金钟路高架桥加固措施与工艺
2015-07-13
1、桥梁概况
京津塘高速公路金钟路高架桥位于天津市宜兴阜镇境内，全长3740米，上部结构为钢筋混凝土箱梁、预应力T梁；下部结构为预制打入桩基础及钢筋混凝土柱型桥墩及薄壁式桥台。设计荷载为汽超-20级，验算荷载挂车-120。
最近几年，由于车辆超载严重，造成桥梁梁体不同程度的开裂，特别是T梁横隔板开裂后，对桥梁整体刚度及稳定性造成极大的破坏。
2、主要病害
该桥在维修前进行了一次全面的检测，主要检测结果如下：
上部结构：
（1）钢筋混凝土箱梁梁底横向裂缝较多，部分裂缝超过规范限值。
（2）预应力 T梁横隔板开裂。
（3）预制梁边梁泄水管部位钢筋锈蚀、混凝土开裂脱落严重。
下部结构：
墩柱盖梁混凝土钢筋锈胀，混凝土大面积剥落，特别是伸缩缝部位的盖梁病害严重。桥台台身竖向开裂，混凝土剥落。
桥面系：
（1）沥青混凝土纵向裂缝，局部损坏形成坑槽。
（2）全桥伸缩缝部分损坏。
3、维修加固措施
上部结构：
（1）钢筋混凝土箱梁：进行裂缝维修处理，对部分裂缝进行注胶封闭。
（2）T梁横隔板：黏贴钢板，增加结构横向刚度。
下部结构：
对墩柱、盖梁、桥台的裂缝进行维修处理；采用修补砂浆对混凝土破损处进行修补；损坏严重的部位，凿除疏松混凝土，挂焊钢丝网，然后灌注高强灌浆料。
桥面系：
解决桥梁水侵蚀造成损害的根源，措施如下：采用轻质混凝土，增加桥面铺装混凝土厚度，加大桥面横坡，以利排水；增设桥面防水层；更换损坏伸缩缝；改造泄水孔，增设滴水檐。
4、主要施工工艺
下面仅对T梁横隔板加固工艺进行介绍：
4.1工艺原理
将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面，钢板与混凝土形成统一的整体，利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的
4.2工艺流程
基底处理→卸荷→植埋螺栓→钢板制作与现场配套打孔、安装→封边→配制胶粘剂→灌注→卸支撑、固化→检验→防腐处理
4.3施工工艺：
（1）基底处理，表面处理包括加固构件结合面处理及钢板贴合面处理。对于混凝土构件结合面，应根据构件表面的不同情况，分别按以下情况处理：
1）表面应先用硬毛刷沾丙酮刷除表面浮油污物，后用冷水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm 厚表层，直至完全露出粗骨料，并用压缩空气吹除粉粒，处理后，若表面严格凹凸不平，可用高强树脂砂浆修补。
2）对于湿度较大的混凝土构件，因一般树脂类胶粘剂在潮湿的基层上粘结强度会大幅度降低，故除满足上述要求外，尚须进行人工干燥处理。
3）对于露筋的混凝土表面，需用钢丝刷（将钢筋表面的锈蚀除去，再剔除松动的混凝土，用清水冲洗润湿，用高强树脂砂浆修补。
4）对于本身空鼓或破损严重的混凝土构件，应将空鼓处及破坏松散的混凝土剔除，用清水冲洗润湿，用聚合物修补砂浆或SCM无收缩水泥混凝土修补。
5）对于混凝土表面严重凹凸不平的，也应用磨光机打磨进行平整处理。
（2）卸荷
为减轻和消除后粘钢板的应力，应变滞后现象，粘钢板前宜对构件适量进行卸荷，卸除活载，封闭相应车道。
（3）植埋螺杆
钻孔前，应用钢筋混凝土保护层测试仪查明钢筋布置，避免打孔时伤及钢筋，钻孔位置可进行微调，孔径和孔深严格按设计要求施工。
1）定位、钻孔：利用冲击电锤钻孔，若植埋螺杆孔位处存在钢筋，则适当调整钻孔位置。钻孔孔深为70mm，孔径14mm。
2）清孔：采用高压空气吹射，清除孔内粉尘和细小颗粒。植埋螺杆前用棉丝浸泡丙酮液或工业酒精擦拭孔壁、孔底，擦除残留污渍。
3）检查胶体搅拌抽查是否均匀，弃掉前3次挤出的胶体。
