空心板橋加固維修施工工藝

劉世錦LIU Shi-jin；盧林LU Lin

（昆明市政工程設(shè)計研究院（集團）有限公司，昆明 650228）

0 引言

預(yù)應(yīng)力空心板梁橋由于橋型簡單，造價低廉，施工方便，在我國城市和公路交通中運用十分廣泛。根據(jù)相關(guān)研究資料表明，空心板橋隨著結(jié)構(gòu)累積損傷和使用荷載的增加，出現(xiàn)了下?lián)线^大，底板裂縫，局部破損等嚴(yán)重病害[1]-[3]。為了保證橋梁的使用安全，急需對此類橋梁進(jìn)行加固維修。目前，常用的加固方法有：增大截面法，體外預(yù)應(yīng)力，粘貼鋼板，簡支變連續(xù)，粘貼碳纖維布等[4]-[6]。對于橋梁的加固，除了加固方法的選擇，正確的施工工藝也是保證橋梁加固效果重要的一環(huán)。許多橋梁因為施工的缺陷以及誤差導(dǎo)致加固效果不能達(dá)到預(yù)期的加固狀態(tài)，增加了后期二次加固的可能性，浪費了人力和財力。本文以云南某空心板為例，通過具體可行的施工工藝處治維修，使得該橋的承載力恢復(fù)并且有所提高，為同類工程的加固維修提供一定的參考。

1 工程概述

云南某橋建于1999 年，橋梁全長132.6m，橋面寬12.0m。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼空心板梁，橋跨組合為6×20m，雙向兩車道；下部結(jié)構(gòu)為U 型橋臺，雙柱式橋墩，每個橋墩設(shè)置兩道橫系梁，擴大基礎(chǔ)；橋面鋪裝為瀝青混凝土路面，采用TST 無縫式伸縮縫。

該橋在運營14 年后，出現(xiàn)了大量病害。經(jīng)過檢測得知，橋梁的主要病害為：

①大部分板梁梁底存在縱向斷續(xù)或貫通裂縫，最大縫寬1.20mm；②部分板梁底存在橫向裂縫（圖1（a）），最大縫寬為0.28mm；③空心板底部混凝土局部破損、鋼筋及鋼絞線外露、出現(xiàn)空洞（圖1（b）），最大空洞面積達(dá)0.18m2，且從孔洞部位可以看出板底過薄；④鉸縫混凝土脫落、部分部位滲水泛白（圖1（c）），鉸縫存在錯臺現(xiàn)象，最大錯臺位置達(dá)4.0～5.0cm；⑤蓋梁負(fù)彎矩區(qū)存在自頂向下倒“U”型開裂，最大縫寬達(dá)0.90mm，蓋梁存在混凝土銹脹露筋現(xiàn)象；⑥5 個支座出現(xiàn)局部脫空（圖1（d）），伸縮縫失效，引起橋面鋪裝瀝青層局部破損、沉陷。

圖1 空心板的部分病害情況

2 加固設(shè)計方案

根據(jù)該橋病害特征，結(jié)合實際情況分析，把加固目標(biāo)確定為在提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提升其承載能力。因此，針對該橋的病害，提出加固方案，即：空心板板底采用碳纖維筋高強聚合物砂漿補強，橫向設(shè)置通長鋼板增加其整體性，加固蓋梁負(fù)彎矩區(qū)以及表觀病害處治和附屬設(shè)施的維修。

3 施工工藝及技術(shù)要點

3.1 碳纖維筋噴漿加固施工工藝及要點

碳纖維筋噴漿加固空心板梁實質(zhì)是體外配筋加固法，通過碳纖維筋來提高梁板受力筋的數(shù)量，高強的砂漿以噴漿法將炭纖維筋和梁底結(jié)合成一個整體，使碳纖維筋與原結(jié)構(gòu)共同受力，從而提高結(jié)構(gòu)的整體強度，增強結(jié)構(gòu)的承載能力。為了保證碳纖維筋加固成效，需要準(zhǔn)確合理的施工工藝，并嚴(yán)格按照要求施工。因此，碳纖維筋噴漿加固宜采用如下施工工藝流程：

3.1.1 原構(gòu)件表面處理

碳纖維筋加固前，應(yīng)對原結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行處理：

①原結(jié)構(gòu)因運營多年，其結(jié)構(gòu)表面通常會伴隨混凝土脫落、破損等病害，應(yīng)先用高強砂漿修復(fù)破損處，保證結(jié)構(gòu)表面的完整；

②針對結(jié)構(gòu)表面的污漬、蜂窩麻面，應(yīng)先用工具進(jìn)行處理，同時為了加強碳纖維筋與原結(jié)構(gòu)的連接，需對加固部位進(jìn)行鑿毛處理，將結(jié)構(gòu)打磨平整；

