鋼筋混凝土箱梁橋加固技術對比研究

摘要：鋼筋混凝土箱梁在我國應用廣泛，但是在長期交通荷載、環境侵蝕、結構性能退化等耦合作用下，混凝土箱梁橋的累積損傷不容忽視。文章總結了鋼筋混凝土箱梁的病害原因，對其加固技術進行了總結分析，并依托實橋加固后的承載力對預應力碳板加固、錨粘鋼板加固、頂板補強層加固和鋼板混凝土組合加固等四種加固方法進行了最優工序分析研究，為后續加固工作提供參考。

關鍵詞：橋梁工程;混凝土箱梁;加固;工序

0 引言

我國自新中國成立后開始大量建造橋梁，尤其在改革開放以來的30多年，是我國橋梁建設發展的黃金時期。截至2017年年底，我國公路橋梁總數達80萬座，已超越美國，位居世界第一。然而，在建造大型高等級橋梁的同時，由于橋梁的“老化”和使用條件的惡化，許多橋梁的服役能力已不同程度地降低，使橋梁安全問題變得愈加突出，安全事故不斷增加。到2017年，我國公路路網中步入維修期的在役橋梁日漸增多，有超過10萬座橋梁為危橋，占現有橋梁的1/8。在這些危險橋梁中，最典型的是混凝土橋梁。在過去的30年中，大量的混凝土橋梁陸續建成，也產生了各種問題，例如腹板底板開裂、跨中嚴重下撓、鋼筋腐蝕和混凝土剝落等，以上問題使混凝土橋梁的平均使用壽命僅為20～30年。既有混凝土橋梁的加固方法（如粘貼鋼板、粘貼碳纖維板、體外預應力補強等）雖然可以改善結構受力狀況，但仍然存在提高承載能力程度不足、耐久性不足等問題，尚不能長期有效地保證混凝土梁橋使用安全。因此，滿足混凝土箱梁橋承載性能與耐久性的新型加固方法和探索不同加固方法的最優工藝流程是橋梁工程師們面臨的重要研究工作。

1 混凝土橋梁病害原因

混凝土橋梁病害是由多方面原因造成的，主要總結為以下幾點：

（1）環境因素：主要包括混凝土橋梁腐蝕、硫酸鹽侵蝕、堿硅反應以及凍融破壞等。

（2）施工因素：施工不當、施工標準化程度低甚至施工過程中偷工減料等施工質量問題也是造成混凝土橋梁病害的主要原因之一。

（3）設計因素：主要包括舊規范里的部分規定已不適用于當前交通環境以及橋梁設計不當等原因。

（4）使用與養護：監管不力，使得橋梁總是在超載的條件下運營以及養護不到位、維修不及時，也會給橋梁帶來不同程度的損壞。

橋梁產生病害后，若不及時維修加固，不斷擴大的病害勢必會導致橋梁的提前損壞，危及人民生命財產安全，而近些年國內外不斷出現的橋梁病害所引發的橋梁坍塌事故更是為各國敲響了警鐘，我國也已經越來越重視舊橋、危橋的維修、養護、加固以及改造。交通部于2001年開始在全國范圍內組織開展舊橋改造工程，國家用于橋梁養護與加固的投資也逐年增加，同時對簡單高效又經濟實用的橋梁加固技術的探索也不斷深入。這些措施都有效改善了我國橋梁使用技術狀況，提高了公路行車的安全水平。

2 加固工程背景

本文以某繞城高速公路養護大修工程為依托，進行了2片帶損傷的預應力混凝土箱梁的試驗研究，實橋箱梁每片跨徑為20 m。兩片試驗梁中，一片梁使用預應力碳纖維板與錨貼鋼板加固，并在頂板鋪設16 cm厚補強層。具體試驗設計參數如表1所示。箱梁底部預應力碳纖維板布置圖如圖1（a）所示，鋼箱梁錨貼鋼板構造如圖1（b）所示。本項目所使用的碳纖維板的參數如表2所示。另一片試驗梁采用鋼板-混凝土組合加固，試驗梁通過在底板和腹板設置加固鋼板和混凝土組合結構體系以及在頂板鋪設混凝土補強層來提高梁的剛度和承載力。組合加固構造如圖1（c）所示。