4）植埋：采用专用灌注器或注射器将胶灌入孔内，灌注量一般为孔深的2/3。插入螺杆，顺时针旋转螺杆使胶混合均匀并溢出。旋转约1～2分钟，调整好螺杆位置准确并加以固定。
5）静置固化：按产品说明书的要求进行固化，在固化开始到固化时间段内方可进行螺杆焊接施工，在固化完成后方可承受至设计荷载。
（4）钢板制作与现场配套打孔、安装
按设计图纸要求，根据混凝土构件的实际尺寸对钢板进行下料、成型,依据现场植埋的螺杆的位置和数量，对所粘贴的钢板进行配套打孔。用螺杆将钢板固定在贴合面上，在边缘螺杆增加垫片，以保证灌胶厚度（3~4mm）。
（5）封边
将灌浆嘴粘贴在钢板的注入孔上，在钢板边缘插入排气管，在螺杆头上罩上碗盖，然后用环氧胶泥封口胶封闭钢板边缘（封口胶宽度不得大于1cm），完成封边。灌浆嘴布置间距为20～30cm。
（6）配制胶黏剂
结构加固用胶黏剂上为A、B双组分，使用前需进行现场质量检验，进行抗拉拔试验，合格后方能使用，使用时在现场临时配制，配制时按产品说明书规定进行。将A、B两组分别倒入干净容器，容器内不得有油污，利用手提电钻搅拌，或采用人工搅拌，搅拌至色泽完全均匀为止。
（7）灌注
胶黏剂配制好后，用泵将胶黏剂从灌浆嘴注到钢板和结构的空隙中，压力为0.2～0.3MPa（压力值可根据缝隙大小及胶黏剂组分比例不同而调整），当排气管均有胶体有胶体流出时，停止加压，以环氧胶泥封口胶封堵排气孔，再以较低压力维持10min以上。灌胶应自下而上，自左至右，依次进行灌注，直至全部灌实。
（8）固化
结构胶粘剂在常温（20℃）下固化24h，3d 即可受力使用。若气温低于5℃，应采取人工加温，一般用红外线灯或电热毯加热保温，固化期中不得对钢板有任何扰动。
（9）检验
粘钢结束后，组织有关人员验收，发现问题及时处理。
（10）防腐处理
外部粘钢加固钢板，一般采用刷防锈漆的防腐措施，具体工艺为：先进行喷砂除锈，要求为Sa2.5级。然后涂四层防腐材料，第一层为硅酸锌底漆75μm；第二层为环氧聚酰胺底漆75μm；第三层为环氧云母氧化铁2×50μm；第四层为聚氨甲酸甲脂面漆2×50μm。
5 施工中应注意的问题
(1) 黏贴钢板前应对表面进行处理，包括加固构件结合面处理及钢板贴合面处理。进行混凝土表面处理应露出粗骨料，并将严重凹凸不平处理平整；对于露出钢筋的混凝土，对钢筋进行除锈，并用高强树脂砂浆修补。
(2) 钻孔前，用钢筋混凝土保护层测试仪查明钢筋布置，避免打孔时伤及钢筋，钻孔位置可进行微调，孔径和孔深严格按设计要求施工。
(3) 黏贴钢板时胶黏剂按照使用说明书进行配制，灌胶时自下而上，自左至右，依次进行灌注，直至全部灌实。
(4) 工程用结构胶等原材料和半成品除应符合《混凝土结构加固技术规范》外，还应符合现行的国家标准及行业标准，粘钢施工结束，待结构胶固化后，应用小锤轻轻敲击粘贴钢板，从音响判断粘贴效果。如粘贴面积少于 90%则应重新粘贴或采取补救措施。
6 加固效果
为了检验维修加固效果，大桥养护部门于委托检测单位对大桥T梁孔跨进行了荷载试验。通过静载试验，测定桥梁上部结构控制断面的静应变、静挠度和加载过程中的裂缝开展情况，检验加固设计方案和施工质量，验证结构安全性和可靠性。静载试验表明，各截面各梁应变实测值走势与计算值走势比较吻合，变化较为均匀，各主梁在偏载工况下应变及挠度分布变化比较均匀，表明上部结构抗偏载能力良好，上部结构整体性增强，能共同受力，荷载横向分布良好，在车辆荷载作用下，桥梁结构处于弹性工作状态，其刚度和承载能力基本满足设计要求。通过动载试验，测定结构在动力荷载作用下的动应变冲击系数、结构的自振频率 , 综合评定结构的动刚度，验证结构整体性和稳定性，动载试验结果表明上部结构的动力性能满足要求，整体性能良好。加固维修完工三年多来的结果也表明，桥面没有再出现纵向开裂，也未见其他病害的发生，说明了粘贴钢板加固横隔板工程达到了预期目的。
