既有跨海橋梁上部結構全斷面綜合加固施工技術探究

朱 楠，趙藝濤

（中交一公局集團有限公司，北京 100024）

在車流縱橫的今天，日益嚴峻的交通壓力導致修建已久的橋梁早已不堪重負，一般的橋梁養護修補方式難以為老舊橋梁煥發新的生機，為了提升橋梁整體的承載能力，衍生出了各式各樣的既有橋梁改造加固方法。

在眾多橋梁加固方式中，以橋梁裂縫修補、粘貼碳纖維布、梁體粘貼鋼板這三種加固修補方法最為直接，裂縫修補可以顯著恢復并提高梁體結構的防水性和耐久性，以及起到修飾美觀的作用；碳纖維布重量輕，以其優越的材質性能可以適應箱室內各種復雜工況，并對修補過的進行有效封閉；梁底粘貼鋼板經多年來的建筑加固工程實踐證明，粘鋼加固工程合格率為100%，能保證加固工程的質量，加固結構的強度及剛度都能滿足設計的要求。

國內將這三種加固方式放到一座橋梁加以實施的項目實屬罕見，兼并這以上三種加固方式的特點，由中交一公局廈門工程有限公司承建的廈門大橋改造加固項目結合現場實際，制定了屬于廈門大橋改造特有的一套加固方案，并由此總結為既有跨海橋梁上部結構全斷面綜合加固施工技術。

1 技術原理

本技術采用壓力灌注法將裂縫補用膠注射進入橋梁原有裂縫內部，避免外部空氣與橋梁內部結構接觸，據此對結構進行加固，對寬度小于0.15 mm的裂縫采用自動低壓滲注修復，對寬度大于等于0.15 mm的裂縫采用壓力灌注結構膠進行處理；采用高性能的膠粘劑作為底層基礎分層粉刷到結構面，碳纖維布作為結合材料，使兩者充分結合，利用碳纖維布的優秀力學性能，從而增強結構剛度及承載能力；采用適合開裂混凝土的特殊倒錐型化學錨栓植入需加固的結構面，注入錨固膠，待膠體達到施工強度時，將鋼板與錨栓相固定，擰緊螺母，后利用壓力灌注法將環氧結構膠注入鋼板與結構面的縫隙中，使得整體結構補強，從而提升橋梁的整體耐久性。本技術適用于結構類型的梁橋加固，可有效提高橋梁承載能力，延長橋梁的營運時間，提高橋梁整體的安全性、耐久性，具有一定的推廣價值。

2 裂縫修補法施工工藝流程

三種加固方式有各自的優點與適用范圍，施工流程也大有不同。其中，橋梁裂縫修補法可有效改善橋梁的結構承載能力，被廣泛應用于橋梁加固中。根據裂縫寬度的不同分為裂縫封閉法和壓力灌注法。

2.1 裂紋閉合

對于厚度在0.15 mm以下的裂紋，可使用環氧樹脂修補，使其修復，增強其耐久性能及抗滲透性能。

（1）檢驗和標記裂紋。根據檢驗報告上所標明的要修復的地方，對裂縫的數量、長度和寬度進行現場驗證，并將那些要修復的裂縫標示出來。在0.15 mm以下的裂紋被標記為藍色。超過0.15 mm的裂紋被標記為紅色。為防止工程中出現的遺漏和數據錯誤，對裂紋進行明顯的標記。

（2）地面清掃。用藍線標記裂紋首先用鐵鍬，鑿去裂紋周圍的雜物、灰塵。用鋼絲擦去縫邊的塵土，并用0.2 MPa或更高壓力的壓縮空氣吹去。

（3）V形切割和清除。利用角度研磨工具，在裂紋上切割出一個寬10～20 mm，深5 mm的V形溝槽。首先，采用高壓噴嘴將V形溝槽和周圍的灰塵全部吹凈，然后，使用工業丙酮或工業乙醇對溝槽內部進行認真清潔，并將沿著縫隙方向5 cm左右的水泥地面上的雜質全部清掃干凈，使用0.2 MPa的壓力（或使用稍微濕潤的毛巾）將縫隙中的灰塵全部清掃干凈，并沿著縫隙長度，使用工業丙酮或工業乙醇擦拭，并將其擦拭干凈。清潔時要小心別把縫隙堵死，并且要在縫隙兩側20～30 mm以內清潔干凈。若有水跡，應待其完全干燥后再使用電吹風進行干燥。在干透后，再涂上一層密封底漆。