3 加固工序內容研究

本文對預應力碳板加固、錨貼鋼板加固、頂板混凝土加固層鋪設和鋼板混凝土組合加固進行了最優的施工流程研究。

3.1 預應力碳板加固

本項目對預應力碳板加固方法的工序進行了研究和實踐，得出梁底張拉預應力碳纖維板的操作方法具體如下：

3.2 錨貼鋼板加固

本項目對錨貼鋼板加固的方法進行了最優工序的實踐和研究，具體腹板錨貼鋼板加固工序如下：

（1）定位鋼板位置，放出大樣，對該處的腹板混凝土進行打磨處理，去除表面浮漿，形成平整的粗糙面，使用丙酮擦洗。

（2）放樣錨栓孔位置大樣，使用鋼筋測試儀檢測鉆孔位置是否與鋼筋沖突，并適當避開。植埋螺桿，螺桿距離鋼板邊緣上、下邊緣9 cm。

（3）將鋼板上的螺栓孔打出，用角磨機去除鋼板接觸面上的銹蝕并進行粗加工。打磨方向垂直于鋼板的受力方向，然后用丙酮擦拭接觸面。將鋼板固定在螺栓上，并確保鋼板與混凝土表面之間的間隙>3 mm，以確保注入的厚度>3 mm。

（4）將膠水噴嘴和排氣管分別安裝在鋼板的邊緣，將碗蓋在膨脹螺栓的頭部，并用鋼板的邊緣密封劑密封鋼板的邊緣以完成密封。

（5）用泵將粘鋼灌注膠從注膠嘴注入鋼板與混凝土間隙。在填充過程中，用橡皮錘敲打鋼板以確認填充是否密實，直到所有排氣管膠體溢流，停止灌注。

（6）待灌注膠粘結密實可靠后對鋼板表面進行防腐處理。

3.3 頂板混凝土加固層鋪設

本項目對頂板混凝土加固層鋪設的方法進行了最優工序的實踐和研究，得出頂板混凝土加固層鋪設的操作工序具體如下：

（1）在頂板鉆植筋孔，孔深與植筋埋深相同，為10 cm，孔徑比植筋直徑大2～4 mm，鉆孔應豎直且與頂板鋼筋錯開。

（2）使用空氣壓縮機清理鉆孔內的碎片、灰塵和水分。

（3）將植筋膠灌注至孔深2/3處，待插入植筋后，植筋膠即充滿孔洞。

（4）將植筋膠植入的部分表面污物處理干凈，植筋須插到孔底，孔口溢出的膠體使用鋼刷清理，并用丙酮擦凈、拭干。

（5）待植筋膠完全固化形成強度后，綁扎加固層鋼筋網。若使用植筋焊接定位鋼筋網，則應注意焊點離膠面≥10 cm，且不能對一根植筋連續焊接。

（6）澆筑頂板加固層混凝土層。

3.4 鋼板混凝土組合加固

本項目通過對鋼板混凝土組合加固進行了最優的工序實踐研究，得出以下具體工序：

（1）鑿毛和鉆植筋孔。將加固梁底板和腹板與混凝土接觸的部分鑿毛，然后放出植筋孔位置。為了避免給原梁混凝土造成不必要的傷害，設計植筋孔位置時應考慮將其在縱向錯開布置，同時也注意避讓原梁預應力鋼筋和普通鋼筋。放樣后鉆孔，孔徑比植筋直徑大2～4 mm。鉆孔完成后使用空氣壓縮機清除孔內雜質并使用丙酮擦拭干凈。

（2）植筋。將植筋要植入的部分表面污物處理干凈，將植筋膠灌注至孔深2/3處，迅速插入植筋，防止膠體溢出。植筋須插到孔底，孔口溢出的膠體使用鋼刷清理，并用丙酮擦凈、拭干。腹板植筋在支點附近加密，植筋頭朝向支座45°向上，大致與主拉應力平行，達到抑制斜裂縫的作用。底板植筋頭方向與梁縱軸線平行。

（3）綁扎鋼筋網。鋼筋網可以與植筋綁扎以固定其位置。箍筋在支座附近與植筋同等加密，以提高梁的抗剪強度。

（4）焊接栓釘，鋼板就位。在鋼板上焊接圓柱頭栓釘，安裝鋼板就位，確保鋼板與原梁之間的距離為加固混凝土的厚度。為便于安裝與制作，鋼板分為三個節段，安裝就位后焊接鋼板。

（5）封邊并澆筑加固混凝土。混凝土澆筑時應使用振搗棒不斷在鋼板外側振搗，確保混凝土澆筑密實。

（6）試驗梁養生。加固混凝土澆筑完畢后，試驗梁進入養生階段，在標準條件養生28 d以后，便可進行鋼板-混凝土組合加固混凝土梁靜力破壞性試驗。

4 結語

本文介紹了鋼筋混凝土梁加固的試驗設計與施工，并對加固方案的整體設計做了介紹，研究了預應力碳纖維板加固、錨貼鋼板加固梁、頂板混凝土加固層鋪設和鋼板-混凝土組合加固梁的加固設計優化施工工藝流程，為以后的混凝土梁橋加固提供參考。

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作者簡介：劉鑠龍（1992—），助理工程師，主要從事高速公路建設與養護工作。