三峽專用公路橋梁加固及施工工藝研究
2015-09-14 
   1 工程概況

   三峽專用公路是三峽工程對(duì)外交通的主干道,為全封閉、全立交、雙向四車道的山嶺區(qū)準(zhǔn)一級(jí)汽車專用公路,全長(zhǎng)28km,于1996年10月建成通車。全線共有大中小橋27座,其中特大橋3座,大橋9座,中橋14座,小橋1座。其中特大橋均為鋼管砼拱結(jié)構(gòu),大橋?yàn)?5m~125m連續(xù)箱梁、30m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁和16m空心板結(jié)構(gòu),中小橋除了宋家溝中橋?yàn)?-30m混凝土板拱橋外,其余均為30m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁和16m空心板。

   2病害形式及加固措施

   2.1 空心板裂縫

   檢測(cè)發(fā)現(xiàn)多數(shù)空心板橋梁的底板上橫向貫穿裂縫較普遍,有些板的裂縫從底板向側(cè)面延伸。

   首先對(duì)裂縫按以下原則進(jìn)行處理:裂縫寬度<0.15mm,封閉處理;裂縫寬度≥0.15mm,灌漿處理;裂縫寬度≥5mm,填充膠泥處理。

   此外,當(dāng)部分空心板板底裂縫較多或裂縫超限(≥0.2mm)時(shí),結(jié)構(gòu)剛度降低、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂處會(huì)發(fā)生應(yīng)力重新分布。因此,除了對(duì)空心板裂縫進(jìn)行封閉和灌漿處理外,還采取在板底粘貼碳纖維布進(jìn)行加固。

   2.2 墩臺(tái)身、墩臺(tái)帽裂縫

   墩臺(tái)身裂縫多為豎向,破損較嚴(yán)重的墩臺(tái)身伴有橫向裂縫。部分墩臺(tái)帽梁在正彎矩區(qū)或負(fù)彎矩區(qū)沿主拉應(yīng)力的垂直方向產(chǎn)生裂縫。分析原因是由于地基不均勻沉降或墩臺(tái)身(墩臺(tái)帽)砼強(qiáng)度及配筋不足等原因所產(chǎn)生。加固措施為首先對(duì)裂縫處理后,再在裂縫處粘貼鋼板加固。

   2.3 拱橋主拱圈和腹拱圈出現(xiàn)裂縫

   根據(jù)荷載試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算,該橋主拱圈和部分腹拱圈的剛度不足。最初設(shè)計(jì)采用拱底植鋼筋網(wǎng)、加厚拱圈、立墻粘貼碳纖維布的加固方案,后來(lái)優(yōu)化調(diào)整為在主拱跨中部位粘貼縱橫向鋼板、腹拱及立墻粘貼橫向鋼板的加固方案,較原方案可大量減輕結(jié)構(gòu)自重,同時(shí)施工簡(jiǎn)便可靠。

   2.4 箱梁斜向剪切縫、橫隔板豎向剪切縫

   荷載試驗(yàn)結(jié)果表明,梁端和箱梁腹板抗剪能力不足。加固措施為在腹板內(nèi)外兩側(cè)局部范圍粘貼鋼板(縱向和斜向布置)、墩頂及跨中橫隔梁粘貼鋼板(水平布置)、底板外側(cè)部局部范圍縱向粘貼碳纖維布、腹板內(nèi)側(cè)局部豎向粘貼碳纖維布。

   2.5 特大橋鋼管拱內(nèi)混凝土脫粘空洞

   荷載試驗(yàn)分析表明跨中拱頂截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)較大是由于鋼管拱內(nèi)局部混凝土與鋼管脫粘導(dǎo)致局部鋼管應(yīng)力偏大引起的。加固措施為對(duì)脫粘厚度1mm以上,且沿橋縱向連續(xù)脫粘長(zhǎng)度大于100cm的脫粘空洞采用灌漿法修補(bǔ)。

   2.6 支座損壞

   對(duì)損壞及嚴(yán)重變形的空心板和T梁支座,采取整體頂升梁板進(jìn)行更換。

   3 施工工藝

   上述病害加固措施歸納起來(lái)主要有:裂縫封閉、裂縫灌漿、粘貼碳纖維布、粘貼鋼板、梁板整體頂升更換支座、鋼管拱灌漿等,其施工工藝如下。

   3.1 裂縫封閉(裂縫寬度<0.15mm)

