论桥梁维修加固补强措施

2022-09-29

青秋浦大桥建于1998年, 位于苏州市工业园区, 整个桥梁走向为东西向, 其左、右幅主跨均为4 0 m+5 6 m+5 6 m+4 0 m的单箱双室变截面三向预应力混凝土的连续梁。主梁顶板宽为21.2m, 底板宽为14m, 现浇梁段高度为1.4 m, 主墩根部的梁高为2.8 m。大桥现浇梁体的混凝土强度等级为C 5 0。主桥下部结构桥墩采用2×2.5 m双柱墩, 墩基础采用4个直径1.5 m摩擦桩, 桥台采用轻型台群桩基础, 墩柱、台身及桥台侧墙均采用C 3 0混凝土。

1 桥梁病害状况成因分析

每跨主梁的底板和腹板上均发现不同程度的裂缝, 左幅桥面产生严重裂缝, 积水渗漏严重, 左幅第一跨底板有裂缝5 1条, 腹板有裂缝32条, 全为纵向裂缝;第二跨底板有裂缝7 8条, 其中纵向裂缝7 6条, 斜向裂缝2条;第四跨底板有裂缝28条, 其中纵向裂缝21条, 横向裂缝7条, 其中施工节段处6条。腹板上的裂缝总计3 0条, 右幅第一跨底板有裂缝2 4条, 底板有裂缝2 4条, 全为纵向裂缝;底板有裂缝57条, 其中纵向裂缝54条, 斜向裂缝3条;第四跨底板有裂缝2 2条, 其中纵向裂缝1 4条, 横向裂缝8条, 其中施工节段处6条。

主桥桥墩也出现一些裂缝, 其中左幅桥2#外侧墩、右幅桥4#号内侧墩和右幅桥4#外侧墩的裂缝比较明显, 墩身裂缝宽度在0.2 m m-0.4 m m之间。根据裂缝的数量、走向、开展趋势及分布情况, 底板纵向裂缝, 顶板横向预应力、边腹板和中腹板间的纵向预应力相差悬殊产生的纵向剪切以及局部区段保护层厚度偏小等因素造成的。

由于边跨主梁一侧为支架现浇, 一侧为悬浇, 在跨中未设置合拢段, 因此, 底板横向裂缝主要是由于混凝土收缩变形不协调等引起的。腹板斜裂缝开裂情况比较严重, 主要是由于该桥梁高 (2.8 m~1.4 m) 相对较小, 竖向预应力钢筋相应长度较短, 竖向预应力效应在实际施工过程中难以控制, 容易出现竖向预应力效果不稳定的现象;同时由于该桥主梁纵向预应力分布在顶、底板内, 在腹板中没有下弯预应力钢束, 腹板抗剪主要由竖向预应力钢束承担。翼缘板横向裂缝主要出现在墩顶附近, 桥面防水和排水系统存在不同程度的钢筋锈蚀、泄水管堵漏导致雨天有雨水外流到梁体上、裂缝渗水的状况。

2 维修加固治理方案

针对本桥现状及病害分析, 分步实施维修加固, 对箱梁顶板采用粘贴碳纤维方法进行加固补强;箱梁腹板内侧抗剪病害比较严重, 则采用增大截面和粘钢的方法进行加固补强, 喷射混凝土将补强钢筋与原结构联结组成整体受力结构, 并在结合面上传递拉应力和剪应力, 用粘钢的方法对箱梁腹板进行加固补强。

根据裂缝的数量、分布以及横、纵走向, 对主桥箱梁主要裂缝即底板纵横向裂缝、箱梁外侧腹板斜裂缝、翼缘板横向裂缝, 针对桥梁裂缝先进灌注胶材料, 对于裂缝大于等于0.1 5 m m的裂缝采用自动恒压低压灌注的树脂, 对裂缝宽度小于0.1 5 m m的裂缝采用封闭处治, 以提高桥梁的耐久性。还采用喷射混凝土加固桥梁的工艺增大受力断面和补强钢筋、加强结构的整体性和刚度, 使其能承受设计荷载和达到安全使用年限, 以达到封闭裂缝的目的, 并要求修补材料能够均匀注入到细而深的裂缝中, 从而保证修补质量。

