工程案例
業務范圍
特大橋預應力連續橋梁加固技術
發布時間：2014-08-05
摘 要： 通過分析甘陶河特大橋出現病害原因的分析，找出重點加固的部位，通過碳纖維布和鋼板進行加固，取得的非常好的效果，本文重點講述了預應力橋梁的受力分析、加固方案、施工中的技術要點，加固后的橋梁檢測技術及其相關參數，來重點介紹預應力連續橋梁的加固技術。關鍵詞：橋梁、碳纖維布、鋼板、加固
1、工程概況：
甘陶河特大橋位于石太高速公路河北段K359+888處，該橋于1994年7月竣工，上部結構為15孔40米預應力混凝土箱式（單箱單室）連續梁，單橋共分三聯，每聯5孔長200米，全橋長616.70米，雙幅共分6聯，橋面凈空2×凈－9.5米，2％橋面橫坡由箱梁頂面調成，下部結構為獨柱式墩、框架式臺、鉆孔灌注樁基礎，該橋西頭上跨宜沙公路，橋面斜交。
該橋在橋梁檢查中發現南幅第二聯出現嚴重的病害，主要是底板、頂板出現橫向的裂縫，箱梁幅板在預應力錨固端附近、支座兩端、跨中也出現了斜向裂縫，并且部分裂縫已經貫通。南幅其余兩聯病害程度較輕，鑒于這種情況，該橋的業主單位委托有檢測資質的單位對該橋進行了檢測，檢測結果建議對該橋進行加固。
業主于2004年底組織有關專家對該橋的加固方案先后進行了論證，根據專家的意見，業主委托設計單位進行了設計，設計圖紙完成后，業主又組織有關專家再次召開“石太高速公路甘陶河特大橋病害治理設計”的研討會，同時對該設計提出了修改意見。
該橋的加固于2005年3月開工，2005年5月完工，為半幅斷交施工，工期為2個月。
2、病害的原因分析：
該橋南半幅第二聯病害比較嚴重，該橋主要病害及病害產生原因分析如下：
2.1、箱梁底板裂縫：
分部特征：主要是橫橋向裂縫，并且局部與腹板裂縫貫通。
產生原因：
2.1.1、底板預應力鋼筋錨固不足，錨固端變形較大，使得鋼絲束與混凝土之間產生相對滑移，并沿鋼束方向引起拉應力，而錨具附近加強鋼筋偏少，進而產生與鋼束垂直的裂縫，該裂縫發展到一定程度后形成貫通的橫向裂縫，屬于預應力的牽拉裂縫。
2.1.2、支座處底板鋼筋不足，依據板底裂紋的分部情況，即裂紋方向與預應力鋼筋方向垂直，顯然裂縫的出現是混凝土受拉開裂的結果，主要由于支座兩側底板鋼筋均設置為普通鋼筋，預應力鋼束在支座兩側13米范圍內均已截斷。
2.1.3、預應力作用過強，反拱過大，造成在連續梁支座底部產生了正彎矩，而相反在跨中產生負彎矩，尤其是在預應力張拉施工階段，如果控制不好張拉力，預拱度及張拉時的壓重，勢必由于預應力的作用在支座處產生正彎矩。
2.2箱梁頂板裂縫
分部特征：主要分布在預應力鋼束錨固端附近，支座兩端和跨中。
產生原因：箱梁頂板裂縫主要是由于該橋采用單室單箱，頂板較寬，而橫向采用直徑12MM螺紋鋼筋偏弱容易產生縱向裂縫，與此同時順橋向鋼筋因銹蝕而與混凝土產生相對滑移，鋼束錨固端的局部受壓造成齒板內形成劈裂裂縫。另外在預應力鋼束錨入齒板的折角處由于鋼束的合力作用使得該處混凝土被“崩出，從而造成頂齒板附近有局部的混凝土剝落和露筋現象。
2.3、箱梁腹板裂縫
