粘貼鋼板技術在大陶口橋加固改造中的應用與分析

■李清超

（福建省三明市公路局沙縣分局，三明 365500）

0 引言

空心板梁是目前我國橋梁建設中上部結構使用最為廣泛的結構類型之一，其工作狀態直接關系到橋梁的安全及我國交通運輸事業的發展。隨著社會經濟的不斷發展，公路交通量的不斷增加以及大量重載車輛的涌現，造成了大量橋梁因承載力不足而產生了破壞，需要進行加固處理，以滿足結構承載力要求和正常使用要求。

1 工程概況

G205 線大陶口橋（K2318+020）建于1996 年，橋長74.35m，橋寬12m，上部構造為3×16m 鋼筋混凝土空心板梁橋，下部結構為鋼筋混凝土雙柱墩，U 型橋臺，片石砼擴大基礎。橋面鋪裝為10cm 厚鋼筋混凝土。原設計荷載為汽-20，掛-100。

2 病害調查與成因分析

2.1 病害調查

根據該橋外觀檢查結果情況，主要病害如下：

（1）第1 跨和第2 跨大部分梁位于跨中附近存在橫向裂縫；第3 跨11 片梁位于跨中附近均存在橫向裂縫，裂縫貫穿板底，寬度介于0.15mm～0.25mm 之間。

（2）橋面鋪裝在多片梁鉸縫處出現縱向裂縫。

（3）0#橋臺左右兩側側墻出現3 處蜂窩麻面現象，靠臺帽約1m 處各有一條自墻頂向下的豎向裂縫，長度分別為5m 和4.6m，對應寬度分別為1.6mm 和0.5mm。

2.2 病害成因分析

空心板梁常見裂縫主要有兩類：結構裂縫和非結構裂縫，在預應力混凝土和非預應力混凝土梁中兩者的存在情況也不一樣，預應力混凝土中的非結構裂縫居多，而普通鋼筋混凝土板梁常出現的裂縫為結構裂縫，這種裂縫通常出現在梁中1/4～3/4 部位并橫向貫通梁底，屬空心板梁在荷載作用下產生的正彎矩裂縫。本橋3 跨梁底裂縫寬度在0.15mm～0.25mm 之間，小于《公路橋涵養護規范》（JTGH11-2004）鋼筋混凝土梁裂縫寬度0.25mm 限值的規定，屬于正常的結構裂縫，不影響橋梁的承載能。

通過對本橋病害的表象及特征的觀察分析，其主要病害成因為：（1）大量超重、超載車輛通過施加的超負荷荷載，致使橋梁出現各種病害；（2）橋臺側墻砌筑工藝較差，石料偏小，砂漿不飽滿；（3）原橋小鉸縫原設計為1cm，而實際施工時最大約為7cm；且鉸縫處漏漿嚴重，板與板之間聯系薄弱，導致空心板荷載橫向分布系數較大，單塊板受力過大，在板底跨中部分產生裂縫。表明空心板受拉區鋼筋處于屈服階段，是空心板梁即將破壞的預兆，應及時進行加固處理。

3 加固設計

3.1 粘貼鋼板原理

粘貼鋼板加固法：是指采用環氧樹脂系列粘貼劑，將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構物的受拉區域或薄弱部位，使之與結構物形成整體，通過鋼板與補強結構物的共同作用，提高其剛度，限制裂縫開展，提高梁的承載能力，以達到補強效果。由于粘貼鋼板法具有不破壞原有結構物結構，不增加原結構物尺寸，施工工期短，工程質量易控制及工程費用低等優點而被廣泛使用。

3.2 空心板加固方案比選

針對空心板出現的病害，擬采用三種比選方案：（1）更換全橋三跨33 塊空心板（簡稱換梁）；（2）對全橋33 塊空心板板底跨中14.6m 范圍貼鋼板加固，并對鉸縫布鋼筋網注漿加固（簡稱粘貼鋼板加固）；（3）對全橋33 塊空心板板底跨中14.6m 范圍貼碳纖維布加固，并對鉸縫布鋼筋網注漿加固（簡稱粘貼碳纖維布）。

從安全、經濟和施工方面進行綜合比較，如表1 所示。經綜合比選，方案二貼鋼板加固能改善空心板及橋面出現的病害問題，造價上占優，且施工方便，技術成熟，建議采用粘貼鋼板加固方案。