③根據(jù)圖紙要求，在結(jié)構(gòu)加固位置進(jìn)行錨固鉆孔施工；

④針對結(jié)構(gòu)表面的灰塵，需用高壓水槍清洗，待其干燥。

3.1.2 涂抹表面強化劑

①表面強化劑用于增強原結(jié)構(gòu)砌體表面的密實性，提高與聚合物砂漿的粘結(jié)力；

②結(jié)構(gòu)表面干燥后，對結(jié)構(gòu)表面涂抹強化劑，待強化劑與混凝土表面融合后，清理表面殘留部分，保證結(jié)構(gòu)表面的平順。

3.1.3 安裝錨具及碳纖維筋

①碳纖維筋的錨固采用螺栓固定（見圖2）。

圖2 固定螺栓布置圖

②碳纖維筋主要靠錨具來固定，可通過調(diào)整錨固的間距來保證碳纖維筋的下垂。

③為了保證錨具的可靠性，需采用不銹鋼材料，或者對其進(jìn)行防銹蝕處理。

3.1.4 高強砂漿噴漿處理

①碳纖維筋安裝完成后，用噴涂裝置噴涂聚合物砂漿，保證砂漿的厚度不低于2cm，并對其表面處理，使其平順。（見圖3）。

圖3 梁底加固斷面圖

②用噴涂機施工時，為清除孔隙，提高粘結(jié)力，在噴涂之前先打底。

③砂漿的初凝時間一般為30 分鐘，砂漿的混合宜以1 次的使用量為準(zhǔn)；

④為保證砂漿施工質(zhì)量，其溫度最佳控制在10～35℃。如果超過30℃以上，應(yīng)先噴水降溫以后再施工。

3.1.5 養(yǎng)護(hù)及保養(yǎng)

①涂抹砂漿后，需對其用布進(jìn)行濕潤養(yǎng)護(hù)；若條件不允許，可使用液體噴涂機、刷子或滾筒在表面涂抹液體成膜養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行濕潤養(yǎng)護(hù)；

②常溫下養(yǎng)護(hù)時間為3 天，根據(jù)天氣及氣溫情況，可增減養(yǎng)護(hù)時間。

3.2 主梁跨中橫向加固處理

3.2.1 施工工藝

在跨中位置每一道鉸縫處鑿開1.5m×0.4m 區(qū)域的橋面鋪裝層。首先清理鉸縫內(nèi)的破損混凝土，空心板底部在跨中采用3 條0.3m 寬×8.0mm 厚的鋼板加強橫向聯(lián)系；在主梁L/4 及3L/4 位置每一道鉸縫處鑿開0.6m×0.4m 區(qū)域的橋面鋪裝層，L/4 及3L/4 處粘貼1 條橫向貫通0.3m 寬×8.0mm 厚的鋼板，將鋼板和鋼條用螺桿和螺栓錨固連接（見圖4）。

圖4 鉸縫處理斷面圖

3.2.2 技術(shù)要點

①對原鉸縫雜質(zhì)清理：針對原鉸縫中的顆粒，灰土等雜物，用15.0MPa 高壓槍沖洗干凈；

②橫向貫通0.3m 寬鋼板，增設(shè)鋼板前，應(yīng)清除原結(jié)構(gòu)表面的浮漿、鹽污等雜質(zhì)。如果遇到局部梁板間的錯臺，用高強聚合物砂漿抹平；

③表面清理：待結(jié)構(gòu)膠達(dá)到強度后，清理表面溢出膠體；

④澆筑鑿除位置橋面鋪裝層混凝土。

3.3 裂縫處理

3.3.1 施工工藝

梁板的裂縫主要分為兩種情況，針對不同的情況，處理的方法如下：

①當(dāng)梁板的裂縫寬度小于0.15mm，而且沒有貫通結(jié)構(gòu)，這種裂縫屬于非結(jié)構(gòu)裂縫，對結(jié)構(gòu)的安全影響較小，只需用環(huán)氧樹脂膠封閉即可（見圖5）；

圖5 裂縫封膠處理圖

②當(dāng)梁板的裂縫寬度大于等于0.15mm，這種屬于結(jié)構(gòu)裂縫，對結(jié)構(gòu)安全有較大影響，除了需要封閉裂縫以外，還需對其用灌漿法灌注，保證其結(jié)構(gòu)的的強度（見圖6）。