   先用高速砂輪片沿裂縫走向打磨,開(kāi)V型槽,深約1mm~2mm,寬約4mm~6mm;再對(duì)打磨區(qū)域除污去塵,用丙酮或酒精清洗干凈;最后用混凝土修補(bǔ)膠將裂縫表面或V型槽封閉、壓實(shí)、刮平,封閉裂縫。

   3.2 裂縫灌漿(0.15mm≤裂縫寬度<5mm)

   1)工藝流程:裂縫的測(cè)量與記錄→縫口清理→粘貼灌膠嘴→密封膠封閉裂縫→密封檢查→配置灌縫膠注入膠液→養(yǎng)護(hù)→表面清理;2)裂縫縫口表面的處理:先用鋼絲輪清除掉縫口6cm范圍的灰塵和污垢,再對(duì)縫口兩旁密封部分除污去塵,并用壓縮空氣吹除縫內(nèi)浮塵;3)埋設(shè)灌漿嘴:裂縫表面處理完后,將灌漿嘴埋設(shè)在裂縫的交叉處、較寬處、端部或經(jīng)拓寬處理的縫口部位,埋設(shè)間距為300 mm~500mm;4)封縫:灌漿嘴埋設(shè)后,沿縫口用混凝土密封膠材料進(jìn)行密封,封縫厚度約1mm~2mm,寬度約30mm~50mm;5)密封檢查:待密封膠達(dá)到強(qiáng)度后,沿縫涂抹一層肥皂水,并隔1 000mm~2 000mm的間距把中間的注漿孔用螺栓(纏生膠帶)堵上,從灌漿嘴中通入壓縮空氣,對(duì)于密封的縫上有冒泡現(xiàn)象的,則對(duì)該部位重新密封;6)配制注縫膠注膠:嚴(yán)格按說(shuō)明書控制漿液的配制比例,采用空壓機(jī)進(jìn)行壓力灌漿灌漿壓力控制在0.2MPa~0.5MPa之間,防止壓力過(guò)大使裂縫封堵材料爆裂。 灌漿由低端向高端進(jìn)行,灌漿時(shí)間隔預(yù)留出氣孔和進(jìn)漿孔,當(dāng)出氣孔出漿后,再把其作為進(jìn)漿孔再進(jìn)行灌注,依序進(jìn)行,前面的進(jìn)漿孔予以密封,直至灌完;7)封口結(jié)束:待漿液初凝后即拆下灌漿嘴,清除密封層,并將灌漿嘴處用密封膠抹平。

   3.3粘貼碳纖維布

   1)工藝流程:混凝土表面處理→配制并涂刷底層膠→涂刷浸漬膠→粘貼碳纖維布→表面防護(hù)→固化與養(yǎng)護(hù);2)混凝土表面處理:用鋼絲輪角磨機(jī)打磨混凝土表層的劣化層,并用吹風(fēng)機(jī)吹凈,露出干凈、結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的表面。對(duì)基面尖銳凸起的部位,用角磨機(jī)磨平,對(duì)于轉(zhuǎn)角粘貼部位,用角磨機(jī)進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑R≥25mm。最后用無(wú)油壓縮空氣吹除粉塵,使得表面干凈并保持干燥;3)配置并涂刷底層膠:按配方比例配置底層膠,用滾筒刷或毛刷將底層膠均勻涂抹于混凝土表面。涂刷時(shí)應(yīng)力求薄而均勻,厚度不得超過(guò)1mm,鋼筋及凸凹不平等難于涂刷部位須反復(fù)涂刷。待膠體表面指觸干燥后,再進(jìn)行下一步施工;4)涂刷浸漬膠:按配方比例配置浸漬膠,均勻涂抹于需要粘貼的混凝土表面,搭接、拐角等部位要多涂抹一遍;5)粘貼碳纖維布:將碳纖維布用手輕壓貼于粘貼處,用特制的滾筒或塑料批刀沿纖維方向多次滾壓,擠除氣泡,并使浸漬膠充分浸透碳纖維布,且不要損傷碳纖維布,這是確保粘貼碳纖維布施工質(zhì)量的關(guān)鍵。多層粘貼重復(fù)上述步驟,待纖維表面指觸干燥后進(jìn)行下層的粘貼。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹表層膠,帶膠體凝固后用小錘進(jìn)行敲擊檢查其粘接情況,如出現(xiàn)空敲等粘結(jié)不密實(shí)現(xiàn)象,應(yīng)采取補(bǔ)救措施,保證粘接面粘接率大于95%;6)表面防護(hù):最外層表面在涂抹浸漬膠后須再用人工或機(jī)械在表面點(diǎn)粘砂粒,增加表面粗糙度,然后用空壓泵噴涂一層水泥膠砂,使處理后梁體表面顏色一致;7)固化與養(yǎng)護(hù):采取措施保證碳纖布粘貼后不受污染或雨水侵蝕,24小時(shí)內(nèi)確保不受外力硬性沖擊等干擾,自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間為5天左右。