分部特征：在腹板兩側變截面處，內外側對應比較有規律，基本各處都有1～2條主要裂縫，50％超過0.2mm，最大0.49mm，部分裂縫貫穿腹板，在某些跨內也有豎向的裂縫。
產生原因：腹板裂縫一部分由于底板橫向裂縫延伸所致，另外該橋截面尺寸，腹板厚30cm，抗剪強度不足也導致裂縫產生，而且該橋寬跨比較大，采用獨立墩，偏載引起的扭轉、畸變剪應力占相當高的比例，抗剪橫向分布增大系數到大于抗剪橫向分部系數。
2.4、齒板裂縫：
產生原因：由于齒板尺寸較小，局部應力超限造成，以上病害主要產生在南幅第二聯，由于施工時曾經因以上因素產生了質量問題，隨即進行了變更，增大齒板尺寸，所以其余各聯情況較好。
3、加固方案：
根據以上分析結果和專家意見，本次設計采用以下方法對病害進行治理，恢復該橋的整體工作性能和承載能力。
3.1、裂縫采取壓力化學灌縫技術，保護涂料封縫進行處理，對箱梁表面大于0.1mm的裂縫，采用灌漿補強技術處理。
3.2、頂板采用橫向粘貼一層碳纖維布，碳纖維布延伸至承托部位，在承托表面交錯設置碳纖維片材的斷頭。
3.3、腹板內、外側錨固區粘貼碳纖維片材，碳纖維片材的主纖維方向盡可能的垂直與裂縫。
3.4、底板采用橫向裂縫發生在梁體拉斷的部位，板底上、下緣表面對拉螺栓、粘貼鋼板進行加固補強，其余部分采用縱向貼滿一層碳纖維布（碳纖維布伸進鋼板20cm），底板上緣表面鋼板厚6mm，下緣表面鋼板厚10mm。
4、施工要點
4.1、裂縫修補
4.1.1裂縫處理
根據混凝土體裂縫的性質（包括其長、寬、深度、走向貫穿及漏水情況）進行裂縫的清理，對于較小的裂縫用鋼絲刷掃除松散層、灰塵污物后用壓縮空氣將其粉塵吹掃干凈，最后用棉紗浸丙酮擦洗待封縫灌漿補強；對于較深的裂縫采用人工鑿或用機械切成“v”形槽，其深度和寬度視其具體情況而定，對于不太深的表面裂縫可用騎縫鉆孔，孔內埋設灌漿管和阻塞器，對于深、走向不規則的裂縫，必須加鉆斜孔構成較多的通路。
4.1.2、封縫
對于細小的裂縫可用環氧樹脂漿液貼脫脂玻璃絲布直接封縫，已鑿成“v”形槽的裂縫可用環氧樹脂漿液和水泥砂漿配合封縫。
4.1.3、灌注及封口
灌漿前接通管路打開所有灌漿嘴上的閥門，再次用壓縮空氣吹掃，灌漿壓力為0.2～0.4Mpa，待裂縫漿液初凝不外流時拆下灌漿嘴，用快固化膠液進行封縫。
4.2、植錨栓
4.2.1、鉆孔前應使用鋼筋探測儀對原混凝土結構進行探測，以測定非預應力鋼筋和預應力鋼筋的位置，不至于在鉆孔過程中損害原有的鋼筋。鉆孔應確保孔的表面有足夠的粗糙度，其直徑比鋼筋直徑大4MM以上。
4.2.2、植筋膠應從孔的底部開始注射，直至填滿孔深的2/3。
4.3、粘貼鋼板
4.3.1、粘貼的鋼板錨孔要根據現場所植錨栓和對夾螺栓的位置進行放樣；并對粘貼面用丙酮擦凈使表面露出光澤。
4.3.2、粘貼鋼板前要對混凝土表面進行鑿毛再用鋼絲刷或壓縮空氣清除浮塵，并對混凝土表面的凹凸部位進行修補，以確保粘貼鋼板后混凝土和鋼板之間不出現空洞，粘貼前要用丙酮擦一遍。
4.3.3、粘結膠的涂刷：在粘貼鋼板以前，應在鋼板的表面涂刷一層厚度約為2mm的粘結膠，然后將鋼板粘貼在混凝土表面，使多余的膠液沿鋼板邊緣擠出。
