正交異性板結合箱內鋼桁架技術在橋梁加固中的應用

張志明，陳兆龍

（安徽省蕪宣高速公路管理有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

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正交異性板結合箱內鋼桁架技術在橋梁加固中的應用

張志明，陳兆龍

（安徽省蕪宣高速公路管理有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

結合橋梁底板加固工程實際，介紹正交異性板結合箱內鋼桁架加固技術主要特點以及該技術在加固后效果。

正交異性板；鋼桁架；加固

1　橋梁概況

橋梁主橋上部結構采用變截面預應力混凝土連續箱梁，跨徑組合為（30+9×52+30）m，箱梁橫截面為單箱單室，主橋箱梁采用C50混凝土，采用三向預應力體系。主橋下部結構采用輕型鋼筋混凝土獨柱式橋墩，柱經為2.2m。實體承臺，鉆孔灌注樁基礎，樁徑為1.5m。

2　病害情況

定期檢查中發現右幅主橋的第5、第6跨箱梁底板合攏段出現混凝土層狀剝離且有縱向和橫向的裂縫，其中第6跨箱梁底板合攏段病害較為嚴重，有一道橫向裂縫貫通底板且混凝土分層剝離較為嚴重。經特殊檢查，檢查結果表明：控制截面處于較好的單行工作狀態，承載能力滿足要求，主橋豎向剛度滿足設計要求，但是底板空鼓和裂縫對結構剛度存在一定的影響，測試數據無規律性，與設計值存在較大差異，需對底板進行加固處理。2013年委托設計單位對該橋主橋右幅第5、6跨病害進行加固設計并組織了加固維修。

3　加固方案

針對病害最初擬采用腹板加厚配合底板混凝土置換加固方案，方案首先植筋綁扎鋼筋網，澆筑跨中腹板加厚區混凝土，然后分段置換底板混凝土。

通過論證審查此方案有以下缺點：中腹板處理區域較小，且與原橋腹板加固區域分離，在全橋容易形成薄弱斷面；在增加橋梁自重增加較多；加固區域較小，材料用量少，不易采購；新增混凝土的收縮開裂較難控制。經綜合考慮，取消底板混凝土置換，在合攏段底板范圍安裝2塊2.3m×5m鋼板，在合龍段底板中心留了80cm的觀測區域，同時在箱內增加鋼桁架與底板正交異性板連接的加固方案。

4　主要施工工藝

4.1松散混凝土鑿除及缺陷維修

現場確定混凝土松散和空鼓區域，對箱梁底板松散混凝土進行人工鑿除，鑿除時要注意控制鑿除深度，避免損壞波紋管和鋼筋，對缺陷采用環氧砂漿進行修補、抹平。

4.2橋面預壓

粘貼鋼板前，在橋面進行預壓，預壓使用沙袋加載，預壓重量為30t。施工右幅第6跨前，在右幅第5及7跨跨中合攏段中心線位置對稱同步預壓。施工右幅第5跨前，在右幅第4及6跨跨中進行預壓。

4.3正交異性板制作與安裝

①梁底找平及清理

根據設計圖紙的要求并結合現場測量定位，在需粘貼鋼板加固混凝土表面放出鋼板位置大樣。由于梁底部有一定弧度，鋼板難以緊貼梁底，所以使用環氧砂漿對梁底進行大面找平。清除表面浮漿，剔除表層疏松物，并用丙酮清理表面。

②種植螺栓

依照設計圖紙的要求，放出需鉆孔的位置，用鋼筋探測儀查明混凝土鋼筋和鋼絞線位置，然后鉆孔，種植螺栓。

③鋼板加工、安裝

依據現場混凝土上的實際放樣進行粘貼鋼板下料，先對待粘貼的鋼板進行配套打孔，然后對鋼板的粘貼面進行除銹和打磨，打磨紋路與鋼板受力方向垂直。加工完成后吊運至施工平臺，通過化學螺栓將鋼板固定在加固區域，螺栓暫不擰緊，保證鋼板與梁底之間有一定的間隙。

⑤ 焊接縱橫肋

根據設計圖紙，在鋼板表面焊接橫向和縱向加勁肋，如加勁肋位置與鋼板表面實際打孔位置有沖突，可對加勁肋位置進行適當調整。焊接從焊件中部開始，向兩端進行。

⑥緊固螺栓

在加勁肋焊接完成后，擰緊鋼板上的螺栓，使鋼板與梁底盡量貼合，其間隙留2mm。

⑦封邊

將注入嘴粘結在鋼板的注入孔上，注入嘴布置間距為50～60cm。再在鋼板角點處及鋼板邊緣插入排氣管，排氣孔間距30～40cm，在螺桿上罩上蓋碗，然后用鋼板封邊膠封閉鋼板邊緣，完成封邊。

