粘贴钢板技术在盐井冲大桥中的加固作用

粘贴钢板技术在盐井冲大桥中的加固作用
摘要：通过工程实例，介绍了桥梁病害特征及加固设计方案，重点论述了粘贴钢板技术在预应力空心板桥主梁加固中的具体施工工艺及施工质量控制注意事项。

工程实践表明：粘贴钢板技术具有基本不改变原结构的尺寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点。

关键词:：粘贴钢板空心板桥加固
预应力空心板桥是云南省高速公路建设前期广泛应用的桥型结构之一，由于受交通量、荷载等级的不断提高及施工质量等因素影响，主梁出现纵向裂缝是预应力空心板桥常见病害之一，如不及时采取措施改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝的进一步发展，将对高速公路营运安全带来极大隐患。

1、工程概况
楚大高速公路盐井冲大桥位于楚雄州南华县境内，里程桩号为K33+252(上下行)，上部结构为7×16预应力空心板（双幅），下部结构为双柱墩、桩柱式桥台。

设计荷载为：汽－超20、挂120。

2、桥梁病害情况
2006年经检测发现盐井冲大桥出现以下主要病害：
2.1、主梁
部分板底有纵向裂缝，且大部分贯通，裂缝宽度一般为0.1～0.4mm，最大裂缝宽度达0.6mm；部分空心板板底存在蜂窝、麻面等混凝土缺陷，局部存在钢筋外露且锈蚀现象；部分空心板板底及铰缝存在渗水现象，严重的还有混凝土钙化现象，个别桥梁板间铰缝混凝土浇筑不够密实或没有浇筑；少数空心板板底存在空洞，钢筋、钢绞线外露且锈蚀；少数空心板板内有较多量积水，打孔放水，有大量含锈积水流出，钢绞线Ⅳ级锈蚀。

2.2、下部结构
柱式桥墩，墩柱存在不同程度混凝土锈胀开裂、局部脱落现象，钢筋外露且锈蚀；个别桥梁墩、台顶盖梁存在较多的竖向及横向裂缝；墩台顶盖梁存在不同程度的污水侵蚀痕迹，局部钢筋锈蚀，混凝土胀裂、剥落。

2.3、支座
板式橡胶支座病害主要是支座脱空、受力不均、位置不正等，少数支座老化、开裂，剪切变形严重。

2.4、桥梁伸缩缝
钢构件存在不同程度的锈蚀，部分伸缩缝的橡胶伸缩体老化、开裂或缺损，破坏较为严重，且伸缩缝缝间充满碎石、砂砾等杂物，严重影响其伸缩功能。

3、加固方案
3.1、粘贴钢板加固
3.1.1、首先对原结构进行了验算，桥面铺装按原设计6cm沥青混凝土考虑：
由表1可知，原结构设计承载力能满足规范要求。

3.1.2、结合桥梁检测报告，检测中发现部分主梁钢绞线外露、锈蚀、松弛，根据病害特征，本次结构验算参考同跨径病害最严重的板进行分析，偏安全地按以下计算模型进行结构验算(见表2，计算结果见表3、表4)。

计算分析时分别按照上行线8.5cm(实测钻芯取样厚度)和下行线13.9cm(实测钻芯取样厚度)进行验算。

表3、上行线桥梁运营现状验算
3.1.3、加固设计方案：
根据现状验算结果，上行线中板粘贴2条160×6mm的A3钢板，边板粘贴2条240×6mm的A3钢板；下行线中板粘贴2条200×6mm的A3钢板，边板粘贴2条280×6mm的A3钢板；钢板抗拉设计强度为380MPa。

加固后主梁抗弯验算见表5。

经计算，加固后主梁能够满足原设计荷载使用要求，结构具有一定的安全储备。

3.2、其他加固方案
3.2.1、打孔排水
在主梁低纵坡一侧距离板端头1.0～1.5米处、板跨中或有明显渗水区域处各打孔一个；打孔前首先应探测钢筋及预应力钢绞线位置，避开钢筋或钢绞线位置；采用电锤打孔，孔径12mm。

打孔后自然排水，待积水排净后，在排水孔处安装PVC 套管，PVC套管应至少伸出孔口5cm。

3.2.2、裂缝处理
由于裂缝的产生、发展及长期存在，使得潮湿空气进入结构内部，从而引起
结构内部钢筋的锈蚀，最终导致结构的承载能力降低，影响到结构的正常运营甚至安全运营，因此，对结构目前存在的裂缝进行相应的处理及控制非常必要。

鉴于裂缝宽度的不同对结构的影响也有所不同，此处共分两种情况对桥梁的裂缝进行灌浆或封闭处理，具体处理方法如下所述：当裂缝宽度＜0.15mm时，其对结构内部钢筋锈蚀的影响较小，故仅对此类裂缝进行表面封闭；当裂缝宽度≥0.15㎜时，其对结构内部钢筋锈蚀影响较大，故对此类裂缝应首先骑缝开设V槽，然后将V槽封闭并进行灌浆处理。

3.2.3、混凝土缺陷及外露钢筋处理
对于主梁存在的蜂窝、麻面、混凝土剥落、掉块、缺损、凹陷等缺陷，首先将缺陷部位表层的松散混凝土全部凿除，露出新鲜混凝土，然后利用人工除锈的方法对缺陷部位的外露钢筋除锈，并将混凝土表面清理干净，最后利用环氧混凝土(或环氧砂浆)对缺陷部位进行修补。