（4）涂刷封閉液。封閉底膠固化后，在裂縫V型槽上用刮刀沿劃線（寬度30～50 mm）均勻涂抹一層封閉膠，并使其平面與混凝土面齊平。

2.2 壓力灌注法封閉裂縫

壓力灌注法常用于處理修補裂縫較深的橋梁上部結構，并可有效確保裂縫的密封性和結構的穩固性。需要注意的是，為保證修補效果，結構的裂縫寬度應大于或等于0.15 mm。

（1）裂縫基面清理。在進行壓力灌漿前，應先對裂縫封口表面進行處理，使工作面平順、干燥、無油污。首先清理混凝土表面，使裂縫走向兩側范圍露出堅實平整的混凝土表面，清除表面浮塵，表面清理范圍以裂縫位置拓寬30～50 mm為原則，然后使用高壓無油空氣清除縫內的灰塵等雜物，并用工業酒精試劑擦洗表面。

（2）安裝注漿嘴。清理結束后，需使用封口膠等材料對裂縫表面進行封閉，從而防止灌漿無效流失。同時，需在封口處附近的底座面的四邊設立注漿嘴或導流管，以便灌漿的填充施工。值得注意的是，在灌注過程中將對底座產生較大作用力，因此需使用封口材料充分固定底座于目標混凝土上。另一方面，為保證灌漿效果，注漿口應沿著裂縫的走向合理布置，并保證每處目標裂縫均設有注漿口。

（3）封口工藝。首先，使用密封膠泥將其涂壓平坦，膠泥厚度不少于1 mm，其寬度為20～30 mm，在避免出現氣孔漏漿裂縫關閉之后，應該對其展開壓氣試漏，以檢測其密封效果。測試滲漏應在密封膠水達到一定的強度后進行。在試漏前端的縫隙上抹上一層肥皂液，從灌漿口注入0.4 MPa的不含油脂的壓縮空氣，一旦有泄漏，用補丁將其封閉，直到不泄漏。當封口結束時，要讓封口膠體自行凝固，在凝固期間不能沾濕。硫化過程：20 ℃左右（12 ℃），30 ℃左右（6 ℃）。

（4）水壓灌漿。在灌漿之前，必須對灌漿設備和管道進行全面的檢查，確保運轉良好后才能投入工作。裂縫灌注膠的配制要根據每日的溫度進行調節，一次用量要根據泥漿的固化時間和入漿速率來決定。

在進行壓力注漿的時候，應該從下往上進行，以漿液的流動性為依據來選擇注漿壓力，通常情況下，注漿壓力應該在0.1～0.4 MPa，如果使用了灌漿泵來進行的話，那么通常情況下，在使用了灌漿泵來進行的時候，壓力應該是從小到大，逐漸地從低到高，在到達了預定的壓力之后，再將其維持在一個穩定的狀態。一直到灌漿飽和為止，當最后一個注漿嘴噴出漿的時候，要維持恒壓，持續進行灌漿，當進漿速度低于0.1 L/min時，再持續注入5 min后，就會停止灌漿。然后將堵口機上的注漿閥關掉，使得縫隙中的泥漿在壓力作用下凝結成膠。灌漿完畢后，要對加固后的加固情況進行檢測，對加固后的加固情況進行處理。

（5）縫的閉合。當泥漿聚合物凝固后，取下注漿噴頭，用改良的環氧粘結劑進行平整，然后在各裂紋處重新涂上改良的環氧粘結劑；一定要把它圍得很緊，并且要盡可能地把它的色彩和水泥構造相協調。

3 用CFRP膠布粘結的施工過程

粘貼CFRP的施工過程是：基礎表面處理→打底涂料→粘貼CFRP。

（1）基礎表面。使水泥表面剝落，松散，空洞；除去銹蝕和其他退化的部分，并對其進行清潔和打磨，待其表面變得干燥后，再用找平的物質對其進行修補和平整。若發現有毛邊，則用砂紙將其磨平。找到平整的地方，用手摸一摸，覺得干透了，就可以進行下一步的工作了。在粘貼的地方，陽角需被打磨出一個圓形的弧形，而在陰角用修復劑填充，形成一個圓形的弧形，這個弧形的半徑不能少于25 mm。

（2）基底涂料的噴涂。配制好的粘結劑要立即應用，并且要用一次性柔軟的刷子或專用的輥子把粘結劑均勻地涂在水泥地面上，不得漏刷、流淌，或起泡。待底粘合劑凝固后，對粘合劑表面進行檢測，若粘合劑表面出現毛刺，則用砂紙將其拋光平整，防止粘合劑表面出現磨損；在進行下一步之前，必須再次進行涂布和硬化處理。當底層粘合劑凝固后，必須立即進行下一步的施工，如果施工周期大于7 d，則必須將原有的底層粘合劑清理干凈，并用砂輪機將其打磨掉，然后再進行施工。