   3.4 粘貼鋼板

   1)工藝流程:畫線定位→被粘混凝土表面和鋼板表面處理→植化學(xué)錨栓→安裝鋼板→封邊→灌注粘鋼膠→固化→檢查→表面防腐;2)劃線定位:根據(jù)加固施工圖,準(zhǔn)確地在混凝土表面劃出粘貼部位輪廓線及錨栓位置;3)表面處理:對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨,除去2mm~3mm厚表層,直到露出新鮮混凝土面,并用無(wú)油空壓機(jī)進(jìn)行除灰,再用酒精清洗干凈,對(duì)凹凸不平的位置進(jìn)行修補(bǔ)處理。對(duì)鋼板粘結(jié)面用角磨機(jī)打磨除銹,直到露出金屬光澤,并用棉紗沾丙酮擦拭干凈;4)植化學(xué)錨栓:將化學(xué)錨栓按設(shè)計(jì)要求植入混凝土;5)鋼板安裝:采用磁力鉆在鋼板上鉆出錨栓孔,將鋼板通過(guò)化學(xué)錨栓螺桿固定在粘貼位置,鋼板與砼面之間留出不小于3mm間隙以便灌膠,可采用加塞3mm鐵絲進(jìn)行控制;6)封邊:將注膠嘴粘結(jié)在鋼板的注入孔上,在鋼板邊緣插入排氣管,在螺桿外露端頭用高強(qiáng)封堵材料包裹密封,然后用鋼板封邊膠封閉螺桿和鋼板邊緣。注膠嘴布置間距為50cm~60cm。用批刀將鋼板周邊縫隙、注膠嘴周邊間隙用封邊膠密封,封邊膠與梁底板成近似45°角;7)灌注粘鋼膠:按照由低往高的順序從較低的一端開(kāi)始注膠;鄰注膠嘴開(kāi)始有膠液流出后,在當(dāng)前注膠嘴持續(xù)灌注2min~5min,同時(shí)用小錘持續(xù)敲擊檢查當(dāng)前注膠嘴與下一注膠嘴之間的鋼板段的注膠密實(shí)度,在確認(rèn)該段鋼板內(nèi)膠液已密實(shí)后,將當(dāng)前注膠嘴封閉,移至下一注膠嘴繼續(xù)注膠。注膠壓力控制在0.3MPa~0.5MPa,注膠的同時(shí)用小錘持續(xù)敲擊鋼板,提高膠液流動(dòng)性,在通過(guò)檢查最后一個(gè)排氣管口周圍已滿膠并確定連續(xù)出膠無(wú)氣泡后進(jìn)行封堵,封堵后維持較低壓力穩(wěn)壓注入3min~10min封堵注膠嘴;8)檢測(cè):小錘敲擊鋼板檢驗(yàn)鋼板的有效粘結(jié)面積,錨固區(qū)有效粘貼面積不小于95%,并對(duì)空鼓位置進(jìn)行補(bǔ)灌;9)表面防腐:鋼板表面噴涂水泥膠砂進(jìn)行表面防腐。

