丁家窯T型梁橋加固維修設計與施工

王煜壽

(甘肅省白銀公路管理段,甘肅白銀 730900)

丁家窯T型梁橋加固維修設計與施工

王煜壽

(甘肅省白銀公路管理段,甘肅白銀 730900)

裝配式T型梁橋在正常運營中,由于超載、超重車輛的作用,加之設計施工等方面的因素,造成橫隔板連接件斷裂、脫焊、混凝土脫落、鐵件外露,橋梁剛度下降、穩定性差。本文以丁家窯橋為例介紹了裝配式T型梁橋橫隔板連接件斷裂、脫焊這一常見病害在日常養護中的維修。

裝配式T型梁橋 病害 加固維修

1 橋梁概況

國道109線K1604+880丁家窯橋,于1989年建成通車,上部結構為1-16m鋼筋混凝土裝配式T型梁,橋長32.28M,橋面寬凈-11+2×0.5M安全帶,下部結構為U型橋臺,混凝土擴大基礎,設計荷載：汽-20級,掛-100級,橋梁設計按抗震烈度8°設防。

2 橋梁使用情況

裝配式T型梁橋作為一種常見的橋梁型式,因其自重輕,施工簡單而廣泛應用。隨著近年來經濟的快速發展和交通量的迅速增長,交通運輸日益繁重,過橋車輛日趨大型化、重型化,特別是大噸位車輛運輸急劇增加,使橋梁經常承受遠大于設計荷載的負荷作用。造成T型梁橫向連接強度不夠、橫隔板抗剪能力和橋梁承載能力嚴重不足,在車輛經過時有明顯的振感,影響行車的舒適性和安全運營。

3 病害原因分析

丁家窯橋經過二十余年的運營,橫隔板連接件鋼板斷裂、脫焊、混凝土脫落、鐵件外露情況十分嚴重,為確定病害原因,我段橋梁工程師對該橋病害進行了詳細地觀測調查,確定了具體的破損部位、數量及破損形式,并對其分析后確定：斷裂的連接件大多位于主行車道的處,其破壞的主要原因為：

圖1

圖2

(1)超載、超重車輛過橋時,致使梁體底部張力過大,造成連接件鋼板拉裂、脫焊,橫隔板抗剪能力和橋梁承載能力嚴重不足。

(2)梁體吊裝施工中,因安裝位置誤差致使兩片梁之間橫隔板內的預埋件不在同一平面上,使得按原設計制作的連接件不能與預埋件牢固焊接,致使連接件鋼板在外荷載作用下產生扭曲斷裂、脫焊。

(3)連接件鋼板設計厚度不足或截面尺寸偏小致使連接件抗拉強度不足,造成連接件斷裂、脫落。

(4)焊接人員本身的焊接技術不過硬,采用的焊條、電焊機型號不符要求,造成焊接質量不高,導致連接件脫焊。

4 加固維修方案

為探索最佳、最經濟有效的加固方案,為以后橫隔板加固積累經驗,結合其它已成功實施的加固技術,制定以下維修方案：

(1)對銹蝕、斷裂的橫隔板連接鋼板、抹面砂漿予以拆除,將預埋在梁體內的鋼板預埋件進行除銹處理,采用Mn16鋼板重新加工焊接,焊接完成后采用環氧樹脂砂漿抹面,以保護鋼板,防止生銹。

(2)為加強梁體之間的橫向剛度,在原橫隔梁位置下部各增設一道橫系梁,增設的橫系梁采用20a型工字鋼。為使工字鋼和T梁結合牢固,在梁肋下端和側面分別粘貼1.2cm厚鋼板,下端鋼板直接與工字鋼焊接,側面鋼板用2cm厚鋼板與工字鋼搭接焊。

5 施工工藝

(1)破損橫隔板修復。首先,人工鑿除破損橫隔板連接件表面的混凝土,沿連接件邊緣線適當擴大鑿出范圍,清除四周松動、風化的混凝土,直至潔凈混凝土外露,以保證焊接完成后混凝土修補效果。采用氧氣割焊切除已經斷裂的連接鋼板,重新加工制作連接件鋼板,將12mm厚的鋼板按照預埋件的長度切割成長12cm、寬6cm的條形鋼板,將按規格加工好的條形鋼板表面及橫隔板預埋件鋼板表面進行打磨除銹,直至鋼板表面平整、無銹跡、無局部彎曲。下料時采用半自動切割方法,切割邊潔凈、表面光滑、無毛刺、咬口,以確保鋼板之間焊接質量達到要求。在預埋件的下邊緣處確定合格的位置,安置切割好的鋼板條后,對連接件施焊。焊接時焊縫必須布滿連接件的邊緣,以確保焊接的牢固性,焊縫應連續均勻,避免虛焊、假焊、浮渣、焊瘤、弧焊、表面裂紋等現象的出現。焊接時應根據焊接鋼板的厚度選擇適當的焊條施焊,同時應注意調整電焊機的電流大小,以能連續施焊、無阻滯為宜,電焊機的電流過大會使連接件過焊、在其表面形成弧焊,同時也會在焊縫附近一定范圍內形成熱脆區,影響鋼板的抗拉性能。焊接完成后采用環氧樹脂砂漿抹面,其厚度不小于2cm。橫隔板修復后效果如圖1所示。

