板梁橋黏貼鋼板加固方法及其控制要點

葉敬元 于心然

摘 要：以為3 m*10 m裝配式預應力混凝土空心板梁為例，闡述黏貼鋼板加固方法及控制要點。

關鍵詞：空心板梁;預防性養護;粘鋼加固

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：B

《公路工程技術標準》（JTJ 001-97）（簡稱97《標準》，下同）、《公路橋涵設計通用規范》（JTJ021-89）（簡稱89《規范》，下同）和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85，簡稱85《規范》，下同）中，最高的車輛荷載標準是汽-超20，掛車120。1985年至今，該標準和規范已經作過兩次修訂，目前是《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）、《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）（簡稱2018《規范》）。現行汽車荷載采用車道荷載+車輛荷載組成。特別是對跨徑5 m橋梁，集中荷載PK由《公路工程技術標準》（JTG B01-2003）的180 kN提高到2014《標準》的270 kN，在跨徑5 m～50 m之間按直線內插（270 kN～360 kN），即2018《規范》公式PK=2（L0+130）。標準及規范的修訂以及實際交通量的變化，對橋梁使用造成一定的影響。針對當年按97《標準》、85及89《規范》設計的小跨徑板梁橋，在不滿足現行規范和實際運營荷載的情況下，如何采取預防性養護措施，是現役橋梁運營管理面臨的一個課題。其中粘鋼加固是有效的措施之一。

1 工程概況

某高速公路于2001年底建成通車。采用的是上述97《標準》、85和89《規范》。該高速公路上的小跨徑空心板梁，梁底出現了一些縱向裂縫等病害，如圖1。

該橋的上部結構為3 m*10 m裝配式預應力混凝土空心板梁，下部結構為雙柱墩、U型臺。橋梁立面圖見圖2和空心板梁斷面圖見圖3。

2 板梁彎矩的計算

2.1 計算模型及參數

混凝土材料力學性能：10 m預制板混凝土采用40號混凝土，容重γ=26 kN/m3，彈性模量 E=3.25×104 MPa。收縮徐變時間考慮成橋10年，即3 650天;預應力鋼絞線采用 ASTMA416-87a標準270級φj12.7 mm，公稱面積98.7 mm2，標準強度Ryb=1 860 MPa，彈性模量E=1.95×105 MPa;張拉控制應力：10 m板預應力鋼束張拉控制應力為1 339 MPa;

汽車荷載：汽車荷載采用車道荷載加載;沖擊系數：按照《公路橋涵通用設計規范》JTG D60-2015 4.3.2 條規定計算;整體升、降溫：按升溫25℃，降溫20℃考慮。

2.2 抗彎承載能力計算結果

本次設計荷載按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）取公路-I級。10 m跨徑小板梁橋在荷載基本組合作用下的跨中彎矩效應值和承載力見表1。

由表1可知，板梁的抗彎承載力與效應值相差較大，承載力不足，不滿足現行規范要求。雖然目前板梁尚未出現橫向裂縫，但承載能力儲備不足，還應提前介入，采取預防性養護措施，防患于未然。

3 預防性養護方案

根據表1計算得到的承載力與效應值進一步計算出小板梁橋縱向所需要的鋼板用量，計算方法參照《公路橋梁加固設計規范》（JTG/T J22-2008）。采用板底粘鋼進行加固，方案為：每片邊梁粘貼寬250 mm，厚5 mm的鋼板2片，每片中梁粘貼寬200 mm，厚5 mm的鋼板2片。如圖4。

4 粘鋼加固的施工工藝與控制要點

4.1 粘鋼加固的施工主要流程

厚5 mm的鋼板采用手工涂膠法粘貼鋼板。主要流程如圖5：

4.2 主要工藝與控制要點

4.2.1 放樣

包括梁底表面放樣和鋼板放樣。梁底表面放樣是對照圖紙把鋼板的大概位置在梁底板表面放出來，后期結合探筋結果進行適當調整。鋼板放樣是對照圖紙尺寸進行鋼板裁剪。

4.2.2 梁底混凝土表面處理、探筋、植筋、鑿毛

a）梁底混凝土表面處理包括梁底混凝土表面缺陷修補、鋼筋除銹、混凝土表面打磨，使梁底表面平整度達到要求，無裂縫、脫層、起鼓、脫落等病害。推薦的工法：可選擇水泥砂漿、聚合物水泥砂漿、改性環氧砂漿或批嵌結構膠等方法修補梁底混凝土蜂窩、空洞。鋼筋打磨，在修補的混凝土范圍及周邊涂刷滲透型阻銹劑。固化后打磨至堅實平整的混凝土新面。

b）探筋就是要探明梁底鋼筋的位置，為精確鉆孔提供保障，避免鉆孔時碰到鋼筋，特別是避免碰到預應力鋼絞線。比如：對照原板梁配筋圖，采用鋼筋探測儀探測原有普通鋼筋和預應力鋼束位置;并采用有色筆標注出鋼筋和鉆孔的準確位置。

c）植筋包括鉆孔、注膠和植筋。在探測標注的鉆孔的平面位置實施鉆洞?？咨?、孔徑、注膠量、垂直度要嚴格控制。推薦的工法：采用與植筋直徑配套鉆頭的電鉆進行鉆孔（禁止使用水鉆）。如萬一碰到普通鋼筋和預應力鋼束時，可重新探測，適當調整鉆孔位置。清孔，用壓縮空氣由內向外吹出孔內積灰，用毛刷擦刷孔壁，反復多次，至孔中清潔、干燥，不建議用水沖洗。采用待植筋的的鋼筋或螺栓試插，檢查孔深和孔徑。注膠，比如采用管式化學錨栓，則插入管式膠黏劑，機械旋入錨栓至設計深度。

d）鑿毛就是梁底混凝土要鑿毛。梁底露出新鮮的混凝土，有2 mm～3 mm紋理深度，保持干燥清潔狀態。推薦的工法：在梁底粘鋼的放樣范圍內用斬斧依次輕斬混凝土表面，紋路應與受力方向垂直，用無油壓縮空氣吹除或用毛刷掃除表面粉粒;然后采用無油棉絲球蘸丙酮擦拭混凝土粘合面，除去油污。