   3.5梁板整體頂升更換支座

   1)工藝流程:安放千斤頂→聯(lián)接、調(diào)試千斤頂和油泵站→頂升準(zhǔn)備→梁體同步頂升→更換支座→回油松降千斤頂;2)安放千斤頂:采用板型聯(lián)動(dòng)式液壓千斤頂,該千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊、扁平、體積小,可以直接置于梁底和蓋梁或臺(tái)帽之間,完成頂升作業(yè)。千斤頂要安放平穩(wěn),頂升支點(diǎn)嚴(yán)格對(duì)正T梁肋板或空心板兩肋以防梁體損傷,上下均墊鋼板以防混凝土局部損傷;3)聯(lián)接、調(diào)試千斤頂和油泵站,確保全套頂升設(shè)備的機(jī)械完好率100%;4)頂升準(zhǔn)備:頂升期間封閉交通,設(shè)備操作人員、監(jiān)測(cè)人員明確分工,各就各位,統(tǒng)一指揮。首先緩慢加壓、回油回油2次~3次,目的在于排出油管內(nèi)的空氣,并可以調(diào)節(jié)每個(gè)千斤頂鋼板和梁體橫隔板梁接觸點(diǎn)的受力狀況大至相同;5)梁體同步頂升:油泵站繼續(xù)增油,各梁體同步、同幅頂升,頂升量不得超過(guò)計(jì)算值,不得造成橋梁上部橋面鋪裝和橋面連續(xù)部位的結(jié)構(gòu)層受力破壞。頂升全過(guò)程應(yīng)密切觀察梁體和墩臺(tái)情況,若有異常應(yīng)立即停止頂升;6)更換支座:當(dāng)梁體被頂升6mm~7mm,這時(shí)關(guān)緊輸油油閥及各個(gè)千斤頂油管連接處的油閥,并停止油泵站工作,進(jìn)行支座更換。

   3.6 鋼管拱灌漿

   1)工藝流程:脫粘空洞檢測(cè)→機(jī)械開(kāi)孔→粘接灌漿嘴→配置灌漿液灌漿→養(yǎng)護(hù)→封閉灌漿口;2)脫粘空洞檢測(cè):采取錘擊結(jié)合超聲波的方法進(jìn)行全橋詳細(xì)檢測(cè),并繪制空洞現(xiàn)狀圖;3)機(jī)械開(kāi)孔:依據(jù)空洞現(xiàn)狀圖,確定灌漿孔開(kāi)孔的位置,在空洞端部、空洞交叉處和空洞較寬處應(yīng)設(shè)灌漿孔,貫穿性空洞兩端都必須設(shè)灌漿孔。采取機(jī)械鉆孔,不得采用高溫切割,同時(shí)采取降溫措施,以保證主拱肋開(kāi)孔位置處溫度不發(fā)生急劇升高。開(kāi)孔直徑為8mm的圓形孔,間距50cm~100cm,不得同時(shí)在同一斷面上開(kāi)孔;4)粘接灌漿嘴:灌漿嘴粘接牢固、密封,灌漿前壓氣逐一檢查灌漿孔的連通和密封效果;5)配置灌漿液:嚴(yán)格按產(chǎn)品確定的配合比配置灌漿料,攪拌均勻,配置好的灌漿料要在初凝時(shí)間內(nèi)使用完畢。灌漿要求在夜間封閉交通時(shí)施工,灌漿順序豎縫自下而上,平縫自一端向另一端逐一進(jìn)行,灌漿壓力0.3MPa~1MPa;6)養(yǎng)護(hù):在漿液凝固后且有一定強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度>20MPa)后方可開(kāi)放交通。在未完成灌漿且灌漿材料強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%前,須對(duì)交通嚴(yán)格管制;7)封閉灌漿口:待灌漿液固化后,拆除灌漿嘴,再次檢測(cè)拱肋混凝土是否密實(shí),如不密實(shí),應(yīng)進(jìn)行二次灌漿。確認(rèn)密實(shí)后,用鋼板和粘鋼膠將灌漿孔封閉,表面進(jìn)行防腐處理。

   4 結(jié)論

   以上介紹的加固方法只是眾多加固方法中的一部分,加固技術(shù)作為一門新興技術(shù),正隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)而日益進(jìn)步。目前全國(guó)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的橋梁亟待加固,科學(xué)合理又經(jīng)濟(jì)的加固方法會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。首先要對(duì)橋梁病害進(jìn)行全面細(xì)致的調(diào)查,必要時(shí)進(jìn)行荷載試驗(yàn),然后正確分析病害產(chǎn)生的原因,再結(jié)合結(jié)構(gòu)驗(yàn)算制定科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的加固方案。施工中要嚴(yán)格控制施工材料和工藝。目前市場(chǎng)上加固材料魚目混雜,施工企業(yè)良莠不齊。由于橋梁加固工程施工具有影響因素多、質(zhì)量隱蔽性強(qiáng)、檢查難以及帶載施工風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn),比新建橋梁還復(fù)雜,因此對(duì)技術(shù)和過(guò)程管理要求很高,沒(méi)有一定的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn),對(duì)被加固橋梁沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)理解,不可能做出一個(gè)成功的加固項(xiàng)目。因此選擇優(yōu)質(zhì)的加固材料和專業(yè)技術(shù)雄厚、管理規(guī)范的施工企業(yè)尤其關(guān)鍵。
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