超長服役正交異性鋼梁加固施工技術及難點要點控制

張 立

（中鐵十四局第三工程有限公司，山東濟南 250000）

1 工程概況

勝利黃河大橋位于東營市墾利區，1987年9月建成通車，是溝通黃河尾閭兩岸的交通樞紐，橋梁已運營33年。大橋全長2817.46 m，由主橋及南北引橋組成。橋梁寬19.5 m，雙向四車道。主橋長682 m，為五孔連續鋼斜拉橋，跨徑組合為60.5 m+136.5 m+288 m+136.5 m+60.5 m，主跨長288 m，斷面形式為分離式雙邊鋼箱（圖1）。鋼箱梁截面高2.4 m，寬3.140～3.315 m，橫縫采用M22高強螺栓連接；頂底板為U型閉口肋式正交異性板，腹板為板式開口肋正交異性板，除在索錨固、附孔等處的腹底板厚為20 mm外，其余頂、底、腹板均為12 mm厚。橋面板為正交異性板，每段4塊，各寬3.2 m。縱肋為U形閉口肋，橫肋為板梁，其間距為1.00~2.75 m，一般為2.75 m。

圖1 主橋鋼箱橫斷面

2 鋼梁主要病害及原因分析

勝利黃河大橋的鋼梁病害（圖2）主要表現為涂裝失效、結構銹蝕，U肋焊縫開裂、脫落，橋面橫肋的疲勞裂紋。根據施工現場實際及病害的分布情況，按施工內容及部位可分為4個方面進行的維修加固，分別為U肋的維修加固、鋼箱梁的維修加固、橫肋的維修、鋼梁表面銹蝕處理，基于這種分類方法的病害原因分析結果如表1所示。

圖2 鋼梁主要病害

表1 鋼梁主要病害及原因統計

3 維修加固施工方案

3.1 U肋的維修加固

3.1.1 U肋蓋板開焊、脫落

對于U肋蓋板的開焊及脫落，為了保證U肋蓋板與原U肋之間的連接可靠，需要對U肋蓋板進行拆除更換（圖3），并使用高強螺栓連接固定[1-2]。

圖3 U肋蓋板更換

3.1.2 U肋與橫肋、頂底板連接焊縫加固

原U肋與鋼梁的頂（底）板及橫肋之間的連接均采用焊接連接方式，因此，要重新打磨開裂的焊縫并補焊，對于焊縫開裂長度大于10 cm的焊縫，需要利用L形鋼板進行補強，補強長度根據焊縫開裂的長度而定，且應該覆蓋整條焊縫，加固鋼板與U肋采用高強螺栓連接。