4.3.4、粘貼鋼板的加壓：粘貼在混凝土表面的鋼板通過植入混凝土上的錨栓和對夾螺栓上的螺母進行加壓，加壓應在鋼板粘貼后立即進行，并且保證鋼板上各點螺栓的加壓要均勻。
4.4、粘貼碳纖維布
4.4.1、本工程采用300g/m2的高強碳纖維布，環氧膠液的配比為：環氧樹脂：鄰苯二甲酸、二丁脂：甲苯：乙二胺＝1：0.08：0.06：0.1。
4.4.2、碳纖維布應按順序依次粘貼于工作面，并用手輕壓，采用專業的消泡輥順纖維方向從中間向兩邊或沿一邊多次輥壓，擠出氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布。
4.4.3、粘貼的混凝土表面應打磨平整，除去表面浮塵和油污，露出混凝土結構新面，轉交粘貼處應進行導角處理并打磨成圓弧，圓弧半徑不小于20MM，對于混凝土表面凹陷部位應用找補材料填補平整。
5、施工質量檢查和檢驗
5.1、粘貼鋼板的質量檢驗：粘貼鋼板后用小錘輕輕的敲擊鋼板的表面，從音像效果上判斷粘貼效果，錨固區粘結面積應大于鋼板面積的95％，非錨固區粘結面積應大于90％。
5.2、粘貼碳纖維布的質量檢驗：
5.2.1、重點應檢查碳纖維布的材料質量和碳纖維布的粘貼質量，在施工之前應檢查碳纖維布和配套膠的產品質量合格證、產品質量出場檢驗報告，各項性能指標均符合規范的要求，碳纖維布與混凝土表面的粘貼應用小錘輕輕敲擊的檢查方法，總有效粘結面積均應大于95％。
5.2.2、碳纖維布空鼓部位的處理：碳纖維布粘貼完成后，應對空鼓的部分進行處理，經過業主、總監理工程師和施工單位的共同協商，采用對空鼓部分用刀片割開的方法進行處理，具體方法為：先用刀片對空鼓部位的碳纖維布割開，割開方向應順著碳纖維布的主纖維方向，然后用專用的注射器進行注膠，只至填滿，然后用手壓平。
6、完工后荷載試驗檢測
甘陶河特大橋加固完工后，為了檢驗其加固補強的效果，在通車以前委托了交通部公路工程檢測中心進行了荷載試驗檢測，通過對橋梁結構進行靜、動荷載試驗，以檢測橋梁結構在試驗荷載作用下的實際受力狀況是否滿足加固設計和規范的要求。
6.1、試驗荷載檢測內容
6.1.1、結構表面的質量檢測：主要對粘貼鋼板和碳纖維布的外觀進行檢查，檢查其粘結面積率是否達到了規范的要求。
6.1.2、結構靜荷載試驗：主要通過應變測試和撓度測試來檢驗該橋在規范要求的荷載下的應變和撓度是否達到了規范要求的范圍。
6.1.3、結構動荷載試驗（包括行車試驗和自振特性測試）。
7.結束語
通過荷載試驗測定的撓度檢驗系數介于0.61～0.95之間，說明結構現有狀況豎向剛度能夠滿足設計和規范的要求，應變檢驗系數介于0.37～1.00之間，說明結構現有狀況能夠滿足設計荷載等級作用下的使用要求。根據實測結果，鋼板表面應變與相近測區混凝土表面應變接近，說明鋼板能夠參與到結構受力中。總體評價該橋的加固達到了預期的效果，是非常成功的。
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