(2)增設橫系梁。除焊接連接件的鋼板、修復破損的橫隔板外,還在T梁梁底(每道橫隔板豎直位置處)橫向增設20a型工字鋼橫系梁,以增強橋梁的整體橫向聯系。為使工字鋼和T梁結合牢固,在梁肋下端和側面分別粘貼1.2cm厚鋼板,下端鋼板直接與工字鋼焊接,側面鋼板用2cm厚鋼板與工字鋼搭接焊。1)加工鋼板。鋼板采用Mn16錳鋼,質量規格符合有關規范要求,表面應潔凈、平整、無局部彎曲,無變形、松脫和開裂,鋼板必須除銹至呈現金屬光澤并保持干燥。按錨栓設計位置對鋼板鉆孔,孔的邊緣應清除毛刺。2)被粘混凝土和鋼板粘合面表面處理。仔細鑿除崩裂、起殼和腐蝕的混凝土,須鑿至堅硬密實部分為止。為了保證新澆混凝土與老混凝土之間在周邊粘結良好,鑿除部分的周邊應有碗口形明顯輪廓,周邊輪廓深度至少3cm。對無病害的老混凝土用斬斧在粘合面上依次輕斬混凝土表面,斬斧紋路應與受力方向垂直,除去表面0.2～0.3mm以露出砂石新面,用毛刷掃除表面粉粒,并使混凝土粘合面干燥清潔。鋼板粘合面可用噴吵或平吵輪打磨除銹,直至出現金屬光澤,鋼板粘合面有一定粗糙度,打磨紋路應與鋼板受力方向垂直,用無油棉絲蘸丙酮擦拭鋼板粘合面,直到用新棉絲蘸丙酮擦拭后不見污垢為止。3)鉆孔。按設計要求的孔眼位置在混凝土粘合面上選用與膨脹錨固螺栓相應直徑鉆頭用電鉆(沖擊鉆)鉆孔。由于鋼筋混凝土內有鋼筋,而且鋼筋實際位置與設計誤差較大,容易在鉆孔時碰到鋼筋阻礙,故需用鋼筋探測器確定鋼筋位置,并允許為避免內部鋼筋而適當移動孔眼位置。待混凝土粘合面上孔眼全部鉆成后,用薄紙覆蓋在混凝土面上畫出混凝土孔眼位置;然后覆蓋到鋼板粘合面上,用電鉆鉆取相應孔眼,以使孔眼對準無誤;然后把有孔眼的鋼板覆蓋到混凝土粘合面上。核對孔眼位置,如不吻合還需修正。鉆孔應清理干凈,保持干燥,不得有油污。4)建筑結構膠涂敷和粘合。鋼板粘貼應選擇在干燥環境下進行;使用的結構膠應符合基本性能要求,結構膠技術要求：抗剪＞18N/mm2,抗拉＞20N/mm2。膠料應嚴格按比例稱量配比,充分攪拌不得有沉淀色差,容器內應清潔,不應有灰塵、水分和油漬混入,兩組料配合后必須在30min內使用,否則開始固化后就無法粘合。將新配合好拌和均勻的建筑結構膠用刮刀(鏟刀)緊密地、均勻地分別涂抹在做過表面清潔處理的混凝土粘合面和鋼板粘合面上,使之充分浸潤在粘合面上。在混凝土孔眼中擠入結構膠,塞上螺栓(螺栓也要用丙酮擦試除油污)。在板寬中央涂抹膠的厚度達3mm,兩側可薄一些,并由多名技術工人共同托住鋼板對準螺栓向混凝土粘合面粘合,并迅速擰緊螺栓鉗固鋼板,使鋼板與混凝土粘合面緊密粘合,擠出多余建筑結構膠。應對涂膠飽滿程度進行檢查,用手鍾沿粘貼面輕輕敲擊鋼板,如無空洞聲表示已粘貼密實,否則應剝下鋼板,重新補膠粘。拌和的建筑結構膠基本固化時間約24h,此后即可受力。固化后,應用小鍾輕輕敲擊鋼板,由聲響判斷粘結效果。粘結面積應不小于90%,否則此粘結不合格,應剝下重新粘貼或采取有效措施補粘或補強。5)工字鋼焊接。下端鋼板直接與工字鋼焊接,側面鋼板用2cm厚鋼板與工字鋼搭接焊。焊接工作要在粘貼3天后進行,在焊接時要注意不能長時間作業,以免引起結構膠失效。鋼板焊縫長度和寬度符合要求。

(3)鋼板防銹。應先將裸露在外面的鋼板表面除銹,再用丙酮或酒精除去油污,并保持干燥,進行清潔處理后,才后進行涂刷,后涂必須在前涂固化后才能進行,涂刷采用環氧富鋅底漆兩道和云鐵氧化橡膠面漆一道方式進行防腐。增設工字鋼效果如圖2所示。

6 加固效果

丁家窯橋在加固后,橋梁整體剛度明顯增大,穩定性增強,重車過橋時,再無振感,運營二年以來,T梁橫隔板再無破壞,絞縫處混凝土完好無損,各種連接件也無變形。說明該橋的加固方案是有效的,設計是合理的,施工技術也是成熟的。

7 結語

通過對丁家窯橋的成功加固,結合其它已成功實施的加固技術,已探索出了一最佳的、經濟有效的加固方案,為同類橋梁加固維修和設計與施工積累了寶貴經驗。裝配式T型梁橫隔板連接件斷裂脫落是T型梁橋養護中常見的病害,也是不容忽視的病害,直接影響到橋梁的安全使用,應做到早發現早處治,早起處治可避免連接件斷裂處周圍的連接件因承載過大而引起連鎖反應,減輕日后處治的難度,保證橋梁的安全使用。

[1]《公路橋梁加固設計規范》(JTG/T J22-2008).

[2]《公路橋梁加固施工技術規范》(JTG/T J32-2008).

[3]《公路橋涵施工技術規范》(JTG_T_F50-2011).

[4]《公路橋涵施工技術規范》(JTG H11-2004).