3.1.3 U肋橫向對接焊縫開裂加固

打磨原焊縫，去除銹渣后采用340 cm長的U肋蓋板覆蓋并用螺栓與原U肋連接固定。

3.2 鋼箱梁維修加固

3.2.1 鋼梁節點螺栓、節點板銹蝕加固

箱梁連接板的維修加固根據銹蝕程度的差異而采用不同的處理方案，具體如下。

（1）若螺栓和連接綴板完好且連接處輕微銹蝕，則與同箱梁一起做噴砂除銹、防腐涂裝處理。

（2）若單處螺栓和連接綴板位置存在較重銹蝕，則應同時更換連接綴板和對應的螺栓。

（3）若螺栓和連接綴板多處或整體銹蝕，則所有外露的連接綴板和對應的螺栓均需更換。

（4）若長連接板厚度損傷超過25%，更換時應割除箱梁內部對應的U肋，同時對長連接鋼板分塊、分段更換。

3.2.2 底板銹蝕加固

對于梁底板處銹蝕斷面損失率超過20%（含20%）的部位，應采用加強鋼板進行底板補強。

底板積水應采用磁力鉆在底板打設排水孔，孔邊光滑、平順，同時增設塑料管伸出箱梁底板，防止流水沿孔侵蝕底板。

3.2.3 鋼箱梁腹板焊縫開裂加固

除銹后要對焊縫開裂長度小于10 cm的鋼箱梁腹板重新補焊；若焊縫開裂長度大于10 cm，要對加勁肋焊縫局部增設鋼板補強。

3.3 橫肋維修加固

根據橫肋裂縫長度不同，應分別采用不同的方式進行病害處理。

（1）裂縫長度小于10 mm的病害，暫不處理。

（2）裂縫長度大于10 mm，但小于50 mm的病害，在裂縫尖端增設止裂孔，防止裂縫進一步發展。

（3）裂縫長度大于50 mm的，在裂縫尖端增設止裂孔后增設鋼板加固處理。

3.4 表面涂裝銹蝕

對主梁鋼結構進行重新涂裝，清除舊涂層并重新進行表面處理，按設計要求現場進行涂裝。

根據鋼箱梁部位的環境差異，分別采用不同的防腐涂裝體系（表2）。

表2 主橋涂裝體系

4 施工順序安排

總體施工順序安排為先拆除后加固，先梁體后節點，先箱梁后橋面。

施工流程：施工準備→U肋拆除→噴砂除銹→裂縫病害處理、焊縫加固、嚴重銹蝕鋼板加固→鋼梁連接節點改造→防腐涂裝施工。

5 施工難點和控制措施

5.1 施工難點

鋼橋維修加固有別于新橋建設，受到原結構的限制，施工設施、作業空間和作業環境均受到一定影響，橋梁維修加固過程中面臨的難點如下。

（1）U肋鋼板、補強鋼板和原有鋼板采用栓焊組合連接，新老構件能否協同共同受力，鋼構件尺寸加工精度至關重要。補強鋼板和頂板采用仰焊焊接，焊接質量難以保證。

（2）鋼箱梁內部空間狹小，照明條件差，空氣流通不暢，屬密閉有限空間施工作業，鋼結構噴砂除銹、防腐涂裝施工過程中粉塵及有害氣體難以排出，對人員作業安全及健康造成較大影響[3]。

（3）鋼梁U肋等鋼構件安裝高度達2.48 m，施工作業高差過大，施工作業平臺搭設困難，U肋間間距僅有29.5 cm，施工設施作業空間不足，安裝精度、質量難以保證。

（4）本項目高強螺栓連接數量較多，總共約11萬套，總體施工質量較難把控。因此，施工前需做好抗滑移系數試驗、扭矩系數實驗、扭矩儀標定、電動扳手、檢查扳手的校驗、板面摩擦系數等方面的準備工作。

5.2 控制措施

根據上述分析，對于勝利黃河大橋維修加固施工過程中存在的問題，可以采取的控制措施如下。

（1）針對構件加工尺寸精度問題，采用3D白光掃描技術建立鋼構件三維數字模型（圖4），形成平面圖紙，確定相關尺寸，以保證加工精度要求。

圖4 白光掃描形成U肋三維數字模型

（2）針對照明條件差、空間有限的密閉作業環境，應在鋼箱的每個工作面安放兩個12 V 100 W照明防爆燈進行照明，并在箱室內安裝通風設施，向箱內輸送空氣，在鋼箱內設置軸流風機進行抽風，保證作業空間的空氣流通。

（3）針對施工作業高差過大、鋼構件安裝及仰焊施工作業困難問題，項目利用原有檢查小車軌道自行設計了施工作業平臺（圖5），使平臺能在一個橋跨內自由行走，并在移動支架上搭設加高平臺，以覆蓋整個橋跨的下部施工空間，保證了施工作業的便利性，改善了施工環境。

圖5 施工作業平臺

（4）針對U肋施工空間過小的問題，項目采用臥式磁力鉆，該磁力鉆高20 cm，長23 cm，寬10 cm，可以滿足現有空間施工要求。為了保證U肋蓋板安裝精度，設置臨時固定螺栓，便于螺栓孔及施工手孔打設。

6 結語

通過對勝利黃河大橋主橋鋼梁的加固，本文梳理了施工過程中遇到的難點，結合設計文件及施工組織資料，制定了具有針對性的施工要點控制措施，從而保證主橋正交異性板加固質量，保證新老構件能夠協調受力，達到了預期的加固效果。目前，勝利黃河大橋維修加固已全部完成并已進行試通車運營，后續將通過大橋的動態健康監控系統，綜合評價大橋加固后的使用壽命和加固效果。