⑧灌膠

待封邊膠固化后，用泵將粘鋼灌注膠從注入嘴灌注到鋼板和混凝土的空隙中，灌注工作持續到所有排氣管均有膠液流出。在灌注過程中，用橡皮錘敲打鋼板以確認是否灌注密實。要求灌膠之前先通氣試壓，以不小于0.1MPa的壓力將粘鋼灌注膠從注入嘴壓入，當排氣孔出現膠液后停止加壓，以鋼板封邊膠堵孔，再以較低壓力維持10min以上。

⑨鋼板防腐

在鋼板粘貼完成后對其外表面進行打磨，除去鋼板表面油污和浮銹，再涂刷防腐漆，共涂刷2遍環氧富鋅底漆和1遍面漆。

4.4箱內鋼桁架制作、安裝

①鋼材制作

鋼桁架使用材料主要有Q345D槽鋼、Q345D12mm厚鋼板和高強螺栓。

②箱內混凝土基面處理

對于箱內混凝土凹凸不平影響鋼結構安裝的，人工打磨平整，凹陷處，使用環氧砂漿進行修補。

③上下弦桿安裝

通過M20對拉螺桿使鋼桁架下弦桿與梁底鋼板連接。如果鉆到波紋管和主要鋼筋時，應在旁邊重新鉆孔，并使用環氧砂漿修補舊空洞。

安裝固定上下弦桿完成后，對不平整區域進行灌膠，灌膠方法同正交異性板灌膠方法。

④安裝橫撐和腹桿

在2片鋼桁架之間，通過焊接和高強螺栓連接橫撐。橫撐采用背靠背的形式連接在上下弦桿上，腹桿采用背靠背的形式焊接在節點板上，腹桿角度可根據箱梁內的實際情況進行微調。

⑤防腐涂裝

與底板鋼板工藝相同。

5　加固后觀測與效果評價

5.1后期觀測

施工時在大橋右幅主橋箱梁底板鋼筋上共布設9個傳感器，同時在對應位置的鋼板上也布設了9個傳感器。

分析采集的數據，鋼板上的傳感器在解除橋面預壓后，應變均有不同程度的增大，說明鋼板已與箱梁協同受力。在通車后，鋼板上有7個傳感器的數據不同程度減小，說明鋼板對箱梁底板的協同受力是有效的。

5.2效果評價

加固后組織對該橋右幅主橋5#、6#跨進行了一次靜載試驗，通過與加固前荷載試驗數據對比，進一步證實了加固效果。

5、6兩跨共布置4個測試斷面，分別為：5#跨跨中斷面；6#跨墩頂附近斷面、6#跨L/4斷面、6#跨跨中斷面。在上述4個測試斷面中，各跨中斷面分別測試了應變和撓度，墩頂附近斷面及L/4斷面只測試了應變。

靜力試驗荷載加載方式是采用單輛重約300kN的三軸載重汽車作為等效荷載，在試驗過程中模擬設計活載所產生的內力值。

荷載試驗工況：

工況1和工況2：檢測右幅橋A-A截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下的最大正彎矩和撓度效應；

工況3和工況4：檢測右幅橋B-B截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下的最大正彎矩和撓度效應；

工況5和工況6：檢測右幅橋D-D截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下最大正彎矩作用效應；

工況7：檢測右幅橋E-E截面在最不利汽車荷載（中載）作用下最大負彎矩作用效應；

①撓度測試結果

在工況1～4滿載作用下，右幅橋主梁A-A、B-B截面實測撓度均小于計算值，主梁結構豎向剛度滿足設計要求，卸載后，測試截面測點的最大相對殘余變形為6.3%，表明結構控制截面在試驗過程中處于較好的彈性工作狀態。

②應變測試結果

在各工況滿載作用下，實測值小于或接近于計算值，說明控制截面強度滿足設計要求，各工況卸載后，測試截面最大相對殘余應力值小于18.75%，表明結構測試截面在試驗過程中處于較好的彈性工作狀態。

6　結論

此次加固之后，根據特殊檢查結果以及后期運營觀察，正交異性板結合鋼桁架加固技術效果顯著，為同類變截面連續箱梁底板加固提供了一項新的加固思路。

[1]韓濤，徐鑫.大跨徑連續箱梁橋合龍段底板病害修復技術[J].交通科技，2015（3）.

[2] 魏樂永，沈旭東，肖汝誠，譚紅梅.預應力混凝土連續箱梁底板崩裂破壞的機理及其對策[J].結構工程師，2007（23）.

U445.7+2

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10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.070