量減小施工荷載對大橋的不利影響。各加固構件的混凝土應一次澆筑成形;就地鉆孔取樣時，應采用微膨脹C50混凝土填孔。

4.3 鉆孔植筋

采用小振動工藝鉆孔，以防振傷梁體。縱向分散鉆孔、植筋，嚴格控制鉆孔與植筋的時間差，嚴禁超前鉆孔。孔位精確放樣，除避讓梁體原有配筋外，其偏移量不得大于5 cm。植筋前，采用壓縮空氣和丙酮擦拭的方法徹底清潔已成型孔，孔內注滿膠液后旋轉插入鋼筋，以確保孔內膠體密實、無空隙。

4.4 鋼筋施工

準確放樣并可靠固定補強鋼筋，主筋放樣容許位移偏差5 mm，且應嚴格控制施工中的二次位移。原有主筋和補強鋼筋、補強鋼筋之間的連接均采用φ12鋼筋幫焊，鋼筋搭接長度必須滿足要求;現場焊接應避免灼傷梁體原有主筋和混凝土。鋼筋保護層厚度須采取可靠措施予以保證。

4.5 裂縫注膠

注膠前，徹底清除縫隙兩側25 mm范圍內混凝土表面的翻沫、灰塵等附著物。牢固粘貼注入座，并確保座下無氣孔。裂縫封閉層的刮抹應一次完成，待封口膠自然固化后，再利用注漿槍填充裂縫內部。最后的注膠過程要嚴格控制密閉性，注入壓力保持在0.4 MPa左右，確保膠液完全充滿裂縫空隙。

4.6 鋼板粘貼

鋼板粘貼面須進行打磨除銹和粗糙處理，打磨的紋路應與鋼板受力方向垂直，打磨完成后用丙酮脫脂棉擦拭干凈。混凝土粘貼面須打磨出新鮮面，用環氧砂漿找平，清洗，擦拭干凈。粘貼鋼板完成后，在膠液固化前采用超聲波法探測粘貼密實度，不符合要求的，要剝離重粘。粘貼合格的鋼板，張緊螺帽，涂抹環氧樹脂防銹層。鋼板粘結劑的施工配合比，應按照說明書的要求根據作業現場的溫度、濕度確定。

4.7 碳纖維粘貼

粘貼前，處理混凝土的蜂窩、麻面等病害，將表面打磨平整，清除浮灰并擦拭干凈，涂抹打底膠和找平膠。碳纖維從跨中向兩側粘貼，采用特制的滾筒沿纖維縱向多次滾壓，擠除氣泡，使浸潤膠充分浸透片材。碳纖維與混凝土之間的總有效粘貼面積不得低于95%。施工中出現的空鼓面積小于10 cm2時，采用針管注膠的方法補救;空鼓面積大于10 cm2時，應將空鼓處的碳纖維布切除后粘貼補丁。碳纖維粘貼縱向搭接長度不應小于10 cm，橫向搭接寬度不應小于2 cm，同一截面上不允許出現二道以上搭接縫。

5 結束語

經過對羊壩大橋加固后的跟蹤觀測，以增設補強鋼筋、粘貼鋼板和碳纖維為主要措施的加固方案，取得了良好的工程效果，完全達到了加固設計目標。鑒于碳纖維片材所具有的無以比擬的自身優點，隨著其研究的更進一步深入，以提高結構承載力為目的的粘貼片材技術的應用也必將得到進一步的拓展。

［1］JTG/T H21－2011公路橋梁技術狀況評定標準［S］

［2］陳開利，王邦楣，林亞超.橋梁工程鑒定與加固手冊［M］.北京:人民交通出版社，2005:140－152， 303－329

［3］http://www.233.com/jzs2/gcsw/fudao/20081127/092639609.html［OL］