橋梁加固施工中粘貼鋼板技術(shù)的應(yīng)用

周長(zhǎng)春

（江西省宜春市公路事業(yè)發(fā)展中心豐城分中心，江西豐城 331100）

0 引言

對(duì)于橋梁工程而言，在運(yùn)營(yíng)一段周期以后往往受到車輛荷載、環(huán)境等因素影響出現(xiàn)病害問(wèn)題，例如橋梁結(jié)構(gòu)裂縫、橋墩裂縫等病害問(wèn)題。因此，為了保證橋梁的穩(wěn)定性，需要對(duì)病害橋梁進(jìn)行加固處理，而在橋梁加固工程中由于粘貼鋼板技術(shù)具備施工方便、施工效果好、技術(shù)工藝成熟等特點(diǎn)，在橋梁加固工程中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)粘貼鋼板施工技術(shù)進(jìn)行分析，明確技術(shù)操作要點(diǎn)有利于提升橋梁加固工程的整體效果。

1 粘貼鋼板加固技術(shù)適用條件及優(yōu)勢(shì)

1.1 技術(shù)適用條件

對(duì)于粘貼加固技術(shù)來(lái)說(shuō)，該技術(shù)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎、受拉以及偏心較大的情況下進(jìn)行加固施工，同時(shí)該技術(shù)在施工溫度在-20～60C 之間、相對(duì)濕度不足70% 且沒(méi)有化學(xué)腐蝕的條件下應(yīng)用效果最佳。粘貼鋼板加固技術(shù)適用條件為：混凝土標(biāo)號(hào)無(wú)法滿足要求，必須通過(guò)加固方式提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能；路面結(jié)構(gòu)的荷載集中位置需要進(jìn)行加固處理；火災(zāi)后梁體結(jié)構(gòu)損壞需要加固處理；減震加固處理；柱軸壓超出標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

其一，設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單、操作方便、加固施工效果良好、使用范圍較廣。

其二，不需要改變結(jié)構(gòu)形式，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載產(chǎn)生不利影響，在加固環(huán)節(jié)只需要利用原有的結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)加固處理。對(duì)于原結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪性能增加效果較為明顯，通過(guò)加固以后能提高原結(jié)構(gòu)總體性能提升。

其三，通過(guò)粘貼鋼板加固技術(shù)的應(yīng)用，橋梁結(jié)構(gòu)的含鋼量得到增加，橋梁原有結(jié)構(gòu)抗拉能力得到增強(qiáng)，能夠提升橋梁抗荷載能力。

其四，結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度應(yīng)滿足要求，從而提升鋼板粘貼質(zhì)量，讓受力條件得到改善，達(dá)到加固施工性效果。

其五，在橋梁加固中采用大面積粘貼鋼板加固技術(shù)，能夠?qū)υ械幕炷两Y(jié)構(gòu)進(jìn)行全面保護(hù)減小混凝土裂縫發(fā)生概率，在一定的范圍內(nèi)提升原有結(jié)構(gòu)的抗裂能力。

2 粘貼鋼板技術(shù)應(yīng)用原則

在橋梁加固工程中粘貼鋼板加固技術(shù)應(yīng)用，需要按照以下原則進(jìn)行施工，從而保證橋梁加固效果符合設(shè)計(jì)要求。

2.1 可行性原則

在橋梁加固工程中，并非所有橋梁病害問(wèn)題都可以粘貼鋼板加固施工技術(shù)進(jìn)行處理的，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)受力作用引起的病害問(wèn)題，采取該加固技術(shù)取得的效果比較好，而對(duì)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度在C15 范圍時(shí)采取該技術(shù)取得的效果不好。因此，在加固技術(shù)應(yīng)用時(shí)需要遵循可行性原則進(jìn)行施工，如此才能發(fā)揮出粘貼鋼板加固技術(shù)的作用價(jià)值。

2.2 細(xì)節(jié)控制原則

在橋梁加固工作中，采用粘貼加固技術(shù)需要按照細(xì)節(jié)控制原則進(jìn)行施工。在加固環(huán)節(jié)需要規(guī)范加固工藝流程，明確施工標(biāo)準(zhǔn)做好施工過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制。同時(shí)，在粘貼加固技術(shù)應(yīng)用時(shí)還需要按照施工條件做好施工溫度控制，一般而言施工環(huán)境的最佳濕度要控制在70% 以內(nèi)，施工溫度要控制在-20C～60C范圍內(nèi)。