3.2.4、桥面系处理
铲除原桥面铺装层，增设FYT-1改进型桥面防水涂层（一布三涂），桥面植筋，并加铺单层钢筋网，使铺装层参与原结构共同受力。

3.2.5、支座处理
对于脱空、安装位置不正或没有完全参与受力，但支座本身质量尚好的支座，通过增设调平钢板，使支座完全参与受力并处于水平受力状态；对于老化、剪切变形严重的支座予以更换。

3.2.6、伸缩缝更换
对全桥伸缩缝进行更换。

3.2.7、混凝土表面防腐处理
对所有主梁底板及边板腹板涂刷防锈浸渍剂。

4、粘贴钢板施工工艺要点
4.1、粘贴钢板工艺流程
施工前准备工作→混凝土表面处理→钻孔植埋螺栓→安装钢板→配制结构胶→封边→灌注→钢板表面防腐处理。

4.2、施工前准备工作
4.2.1、原主梁梁底处理
4.2.1.1、对主梁梁底进行抹浆处理前，应首先按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。

4.2.1.2、清除原结构表面的松散混凝土及浮渣、污物等。

4.2.1.3、对外露、锈蚀的钢绞线进行人工除锈，并按下表进行防腐涂装。

表6、外露钢绞线涂装体系
4.2.2、原结构粘钢表面的处理
4.2.2.1、用修复材料将混凝土表面修复平整。

4.2.2.2、被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构断面。

4.2.2.3、将混凝土表面清理干净并保持干燥。

4.2.3、钢板防腐处理
表7、钢板涂装体系
钢板按上表进行涂装，并按以下工序进行：
4.2.3.1、钢板打磨除锈；
4.2.3.2、钢板涂刷底漆3道；
4.2.3.3、钢板安装；
4.2.3.4、安装检查，对安装过程中造成的底漆破损进行补漆；
4.2.3.5、钢板涂刷面漆4道。

4.3、混凝土表面处理
根据设计图纸的要求并结合现场测量定位，在需灌钢加固混凝土的表面放出钢板位置大样，凿除需灌钢区混凝土表面2～5mm厚的表层砂浆，使坚实的混凝土石料外露，并形成平整的粗糙面，表面不平处应用尖凿轻凿整平，再用钢丝刷刷毛，剔除表层疏松物，最后用无油压缩空气吹除表面粉尘或清水冲洗干净，待
完全干燥后用用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。

4.4、钻孔植埋螺栓
依照设计图纸的要求，放出需钻孔的位置，钻孔间距一般30-50cm，应注意避免钻孔打盲孔时碰及钢筋，必要时可用钢筋混凝土保护层测试仪查明混凝土钢筋布置，然后钻孔。

植埋全螺纹螺杆，其距灌钢板边缘的距离应控制在5～10cm之间。

盲孔孔径和孔深应严格按设计要求施工。

4.5、安装钢板
依据现场混凝土上的实际放样进行钢板下料，并依据现场植埋的螺杆，对待灌注的钢板进行配套打孔；然后将钢板的粘贴面用磨光砂轮机或钢丝刷磨机进行除锈和粗糙处理，打磨粗糙度越大越好，打磨纹路应与钢板受力方向垂直；用脱脂棉沾丙酮将钢板表面擦拭干净；将钢板固定在螺栓上，并保证钢板与混凝土表面的间隙在3mm以上，以确保灌注胶层的厚度在3mm以上；焊接钢板接缝，完成钢板安装。

4.6、配制结构胶
按照供应商提供的产品说明书要求的比例配制结构胶：将钢板封边胶及粘钢灌注胶，用低速搅拌器，搅拌均匀，在适用期内用完。

粘钢灌注胶应在封边完成，且钢板封边胶达到完全固化有足够的强度后再进行配制和使用。

4.7、封边
将注入咀粘结在钢板的注入孔上，在钢板边缘插入排气管，在膨胀螺栓头上罩上盖碗，然后用钢板封边胶封闭钢板边缘，完成封边。

注入咀布置间距为2～3m。

4.8、灌注
灌浆之前应先通气试压，气压控制在0.2～0.4MPa，对漏气部位再次封闭；用泵将粘钢灌注胶从注入咀灌注到钢板和混凝土的空隙中，灌注工作持续到所有排气管均有胶液流出。

在灌注过程中，用橡皮锤敲打钢板以确认是否灌注密实。

4.9、钢板表面防腐处理
经检验确认钢板粘贴固化密实效果可靠后，去除所有注入咀和排气管，并清除钢板表面污垢和锈斑，对外露钢板防腐处理。

4.10、质量控制注意事项
4.10.1、粘钢混凝土表面应清理干净，露出新鲜混凝土表面，无粉尘，无污物。

4.10.2、所粘钢板的抹胶表面，必须打磨出金属光泽。

4.10.3、钢板粘贴应在夜间交通量较小时进行，以减小震动影响，有利于粘结胶粘合固化。

4.11、施工质量检验
在完成粘贴钢板经24小时固化后，用小锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，从音响判断粘贴胶体密实度。

如无空洞声，则表示已粘贴密实，钢板粘贴固化密实的有效粘贴面积不应小于设计粘贴面积的90％，否则应剥下钢板，补胶后重新粘贴。

5、结语
通过采用粘贴钢板技术对盐井冲大桥的加固，提高了结构物的承载能力和刚度，改善了梁的延性，提高了构件及整个结构的可靠度指标，能够限制裂缝的进一步发展，保证了上部构造主要承重构件的整体稳定性和耐久性，加固完成后后期运营状态良好，取得了较好的经济和社会效益。