（3）膠合CFRP。根據設計圖，對被補強的混凝土進行放樣，并對補強的部位進行定位。并根據所需的規格對其進行切割，其拼接長度不得少于100 mm，拼接的部位要盡量避免在應力集中的區域。切下的纖維布要按一定的順序排列，并按一定的順序進行編號。經切割后的復合纖維應該盡可能早地應用。膠粘劑在膠粘劑上之前，必須先將膠粘劑的膠粘劑再擦拭一遍，以保證膠粘劑的膠粘劑表面沒有灰塵。在水泥基體上進行膠水涂布時，要保證膠水不流淌，涂布不偏離控制線，涂布均勻。對縱紋纖維布壓條的粘接加強，用手摸一摸橫紋纖維布的表面，感覺干燥后，馬上使用膠粘劑進行縱紋的粘接。在纖維布粘貼施工完成后，將一層浸漬樹脂（面層保護）均勻地涂敷在其表面，使之自然風干。見圖1。

圖1 粘貼碳布

4 粘貼鋼板法施工工藝流程

（1）施工放樣及結構面清理。在進行現場梁底粘貼位置放樣前，需要對混凝土表面進行徹底清理和處理。首先，使用掃帚、吸塵器或者高壓水槍等工具清除混凝土表面雜物，對于油垢等污物，還需要使用清潔劑和刷子進行清潔。待確保表面干凈無雜物后，應使用鏟子、刮刀及角磨機等工具去除并打磨粉飾層。當結構出現明顯凹陷時，還需使用找平膠進行修補，確保表面平整。最后，使用壓縮空氣清潔表面上的浮塵。等待粘貼面完全干燥后即可進行下一步操作。

（2）鉆孔及清孔。鋼板粘貼前也需使用鏟子、刮刀及角磨機等工具進行打磨處理，以保證鋼板與目標混凝土可充分貼合。按照鋼板孔位在梁底標記鉆孔位置，利用四刃鉆頭進行鉆孔（四刃鉆頭可鉆穿鋼筋），孔徑及深度滿足設計要求。

（3）植入錨栓。鉆孔施工結束后，將進行錨栓植入作業，為保證施工作業正常進行，還應使用壓縮空氣或用酒精清洗清除孔道表面灰塵雜物；待孔內干燥之后，打入錨固膠，植入螺栓，此時需要將其旋轉著緩慢插入，使膠和螺栓全面粘貼，并防止孔內膠外溢。按照固化時間規定進行操作，插好固定后的螺栓不可再擾動。

（4）鋼板安裝、孔隙封閉。一旦螺栓膠固化，即可將鋼板懸掛在各螺栓上并擰緊螺母。為了確保注膠層的均勻厚度，可以在每個螺栓周圍墊上3 mm厚的墊片。此外，可在粘貼面周邊每隔50 cm左右插入內徑為7 mm、長約12 cm的軟管作為排氣管，插入鋼板內約8 cm，同時在鋼板的四角處也應設排氣管。接下來，按比例稱取環氧膠泥，使用抹刀將鋼板周邊的縫隙、螺栓和注膠管周圍進行嚴密封閉。在進行密封時，務必要非常仔細，確保不會出現氣泡、沙眼或者密封不嚴的情況。

（5）注膠。密封24 h后，按照灌注膠比例準確稱取A、B兩組膠液，采用少量、多次配膠原則，且配好的膠液應立即進行注膠施工；注膠過程中，膠液將由壓力灌膠機由管道注入、從注膠嘴中導出，需要注意的是，在灌膠的過程中，需要保持穩定的壓力和流量，確保膠水充分填滿孔口或管道內部。同時，在灌注過程中應時刻觀察各裂縫的注膠嘴情況。若相鄰注膠嘴有液體流出，說明所在裂縫已充分填充完成。當目標排氣管中出現膠液時，需及時封閉此段排氣管，防止膠液回流。施工中，注膠速度不宜過快，注膠順序合理，以防形成氣囊。見圖2。

圖2 粘貼鋼板

5 結論

在廈門大橋上部結構改造加固施工過程中，得益于裂縫修補、粘貼碳纖維布、粘貼鋼板三種施工工藝的應用，使得整體項目高效安全完成，并提前一百余天交付，經過實踐證明了本技術的可行性，在控制裂縫、梁體加固方面效果顯著。對于豐富行業的施工工藝，提高橋梁加固的施工標準化、規范化，提升整個領域的技術水平意義重大，社會效果顯著。

本技術推動了綜合性加固技術在橋梁加固領域的推廣，培養了一批專業的橋梁加固方面的技術人才，為綜合性加固技術大面積推廣起到了關鍵性作用。獲得了各方的高度贊揚。