鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法在公路橋梁上部結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

董禮文

（威海市公路管理局，山東威海 264200）

0 引言

公路交通的暢通與否很關(guān)鍵的點(diǎn)在于橋梁是否通暢，而往往因?yàn)榫€路中某些橋梁的承載力和通行力不足以滿足要求而影響全線的暢通。故世界各國(guó)開(kāi)始普遍關(guān)注如何充分利用現(xiàn)有橋梁進(jìn)行加固維修來(lái)提高交通承載能力這一課題，為此專門監(jiān)理了國(guó)際性的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展研究。1980年和1982年分別在布魯塞爾和巴黎、華盛頓就如果利用和改造舊橋的問(wèn)題展開(kāi)國(guó)際性的專題會(huì)議；OECD(經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織)調(diào)集24個(gè)西方國(guó)家共同參與了一項(xiàng)研究，就關(guān)于橋梁檢查、承載力的鑒定以及橋梁養(yǎng)護(hù)行裝的課題做了研究報(bào)告。由此可見(jiàn)，通過(guò)建設(shè)新橋相比舊橋養(yǎng)護(hù)加固來(lái)提高承載力耗時(shí)更長(zhǎng)且更為耗費(fèi)人力財(cái)力物力。因此通過(guò)修復(fù)加固舊橋而實(shí)現(xiàn)舊橋再利用已成為各國(guó)共識(shí)。

1 鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法的加固機(jī)理及其優(yōu)勢(shì)

1.1 鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法加固機(jī)理

鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法就是把采用環(huán)氧樹(shù)脂系列粘合劑把鋼板粘在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的被拉邊緣或薄弱處使鋼板與結(jié)構(gòu)物變成一個(gè)整體在不用增加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋的情況下而提升橋梁承載能力的加固方法[1]。鋼板加固結(jié)構(gòu)時(shí)，一般的做法是用環(huán)氧樹(shù)脂作粘結(jié)劑，把鋼板和混凝土粘在一起。與混凝土相比，環(huán)氧樹(shù)脂的彈性模量相差不大而抗拉強(qiáng)度卻大得多，通常介于60～80 MPa之間：環(huán)氧樹(shù)脂的抗剪強(qiáng)度一般在7～10 MPa之間。應(yīng)該引起注意的是：環(huán)氧樹(shù)脂的配方很多，不同的配方性質(zhì)差異很大，在實(shí)際加固中應(yīng)該仔細(xì)選擇粘結(jié)劑，使其滿足要求。鋼板粘貝辭卜強(qiáng)的性能闊:粘貼力強(qiáng),后強(qiáng)度高是環(huán)氧樹(shù)脂砂漿所具有的顯著特征,將鋼板與混凝土結(jié)合成一個(gè)整體,利用鋼板性能使拱圈或梁板的抗彎拉應(yīng)合力得到大大的提高,彌補(bǔ)混凝土抗拉應(yīng)力低的弱點(diǎn),也就說(shuō)直接增加混凝土糊牛的鋼筋數(shù)量,或者說(shuō)表示在素混凝土構(gòu)件中直接增加了相當(dāng)數(shù)量的鋼筋。通過(guò)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，要想抗拉強(qiáng)度大于10枯/cm，需要砂漿固化后抗壓力強(qiáng)度值高于50，這樣鋼筋鋼板間的粘結(jié)力達(dá)10枯/cm時(shí)通常高于6 kg/cm，數(shù)據(jù)表明，環(huán)氧樹(shù)脂做為建設(shè)材料使用既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂系列粘結(jié)劑對(duì)鋼板或槽鋼粘貼在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)的影響承載力的部位進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)牢，這樣就不用額外增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋,就能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不變的情況下承載能力得意提升,達(dá)到的補(bǔ)強(qiáng)效果,這就是環(huán)氧樹(shù)脂鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法的技術(shù)要領(lǐng)，鋼板是受拉緣為最佳,槽鋼受壓副圭。