3 碳纤维施工方法及措施

采用粘贴碳纤维法对裂缝密集区域进行加固, 按修复、补强设计要求对碳纤维粘贴范围进行定位、弹墨线, 用角磨机将构件表面凸出部分 (混凝土构件交接部位、模板的段差等) 打磨平缓, 棱角的部位用角磨机磨成圆角, 圆角半径宜≥3 0 m m, 最小不得小于2 0 m m, 必须清洗打磨过的构件表面, 使其充分干燥。

底胶的主剂和固化剂按规定比例放入容器内, 用电动搅拌器拌合均匀, 用滚筒刷均衡地涂抹底胶。在涂完第一层指触干燥后再涂刷第二层, 涂刷底层树脂不得超过1 m m。一般在3小时到1天之间等底胶固化后, 在构件表面有凝结凸起时, 要用砂纸磨光, 磨光后若露出混凝土基面, 应再补涂底胶, 根据施工部位的温度、湿度选择适当的底涂树脂, 气温5℃以下、相对湿度R H>8 5%、混凝土表面含水率在4%以上, 雨天或有结露时不得施工。

构件表面凹陷部位 (蜂窝、麻面、小孔等) 的存在是碳纤维布粘贴的不严密而造成起鼓, 采用找平胶 (腻子) 填平, 修复表面平整;角 (段差、起拱等) 要用找平胶 (环氧腻子) 填补, 使之平顺。施工在气温5℃以上, 相对湿度R H<8 5%的条件下施工, 平胶涂刮后, 对表面仍存在的凹凸糙纹, 再用砂纸打磨平整。

气温在5℃以下、对湿度R H>8 5%时、在雨天或有结露时不能有效施工时, 贴碳纤维布前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸裁切碳纤维片材, 每段长度以施工需要确定, 严禁在幅宽方向进行裁剪。为防止片材在保管过程中损坏, 碳纤维布裁切时应预先在裁切位置横向粘贴宽胶带, 在宽胶带正中位置进行裁切, 使裁切后碳纤维布的断头齐整不脱丝。碳纤维布纵向接头必须搭接1 0 c m以上, 该部位应多涂粘结胶, 赶压气泡、粘结操作按正常进行, 纤维布横向不需要搭接。

粘贴碳纤维布施工前要确认施工面的底胶和找平胶等修补材料都已达到指触干燥, 底涂胶或残缺修补做完超过1周时, 为了确保结构面和碳纤维布之间的粘着性, 需用砂纸打磨。粘结胶的主剂和固化剂应按规定比例 (重量比) 称量准确, 装乳容器用搅拌器搅拌均匀。粘贴碳纤维布前用滚筒刷均匀地涂抹粘结树脂, 涂量是根据施工部位及施工面的粗糙程度而变化的, 拱起部位、拐角部位、纤维片搭接部位以及残缺修补处要多涂一些, 在粘贴碳纤维布和粘接胶之间不得留有空气, 为此, 可用罗拉 (专用工具) 沿着纤维方向在碳纤维布上滚压多次, 使粘结胶充分渗浸入碳纤维之中。

碳纤维布施工2 0~9 0分钟 (根据干燥程度) 后, 用滚筒刷均匀涂抹粘结胶, 上涂起到保护碳纤维布的作用。上涂时罗拉沿纤维方向滚动, 不得将已贴好的纤维布卷起, 涂后用脱泡罗拉沿纤维方向滚压2~3次, 使纤维内部补充渗浸粘结胶, 上涂粘结胶固化后在碳纤维片材表面形成坚固的保护层, 与碳纤维布共同形成复合材料, 同时对碳纤维布起到良好的保护作用, 多层粘贴重复上述步骤, 待碳纤维布表面干燥时进行下一层粘贴。在上涂后3小时至4天, 进行固化后的空鼓检查。如纤维片材表面出现空鼓, 在碳纤维片材上打开2个以上的孔, 使用注射器注入粘结树脂 (或低粘度型树脂) 。

一边通过敲打听音确定空鼓、胀鼓的范围和层面, 一边用打磨机削去不良部分, 并用棉纱沾酒精等有机溶剂擦去粉尘。削掉部位不平坦时, 用找平树脂或粘结树脂使其平坦。为提高搭部位的接着性能, 应将搭接部位预先用砂纸等打磨粗糙, 用与削去层数相同层数的碳纤维片材以覆盖搭接的方式重新粘贴, 每层碳纤维片材覆盖的搭接长度, 自修补的边缘起每侧每层以2 0 c m的倍数递增。