4.2.3 鋼板加工、制作，打孔、打磨

a）鋼板加工、制作，就是根據設計圖紙進行鋼板下料和裁剪。切割邊緣表面光滑無毛刺、咬口、翹曲等缺陷。應采用通長鋼板，不得焊接接長，長度不足的鋼板應予廢棄。宜在工廠中完成，或向工廠下單定制。并給鋼板進行編號、標注方向，與梁體位置相對應。

b）打孔，就是在鋼板上打螺栓孔。這個孔位應與梁底板螺栓孔吻合。推薦的工法：采用一塊和鋼板長寬一樣的透明塑料板，將已經植入梁體的螺栓的位置放樣到透明塑料板上，在透明塑料板上標注出螺栓孔的位置，再把這個帶有標注螺栓孔位置的透明塑料板固定在鋼板上，在透明塑料板上螺栓孔位置打孔且穿過塑料板，繼續穿過鋼板，這樣就完成鋼板打孔。清楚孔的邊緣毛刺。

c）打磨?；炷琉べN面要鑿毛，鋼板的黏貼面也要打磨，達到除銹和粗糙的要求。推薦的工法：可采用噴砂或平砂輪打磨，直至出現金屬光澤，打磨紋路應與鋼板受力方向垂直，手摸應有“扎手”感，不得漏打。如有污染，宜采用無油棉絲球蘸丙酮擦拭。

4.2.4 膠黏劑配制

采用A級膠，其性能需滿足《公路橋梁加固設計規范》（JTG/T J22-2008）的要求。按照生產廠家產品要求進行配制。使用易大口盆（桶），按照配比，先放入稱好量的甲組料，然后放入與甲組料相應的乙組料，充分拌和。

4.2.5 粘鋼

a）試掛。粘鋼之前，根據梁體黏鋼位置選取對應編號的鋼板，將鋼板上的螺栓孔對準梁體預先植入的螺栓，把鋼板掛上。如個別螺栓孔和螺栓不吻合，鋼板掛不上，應根據螺栓來修正螺栓孔的大小，使得螺栓能夠順利穿入。

b）涂膠。選擇晴朗、干燥天氣操作。取下試掛的鋼板，將新配好的膠黏劑用鏟刀分別涂抹在混凝土粘合面和鋼板粘合面上?；炷琉べN面上涂抹的膠要刮平，消除鑿毛不平的影響。鋼板打磨面涂膠，應在板寬中央涂抹膠厚一些，如厚度達3 mm～5 mm，兩側可薄一些。

c）黏鋼。就是把鋼板通過膠黏劑與混凝土梁體粘結成一整體。鋼板厚度大于5 mm時，采用壓力注膠法，鋼板厚度不大于5 mm時采用手工涂膠法。以手工涂膠法為例：由多人共同托住鋼板讓螺栓穿過螺栓孔然后黏貼到梁底板上（此過程中，為避免長鋼板彎曲并減輕工人的勞動強度，建議使用撐杠或螺旋頂升支架對鋼板進行同步支撐），并迅速擰緊螺帽，順序是從鋼板中間向兩邊依次對稱緊固，使鋼板與混凝土粘合面緊密粘合，擠出多余粘鋼膠。

d）檢查。用錘輕輕敲擊鋼板，從響聲來判斷粘結效果，避免空鼓。否則此粘結件不合格，應取下鋼板重新粘貼或采取有效措施補膠。

4.2.6 固化

在結構膠完全固化前不能擾動鋼板，固化后，鋼板粘貼檢查，粘結面積應不小于95%（即空鼓率不大于5%），采用冷切工藝切除錨栓頭。

4.2.7 防腐涂裝

選用合適材料進行鋼板防腐涂裝（本文不作贅述）。

5 檢測結果

10 m預應力空心板梁粘鋼加固施工主要控制數據見表2。

6 結論

（1）采取粘貼鋼板等預防性養護措施，能夠很好地提高小跨徑橋梁的承載能力，滿足現行設計規范及實際運營荷載要求。

（2）控制粘鋼的工藝非常粘貼鋼板施工過程中，梁底板的鑿毛、鋼板表面打磨、植筋和粘鋼效果（空鼓率）非常關鍵。

（3）對粘鋼進行拉拔試驗是檢驗粘鋼效果的重要指標，要形成內聚破壞。通過本橋試驗，鋼板與混凝土的正拉黏結強度大于2.5 MPa，且為內聚破壞。

（4）對梁端抗剪不足的斷面，還應該進行抗剪加固，提高抗剪能力。

參考文獻：

[1]朱坤寧，潘成赟，鄒韻，等.新揚高速公路（S49）宿遷至雙溝段小板梁橋（涵）預防性養護項目施工圖設計[Z]. 南京：中設設計集團股份有限公司，2018.

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