3 工程概況

該橋梁項(xiàng)目總長(zhǎng)度68.5m，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為25m+25m+25m 三跨連續(xù)鋼筋混凝土梁橋。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)高速發(fā)展，超載超限車輛數(shù)量持續(xù)增多，對(duì)橋梁產(chǎn)生過(guò)大的沖擊和影響，已無(wú)法滿足正常運(yùn)行的要求。因此，為了滿足橋梁承載能力要求，2010年，江西省宜春市公路事業(yè)發(fā)展中心豐城分中心對(duì)該橋梁實(shí)施加寬設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段考慮到加寬位置與原有橋梁位置保持一致，故將兩側(cè)人行道調(diào)整為中央分隔帶。但多年后原結(jié)構(gòu)的承載性能已無(wú)法滿足車輛運(yùn)行荷載要求，此后橋梁管理部門(mén)對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)行情況分析，發(fā)現(xiàn)主梁底部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)風(fēng)化、碳化、剝落、鋼筋銹蝕等嚴(yán)重問(wèn)題，橋梁結(jié)構(gòu)性能下降明顯，支撐端部位的斜向裂縫寬度損壞嚴(yán)重，主梁跨中周邊區(qū)域梁底產(chǎn)生裂縫。

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員分析，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度指標(biāo)與剛度指標(biāo)滿足不了實(shí)際要求，加之在超載超限的影響使得交通荷載不斷影響下，進(jìn)而出現(xiàn)不堪負(fù)重的現(xiàn)象。管理部門(mén)以專家的綜合分析最終選擇使用粘貼鋼板技術(shù)對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固施工，以期提升橋梁總體性能。

4 橋梁承載能力影響因素分析

4.1 設(shè)計(jì)影響

該橋梁在設(shè)計(jì)的過(guò)程中由于設(shè)計(jì)方案不完善、計(jì)算數(shù)據(jù)偏差大問(wèn)題存在，這就導(dǎo)致工程在施工中出現(xiàn)工程質(zhì)量問(wèn)題。

4.2 施工圖紙不完善影響

在設(shè)計(jì)施工圖紙時(shí)，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)較為細(xì)致的部位相關(guān)的參數(shù)表明不夠詳細(xì)，這就導(dǎo)致施工時(shí)出現(xiàn)施工誤差問(wèn)題。例如在鋼筋布設(shè)時(shí)，由于鋼筋接頭的細(xì)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)不到位，這就給工程開(kāi)展造成一定的影響。此外，支座鋼筋預(yù)埋深度不合格等情況，也會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4.3 計(jì)算錯(cuò)誤影響

在橋梁加固設(shè)計(jì)的過(guò)程中一旦存在計(jì)算錯(cuò)誤的情況，就會(huì)導(dǎo)致橋梁存在安全隱患。例如在測(cè)算混凝土受到二次應(yīng)力、拱橋卸載徐變、干燥收縮參數(shù)時(shí)，若設(shè)計(jì)人員能力不足、計(jì)算數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差或特殊部位處理不當(dāng)均會(huì)導(dǎo)致安全事故。

4.4 結(jié)構(gòu)不合理影響

確定橋梁設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)綜合分析當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件、水文狀況、施工技術(shù)等因素，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。應(yīng)選擇合適的橋梁結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸，做好墩高處理、橋梁跨徑劃分。但是從現(xiàn)狀分析可以了解到，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中由于沒(méi)有做好相關(guān)結(jié)構(gòu)形式以及截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致相關(guān)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量下降，橋梁建設(shè)完成以后在受到車輛荷載以及環(huán)境因素影響下就會(huì)出現(xiàn)各種病害問(wèn)題。

4.5 施工技術(shù)影響

施工技術(shù)也是影響工程質(zhì)量的原因之一。比如，在橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，若采用鉆孔灌注樁技術(shù)施工，在技術(shù)操作環(huán)節(jié)對(duì)于鋼筋的布設(shè)或混凝土澆筑控制不當(dāng)都會(huì)對(duì)橋梁工程質(zhì)量造成影響。再如，在上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)模板安裝不到位容易出現(xiàn)混凝土澆筑漏漿等情況，此類問(wèn)題出現(xiàn)也會(huì)給工程的質(zhì)量埋下隱患。