圖6 裂縫注漿處理圖

3.3.2 技術(shù)要點

①表面封閉處理須清楚混凝土表面粉塵、油污，并用甲苯或者工業(yè)丙酮擦洗干凈的混凝土表面，然后涂刷3 道密封膠，前后兩次涂刷方向相互垂直；

②注漿封閉處理須清理表面混凝土后，跨縫安置注漿咀，注漿后鏟去表面注漿咀和封閉材料，清理處理后裂縫表面；

③布設(shè)注漿嘴的原則是縫端及裂縫交叉處均應(yīng)設(shè)注漿嘴，間距一般為20.0～40.0cm，一條裂縫至少設(shè)兩個注漿嘴。

3.4 空洞處理

針對空心板板底出現(xiàn)的混凝土脫漏、露筋現(xiàn)象，應(yīng)先對鋼筋進(jìn)行除銹處理，再涂上阻銹劑，板底空洞采用吊模噴射高強聚合物砂漿進(jìn)行封堵，施工要點如下：

①準(zhǔn)備材料及工具，搭設(shè)腳手架施工平臺；

②將板底破損的混凝土清理，使鋼筋暴露出來，并對其除銹；

③吊模噴射高強聚合物砂漿，與梁板底部平齊；

④最后對表面進(jìn)行平順處理。

3.5 蓋梁粘貼鋼板加固處理

蓋梁負(fù)彎矩區(qū)存在自頂向下倒“U”型裂縫，考慮采用粘貼鋼板加固。為保證加固的效果，粘貼鋼板加固適宜溫度為15～40℃；主要的施工流程：

首先應(yīng)對混凝土表面的污穢進(jìn)行清理，保證構(gòu)件表面的清潔；

然后進(jìn)行鑿毛，使骨料外露；

其次鋼板表面須清除干凈，并用環(huán)氧樹脂薄漿將其保護(hù)起來；

最后為了防止鋼板腐蝕，延緩粘結(jié)劑的老化，粘貼的鋼板表面應(yīng)做密封防水防腐處理。

防腐處理的方法是：清除鋼板表面油污和鐵銹后，涂刷防銹漆。

3.6 支座維修

該橋的板式橡膠支座出現(xiàn)局部脫空或不均勻壓縮變形等病害，宜采用嵌入楔形塊的方法調(diào)整支座，以保證支座恢復(fù)工作狀態(tài)。具體的施工工藝如下：

①嵌入楔子之前，先對支座附近進(jìn)行清理打掃，保持清潔；

②根據(jù)脫空情況，選擇合適的楔子，保證支座能發(fā)揮作用；

③支座頂端與梁板底面脫空或者支座底面與支座墊石頂端脫空，均須將楔形塊嵌入至支座底面與支座墊石頂端之間，以保證維修后支座不受橋上行車干擾而竄動。

3.7 更換伸縮縫

該橋部分伸縮縫已經(jīng)失效，應(yīng)拆除原橋伸縮縫，更換為80 型伸縮縫。橋臺通過新建前墻時預(yù)埋錨固鋼筋與伸縮縫連接，板梁通過空心板內(nèi)植筋與伸縮縫連接，錨固區(qū)混凝土采用C50 鋼纖維混凝土。具體施工工藝如下：

①劃線、切割及混凝土破除。依據(jù)實際情況畫出施工所需寬度；然后橋面鋪裝層進(jìn)行切縫；最后清理保證梁體間空隙。

②預(yù)埋鋼筋檢查、修整及植筋。首先對預(yù)埋鋼筋的好壞進(jìn)行查看，如有缺失、壓壞則采取植筋處理。

③伸縮縫的安裝。伸縮裝置安裝前要檢查梁體間是否清理干凈，伸縮寬度是否符合要求，伸縮裝置是否接縫完好。

④伸縮縫與錨固鋼筋焊接。首先安裝伸縮裝置，檢查其是否平穩(wěn)、順直，一切滿足要求后再進(jìn)行焊接。

⑤混凝土澆筑及養(yǎng)生。安裝完成后，將伸縮縫間隙封閉，保證其無漏漿現(xiàn)象，同時加入削型鋼纖維。

4 結(jié)語

采用碳纖維筋高強聚合物砂漿加固橋梁，運用錨固和開槽方式施工，施工簡單便捷，無需支模板，工期短，不需要大型設(shè)備，不受空間限制，對交通影響小。碳纖維筋自重輕，早期強度增長快，粘接力強，與原結(jié)構(gòu)形成一體，提高結(jié)構(gòu)配筋的同時加強了結(jié)構(gòu)的整體性，提高構(gòu)件的剛度和承載能力。

通過加固完成后的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：在活載作用下，碳纖維鋼筋與空心板底緣的混泥土保持協(xié)調(diào)變形，提高了橋梁上部結(jié)構(gòu)的安全儲備；空心板底緣的應(yīng)力明顯下降，結(jié)構(gòu)的剛度有所提高，橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體受力性能得到顯著提高和改善。并且該橋加過固后已運營近5 年，狀態(tài)良好。該橋的加固方案以及施工工藝的可行性可為同類橋梁的加固維修提供參考。