淺談鋼管混凝土結構在橋梁墩柱加固中的應用

摘要：鋼管混凝土結構具有承載力高、延性好、抗震性能優越等特點；本文結合鋼管混凝土受力特性及日常橋梁加固實踐，詳細闡述橋梁墩柱外包鋼管的加固方法。

關鍵詞：橋梁；墩柱；加固；鋼管混凝土；應用

混凝土的抗壓強度高、抗彎能力很弱；鋼材的抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結構上能夠將二者的優點結合在一起，可使混凝土處于側向受壓狀態，其抗壓強度可成倍提高。同時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發揮作用，從而大大地提高了承載能力。鋼管混凝土柱中，鋼管對其內部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態，提高了混凝土的抗壓強度；鋼管內部的混凝土又可以有效地防止鋼管發生局部屈曲。研究表明，鋼管混凝土柱的承載力高于相應的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內部混凝土的破壞由脆性破壞轉變為塑性破壞，構件的延性性能明顯改善。

目前，既有橋梁由于設計荷載標準低、設計不完善、施工不規范、養護管理不到位等因素的影響，致使橋梁結構及構件承載力不足，影響交通安全及交通發展。本文主要結合橋梁日常養護管理工作及橋梁維修加固實踐，淺談鋼管混凝土理論在橋梁墩柱構件加固中的應用。

一、工程概況

某大橋于佛山市禪城區境內，位于G325國道上，是連接順德區和南海區的交通要道，該橋經過約20年的運營，部分立柱混凝土已經產生了嚴重的老化現象。具體表現在立柱的結構鋼筋嚴重銹蝕，保護層混凝土開裂、較大面積剝落（見照片）。

二、方案驗算

該橋立柱表面混凝土老化、脫落，需要采取措施增強立柱的抗壓強度。擬采用外包一層25mm厚的“鋼板箍”的結構加固方案，使現立柱和新架設的鋼管形成一體，達到鋼管混凝土結構的作用效果及受力性能。具體驗算如下。

從計算結果看，A后 >A前，I后 >I前，可見外包鋼管對立柱進行加固效果明顯。

三、鋼管混凝土施工

1、施工工藝流程圖

2、施工現場交通封閉

該橋南引橋下的兩個需要加固的立柱，橫跨佛山大道調頭車道，為了保證結構安全、施工安全和不中斷交通，采取一個立柱加固結束后再對另一個立柱進行加固的方案。施工時只封閉一個車道，開放另一個車道通行，并且采用施工車輛封住被封閉車道的兩端，以保證施工人員的安全。

3、柱身混凝土的表面處理：

由于柱身混凝土比較破碎，小心對墩柱表面進行打磨，避免再損傷立柱截面。特別是1#墩，全幅橋面寬度僅有一個偏心受壓的直徑只有80cm的立柱。在采用電動工具將混凝土表面打磨后，即對柱身銹蝕的鋼筋進行除銹，再采用A71-1改性環氧樹脂膠液對鋼筋和開裂、松動的混凝土進行封閉和粘結處理。柱身混凝土打磨后，即按照40cm間距植入Φ16mm鋼筋。

4、鑿出柱頂承托混凝土

該橋立柱的柱頂都有一個圓錐形的混凝土承托。由于沒有原設計圖，只好將1#立柱的承托混凝土鑿出，以檢查里面有不有安設支座。鑿出后，發現承托混凝土是在現澆橋面板時一起澆注的。

5、鋼管加工

為了保證鋼結構的制作質量，減少現場的施工時間，現場量測好尺寸數據后，在工廠完成大部分的鋼結構制作。因鋼板較厚（25mm），焊縫按照規范的要求“倒坡口”，采用二氧化碳保護焊工藝進行焊接。構件經過檢驗合格后才運輸出廠。

6、現場安裝柱身鋼結構

現場安裝立柱柱身剛結構，如圖所示。

7、灌注膨脹水泥漿

這道工序質量的高低，是影響加固效果的關鍵。為了保證鋼板箍與立柱混凝土之間的“預填骨料混凝土”的質量，從立柱底部向上間距約1.3m距離布設灌漿咀。在鋼管箍頂部開設2個15×20cm的方孔，向里面填入3cm的花崗巖骨料后，再焊好方孔，即可從底部壓注膨脹水泥漿。

8、鋼結構外防護

如果按照一般的防護工藝，即一遍底漆、一遍面漆。但珠三角一帶空氣中氯、硫粒子含量較高，這樣的防護，在3年左右就要再進行油漆防護（如佛山一環的護欄）。為了提高防護時間，在底漆和面漆間增加了一遍改性環氧樹脂。因為其強度高、封閉性好，能較好地阻隔空氣中的有害粒子侵蝕，可延長鋼結構的防護時間。

9、現場清掃恢復

因為天天都要進出現場，每天結束作業時打掃施工現場，保證沒有石粒、浮土、水漬造成交通事故；全部施工結束后，恢復了施工時鑿出的路緣石和圍墻。

四、結束語

該橋2個立柱的加固，歷時20余天，完成了施工作業，安全地達到了設計目的，為舊（危）橋的病害治理，提供了可借鑒的經驗。鋼管混凝土理論對橋梁進行加固具有進度快、施工方便等特點。在實踐過程中，要根據加固構件的受力狀況進行充分驗算，分析粘貼鋼板后構件加固效果。在具體施工過程中，要注意膨脹水泥漿、注漿飽滿程度、鋼板加工質量、鋼板表面防腐處理等關鍵環節質量控制，確保橋梁加固達到預期目的。

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