鋼板加固結(jié)構(gòu)時(shí)，用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)一般都能滿足要求：即結(jié)構(gòu)破壞時(shí)不會(huì)沿著環(huán)氧樹(shù)脂折界面脫離，而是梁底靠近鋼板混凝土首先開(kāi)裂破壞。文獻(xiàn)對(duì)鋼板和混凝土間的最大剪應(yīng)力和錨固長(zhǎng)度的計(jì)算方式說(shuō)明，正常的使用狀態(tài)下，截面粘結(jié)的地方要想保持安全狀態(tài)要求截面的最大剪力不大于5 MPa。計(jì)算時(shí)當(dāng)錨固長(zhǎng)度在6 cm以下，錨固長(zhǎng)度統(tǒng)一設(shè)置為50 cm。在實(shí)際施工時(shí)，普遍有一種做法是，在鋼板的端部鉆孑，插入預(yù)應(yīng)力螺栓，通過(guò)上緊螺栓對(duì)鋼板施加預(yù)加壓應(yīng)力，以這各方式來(lái)保證鋼板不和結(jié)構(gòu)脫離。試驗(yàn)證明：用這種方法后，鋼板和混凝土之間的剪力隨預(yù)應(yīng)力的增加而增加，即使不施加預(yù)應(yīng)力，截面的剪應(yīng)力也會(huì)超過(guò)10 MPa。這樣往往是鋼板和混凝土分享后螺栓才被激活、發(fā)揮作用，而此時(shí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到了較大的損害，最終的結(jié)果是承載力反而不能提高。因此，建議實(shí)踐中不采用螺栓錨固鋼板的做法。

1.2 粘貼鋼板加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)明顯

不需要破壞原有結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)尺寸沒(méi)有額外加大不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)空間要求產(chǎn)生影響。施工從開(kāi)始到結(jié)束只需很短的時(shí)間，交通照常通行。同別的加固方法進(jìn)行比較，費(fèi)用省，技術(shù)操作性強(qiáng)，質(zhì)量有保障，不破話結(jié)構(gòu)原貌。正因?yàn)橛羞@樣多的優(yōu)點(diǎn)，粘鋼技術(shù)自上世紀(jì)60年代出現(xiàn)以來(lái)，一直倍受工程界的重視，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，粘鋼技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，由于個(gè)人對(duì)該門技術(shù)理解不同，在實(shí)踐中的具體操作也不同，目前為止，還沒(méi)有形成統(tǒng)一的規(guī)范。在粘貼的實(shí)踐中，一般都在表面刷上一層防腐化學(xué)溶劑來(lái)阻止和減少鋼板的腐蝕，這各做法是行之有效的。粘貼鋼板加固混凝土結(jié)構(gòu)一般都用環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)材料，而環(huán)氧樹(shù)脂的特性是受紫外線時(shí)，容易發(fā)生分解、產(chǎn)生才華。在粘鋼結(jié)構(gòu)中，環(huán)氧樹(shù)脂處于鋼板和混凝土之間，不會(huì)受到紫外線的圖景，粘鋼結(jié)構(gòu)的耐久性是比較好的。試驗(yàn)顯示，粘鋼加固的混凝土結(jié)構(gòu)，在加載的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)12 a的耐久性試驗(yàn)，截面粘結(jié)良好，并且界面的粘結(jié)強(qiáng)度有所提高，使結(jié)構(gòu)的最終承載力也有所提高。另外，在潮濕和腐蝕環(huán)境中的試驗(yàn)證明：10 a年暴露后，鋼板加固的混凝土結(jié)構(gòu)承載力沒(méi)有降低，盡管鋼板的表面有少許腐蝕。

2 鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法對(duì)公路橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固案例分析

2.1 工程案例

勝利路沙河橋，位于鞍山市，1987年由該市市政工程設(shè)計(jì)研究院全權(quán)設(shè)計(jì)并由旗下的市政公司中標(biāo)完成施工。采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁(JT、GQs020—80)槽型結(jié)構(gòu)，單跨跨凈30 m，共7跨，總跨徑為210 m。全橋設(shè)置13片梁，成橋主梁相間3.1m，粱的寬度和高度分別預(yù)制為2.0m、1.4m。該橋設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-20級(jí)、掛-100，人群荷載3.50 kN/m2[2]。2002年時(shí)該橋已無(wú)法滿足通行需求，研究通過(guò)利用鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法對(duì)該橋進(jìn)行加固以此提高此橋的承載能力。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，加固后足以讓一輛重量超過(guò)橋梁設(shè)計(jì)最大荷載的重量高達(dá)630 t的車輛通過(guò)橋梁。該項(xiàng)補(bǔ)強(qiáng)方案大大提高了該橋的承載能力，加固后經(jīng)多年使用，該橋完全滿足了未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間的交通發(fā)展需求。

2.2 公路橋結(jié)構(gòu)加固中使用鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法具的技術(shù)要領(lǐng)

2.2.1 施工方法

根據(jù)粘結(jié)劑的使用方法的不同分為注入法和壓貼法兩種。注人法,是將環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑調(diào)為液狀在鋼板安裝后用注人法加人;壓貼法，是將環(huán)氧樹(shù)脂粘貼劑在鋼板粘結(jié)之用刷子在結(jié)構(gòu)體上刷好,采用壓貼的方法把膠裝粘結(jié)劑調(diào)均勻地沾在結(jié)構(gòu)物之上。