4.6 外界因素

車輛持續(xù)性碾壓作用，交通事故發(fā)生后產(chǎn)生碰撞的影響，周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降、地震災(zāi)害、泥石流災(zāi)害等情況，都將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞和影響，進(jìn)而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重、承載性能下降等問(wèn)題，給橋梁的正常運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響。

5 加固方案設(shè)計(jì)

橋梁加固方案制定之前，需要對(duì)橋梁病害類型進(jìn)行分析，在掌握橋梁加固要求的基礎(chǔ)上選擇強(qiáng)度相對(duì)較差的邊幅橋進(jìn)行試驗(yàn)分析，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)檢測(cè)，在此次工程中采用2 輛重量為420kN 的三軸載重汽車進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)環(huán)節(jié)按照1∶2∶2 的比例分配前后軸重進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果顯示：原橋梁結(jié)構(gòu)的偏載最大彎矩為181.1kN·m，設(shè)計(jì)荷載為168.7kN·m，靜載效率為1.067kN·m。

同時(shí)，考慮橋梁主跨位置存在的裂縫問(wèn)題，為了提升橋梁中跨的抗彎能力，在加固處理中應(yīng)使用1 層4mm 厚和2 層6mm 厚的鋼板分別粘貼到主梁側(cè)面與副梁底面，保證各個(gè)結(jié)構(gòu)部位的強(qiáng)度性能與承載性能合格。

在此次加固方案中，為了能夠確保加固位置抗壓強(qiáng)度、耐久性和彈性性能滿足施工要求。采用了性能優(yōu)越的鋼板，鋼板的強(qiáng)度為343MPa。由于黏結(jié)面板的黏結(jié)強(qiáng)度在一定的范圍上受到黏結(jié)劑性能與加固位置的影響，因此在該工程加固中選擇了高等級(jí)的黏結(jié)劑，同時(shí)混凝土強(qiáng)度控制在C15 等級(jí)以上。此外，原橋面主梁側(cè)面粘貼加固施工過(guò)程中，鋼板寬度不超過(guò)梁體高度1/3 即為合格。粘貼加固點(diǎn)之外的鋼板錨固長(zhǎng)度須符合設(shè)計(jì)要求，受拉區(qū)錨固長(zhǎng)度為600mm以上，承載能力為600t 以上，錨固區(qū)域內(nèi)布置U 型螺栓。

6 加固施工工藝

6.1 施工準(zhǔn)備及粘貼面處理

在粘貼鋼板施工之前，針對(duì)存在露筋與保護(hù)層脫落的問(wèn)題，須將其松動(dòng)處理而后再進(jìn)行鑿除，鑿除的過(guò)程中首先將銹蝕的結(jié)構(gòu)清理干凈，而后用強(qiáng)度性能較高的混凝土材料修補(bǔ)。粘貼加固開(kāi)始前，需要對(duì)裂縫進(jìn)行處理，而后通過(guò)釘錘將裂縫兩側(cè)2cm 范圍內(nèi)雜物清理干凈，將裂縫的開(kāi)口位置制作為4cm 寬度的V型槽，使用鋼刷、空壓機(jī)將其清理干凈，再使用干凈棉布蘸丙酮溶液擦洗，待干燥后灌入改性環(huán)氧砂漿材料進(jìn)行填充。最后，將原橋梁結(jié)構(gòu)表面清理完畢后進(jìn)行粘貼鋼板施工，操作過(guò)程中為保證表面沒(méi)有污染物，使用角磨機(jī)將表面1～2mm 結(jié)構(gòu)清除掉，然后使用找平膠填補(bǔ)凹陷。

6.2 加壓固定系統(tǒng)