表1 三種方案比選分析一覽表

3.3 粘貼鋼板方案計算分析

據本橋空心板砼強度回彈測量結果，空心板砼強度最低為41MPa，滿足《規范》強度要求，空心板承載能力極限狀態下的抗彎承載能力為1027.0kN·m，貼鋼板加固后承載能力提高為1404.8 kN·m，提高36.8%，并且對鉸縫布鋼筋網注漿加固后，空心板整體性加強。通過加固前單塊板（單板受力）在自重及汽車荷載作用下跨中彎矩及加固后每一塊板利用荷載橫向分布系數在自重、汽車及人群荷載作用下的跨中彎矩的對比分析結果可知（如表2 所示），加固后每塊板跨中彎矩比加固前均有較大提高。證明該橋針對主梁及鉸縫采取的加固措施是可行的。

表2 加固前后計算結果比較一覽表

4 粘貼鋼板施工工藝及技術要點

4.1 施工工藝

施工放樣→裂縫處理→粘貼面處理→植錨栓→鋼板打孔、表面處理→鋼板安裝→封邊及注膠→鋼板油化防銹處理。

粘貼鋼板示意圖如圖1 所示。

圖1 粘貼鋼板示意圖 （單位：cm）

4.2 施工技術要點

（1）根據設計施工圖，放出粘貼鋼板位置線。

（2）對粘貼區域混凝土表面進行鑿毛處理，直至堅實的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平處用尖鑿輕鑿整平，用電動鋼絲刷清除表面浮漿，剔除表面疏松物，再用壓縮空氣吹凈表面粉塵，用丙酮擦拭表面。

（3） 鉆孔、植筋。

按照設計要求，選用與螺栓直徑相適應的鉆頭鉆孔。為了避免鉆孔中碰到梁內鋼筋，可先用鋼筋探測儀檢查梁內鋼筋的位置，預先調整鉆孔的位置。打好孔后用壓縮空氣由孔底向孔外清理孔內浮塵，再用工業清洗盲孔，涼干后在孔內注入植筋膠（植筋膠在現場按照使用說明書的配制方法當場調制，按照規定時間使用），注入量為孔深的三分之二，將經除油清洗晾干的錨栓緩慢轉動插入，最后植筋膠將孔口填塞飽滿。

（4）鋼板現場配套打孔，現場實際放樣進行鋼板下料，按現場已植埋的螺桿相對間距，對所粘貼的鋼板進行配套打孔。

（5）預安裝，對配套打孔的鋼板按圖紙要求的粘貼順序進行預掛試安裝，檢驗下一步粘貼工作的可操作性；預安裝有困難的對個別進行修孔工作，至能安裝為止。

（6）鋼板粘貼面處理，用磨光砂輪機對鋼板粘貼面進行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好。打磨紋路的方向與鋼板長度方向垂直。打磨好后用碎布條沾工業丙酮將鋼板粘貼面擦拭干凈；鋼板接縫雙面焊，滿足規范要求，焊接工作在安裝以前完成，安裝以后嚴禁施焊。

（7）按照設計要求的預留空隙（5mm）在鋼板內表面焊結3～4 個支撐點，確保灌膠空間滿足設計要求。鋼板安裝完畢后，對鋼板封邊，封邊的同時要預留排氣孔，鋼板上面預留注膠孔。檢查各封邊質量，達到規定強度以后，用注膠罐以壓縮空氣為動力向鋼板內注膠。

（8）注膠過程中，隨時封閉已經出膠的排氣孔（管），防止膠體外溢而浪費。

（9）保證灌漿飽滿度達到90%以上。達到凝固固化時間后，用敲擊的方法判斷粘結密實度。

（10）防腐處理：待環氧漿液凝固后清除表面油污，用鋼刷除銹，涂一層樹脂漿罩面，再涂防銹漆進行表面防護處理。

5 結束語

通過對大陶口橋空心板梁實施粘貼鋼板加固施工后，使鋼板能夠與構件共同承擔荷載，達到增加構件承載能力的目的。加固方案具有施工簡單、效果良好、經濟實用的特點,對同類橋梁的同類病害處理有較好的參考價值。

[1]JTGH11-2004，公路橋涵養護規范[S].

[2]JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設計規范[S].

[3]JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術規范[S].

[4]蒙云，盧波.橋梁加固與改造[J].北京：人民交通出版社，2004.