2.2.2 施工工藝流程

（1）將拱頂下面粘貼部位利用砂輪的反復(fù)研磨直到接近骨料層。

（2）制作好釗剛反用于粘貝劫口固,并對(duì)表面進(jìn)行處理,按標(biāo)準(zhǔn)尺寸把鋼板切割好后,采用刨床把粘貼表面進(jìn)行加工痕跡成成菱形網(wǎng)格有助于增加粘纖能力,鋼板通過(guò)噴砂來(lái)去除銹跡等;厚度根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)需要而定,建議覽度250 m,長(zhǎng)度按拱底弧長(zhǎng)最多分三塊,最好是一塊,鋼板弧度加工成接近于拱底的弧度。

（3）在鋼板和混凝土底面相對(duì)應(yīng)的位置采用梅花型或均勻交叉型鉆孔布點(diǎn)時(shí)可用電鉆和沖擊鉆進(jìn)行,釗剛反鉆孔要預(yù)留有一定的空間余地如訓(xùn)釗橢圓形或槽形擴(kuò)大孔以減小錯(cuò)位或者位置對(duì)應(yīng)不準(zhǔn)的麻煩。脹錨螺栓和環(huán)氧樹(shù)脂枷占劑壓漿予埋都可用于鉆孔后底面螺栓。

（4）鋼版表面油脂使用丙酮進(jìn)行清潔，混凝土表面可利用毛刷進(jìn)行除塵。

（5）配制嚴(yán)格比例的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑作為下面步驟的主要使用材料。

（6）用上個(gè)步驟中己陪制好的環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)劑在鋼板和混凝土粘結(jié)面進(jìn)行涂刷，用刮刀進(jìn)行涂刷容易達(dá)到均勻的效果，特別是混凝土底部面上比較難刷，要多花時(shí)間。

（7）先把鋼板與混凝土粘結(jié)面打好底層，然后按照設(shè)計(jì)時(shí)要求的厚度將膠狀粘結(jié)劑用刮刀在鋼板上均勻涂上。

（8）分塊剛反,并迅速擰緊車蒯隆或錨固好的螺栓,必要時(shí)還要使用一些頂緊支撐,空氣可通過(guò)輕輕拍打鋼板從排水立管抽出[3]。

（9）焊縫應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求,將對(duì)接接頭進(jìn)行牢固焊接,不夠牢固時(shí)可用注漿粉漿進(jìn)行補(bǔ)充。

（10）環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)養(yǎng)生期一般在72 h以上,但養(yǎng)生時(shí)間不是一成不變的，需要根據(jù)氣溫的變化而有所增高或減少。

(11)膠狀環(huán)氧粘貼劑要濃度高一些，當(dāng)在鋼板與混凝土表面之間出現(xiàn)縫隙時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)。

(12)用鋼絲刷清除鋼表面的銹跡,刷一遍灰漆兩遍紅丹漆預(yù)防釗剛層生銹。

(13)檢驗(yàn)查收。

3 結(jié)語(yǔ)

從本橋加固實(shí)例可以看出，粘貼鋼板加固上部梁，可將主梁承載力提高10%以上，滿足超重型車梁通行需求，而且施工簡(jiǎn)單、方便，可以在不中斷交通的情況下施工，大大減少工程造價(jià)。粘貼鋼板法加固梁橋這些優(yōu)點(diǎn)是其他方法所無(wú)法比擬在設(shè)計(jì)橋梁加固方案而越來(lái)越得到廣泛青睞。本次論文中討論的情況是超載車輛單獨(dú)均速駛過(guò)橋梁[4]，在這次超載車輛通過(guò)該橋方案采用的是橋面鋪設(shè)鋼板，增加車輪數(shù)量已達(dá)到分散集中荷載值、增加整體強(qiáng)度，來(lái)解決強(qiáng)度不足問(wèn)題，但這只是臨時(shí)性的，不能完全解決承載力不足問(wèn)題，只有實(shí)施永久性加固，方可解決這一問(wèn)題，本論文討論的粘貼鋼板法應(yīng)是理想的加固方案。

[1]姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2014.

[2]姚玲森,程翔云.鋼筋混凝土梁橋[M].北京:人民交通出版社,2012.

[3]交通部公路司.公路舊橋承載能力鑒定辦法[Z].2009.

[4]JTJ021—89,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].