在該橋梁加固工程中，加固系統(tǒng)主要是由千斤頂、頂桿、墊板等設(shè)備組成。加壓固定施工過(guò)程中需要使用足夠的壓力，并將其他部分的荷載卸除確保鋼板與被加固的部位同時(shí)承載、共同受力。此外，副梁加壓固定系統(tǒng)主要由角鋼結(jié)構(gòu)與墊板以及膨脹螺栓組成，在該系統(tǒng)使用之前，需要做好加固結(jié)構(gòu)螺栓孔位的控制從而提升鋼板的緊固性。此外，等到系統(tǒng)部署完畢以后，利用螺栓抗剪力實(shí)現(xiàn)副梁梁體與粘貼鋼板的共同受力，從而在最大層面上將補(bǔ)強(qiáng)效果發(fā)揮出來(lái)。

6.3 粘貼劑配置

在此次項(xiàng)目應(yīng)用的環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)劑配比為：環(huán)氧樹(shù)脂∶二丁酯∶乙二胺∶水泥=100∶10∶6∶300～400，同時(shí)加入一定比例的丙酮。制作時(shí)先加入環(huán)氧樹(shù)脂與二丁酯，攪拌到無(wú)黏結(jié)后加入水泥再攪拌到糊狀后加入二乙胺，攪拌均勻即完成黏結(jié)劑的制作。

6.4 鋼板粘貼

在橋梁加固的過(guò)程中，首先進(jìn)行表面加固處理，處理結(jié)束后在表面涂抹一層20mm 的改性環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)劑。涂抹結(jié)束后進(jìn)行表面加固處理，施工環(huán)節(jié)為了保證多余的環(huán)氧樹(shù)脂膠漿可以順利施工，可以選擇擰緊螺栓方式增加壓力提升粘貼密實(shí)度。最后待達(dá)到密實(shí)度的要求后，在粘貼好的鋼板表面均勻涂抹一層環(huán)氧砂漿，厚度以20mm 為宜，再粘貼第二層鋼板。值得注意的是，為了使粘貼加固質(zhì)量合格，應(yīng)先利用鋼絲刷清理螺栓表面，并且在環(huán)氧樹(shù)脂材料罩面涂抹兩層防銹漆做好防護(hù)處理，這樣才能提升粘貼鋼板的質(zhì)量。

6.5 粘貼加固效果檢驗(yàn)

粘貼鋼板的粘貼性能非常高，在粘貼施工時(shí)飽和度可以達(dá)到100%。因此在進(jìn)行加固部位檢測(cè)時(shí)可以通過(guò)小錘輕敲，利用聲音判斷是否存在問(wèn)題，同時(shí)也可以選擇超聲方法檢測(cè)，查看是否存在質(zhì)量問(wèn)題。在該工程中主要是選擇了超聲檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)此次橋梁中加固結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)問(wèn)題，錨固范圍內(nèi)有效黏結(jié)面積達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)參數(shù)為93.4%，非錨固范圍內(nèi)有效黏結(jié)面積為82.1%，相關(guān)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。主梁結(jié)構(gòu)部分級(jí)加載好荷載檢測(cè)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主梁荷載檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

應(yīng)變撓度技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)系數(shù)相對(duì)殘余度變形（%）檢驗(yàn)系數(shù)相對(duì)殘余度變形（%）17.6 5.4加固后加固前1.17 0.48 21.8 4.3 0.86 0.31

從表1 可以看出，鋼板粘貼加固以后主梁殘余變形降低明顯，表示該結(jié)構(gòu)的彈性性能恢復(fù)效果良好。同時(shí)應(yīng)變系數(shù)、撓度系數(shù)都有所降低，這說(shuō)明主梁結(jié)構(gòu)承載性能符合要求，滿足公路橋梁-Ⅰ級(jí)荷載的標(biāo)準(zhǔn)。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋梁加固工程中采用粘貼鋼板加固技術(shù)可以改善橋梁病害問(wèn)題，能夠在一定的范圍內(nèi)提升橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。但是需要注意的是，粘貼鋼板加固技術(shù)的適用范圍是有針對(duì)性的，并不是適用于各種橋梁病害問(wèn)題。所以，在今后的研究中，需要加大力度對(duì)粘貼鋼板加固技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)查看國(guó)內(nèi)外先進(jìn)案例采取科學(xué)的施工方案進(jìn)行施工，同時(shí)還可以引進(jìn)一些新的技術(shù)措施，提升粘貼鋼板加固技術(shù)的應(yīng)用效果，這樣才能為橋梁加固工程奠定良好基礎(chǔ)。