正交異性板結合箱內(nèi)鋼桁架技術在橋梁加固中的應用

張志明，陳兆龍

（安徽省蕪宣高速公路管理有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

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正交異性板結合箱內(nèi)鋼桁架技術在橋梁加固中的應用

張志明，陳兆龍

（安徽省蕪宣高速公路管理有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

結合橋梁底板加固工程實際，介紹正交異性板結合箱內(nèi)鋼桁架加固技術主要特點以及該技術在加固后效果。

正交異性板；鋼桁架；加固

1　橋梁概況

橋梁主橋上部結構采用變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組合為（30+9×52+30）m，箱梁橫截面為單箱單室，主橋箱梁采用C50混凝土，采用三向預應力體系。主橋下部結構采用輕型鋼筋混凝土獨柱式橋墩，柱經(jīng)為2.2m。實體承臺，鉆孔灌注樁基礎，樁徑為1.5m。

2　病害情況

定期檢查中發(fā)現(xiàn)右幅主橋的第5、第6跨箱梁底板合攏段出現(xiàn)混凝土層狀剝離且有縱向和橫向的裂縫，其中第6跨箱梁底板合攏段病害較為嚴重，有一道橫向裂縫貫通底板且混凝土分層剝離較為嚴重。經(jīng)特殊檢查，檢查結果表明：控制截面處于較好的單行工作狀態(tài)，承載能力滿足要求，主橋豎向剛度滿足設計要求，但是底板空鼓和裂縫對結構剛度存在一定的影響，測試數(shù)據(jù)無規(guī)律性，與設計值存在較大差異，需對底板進行加固處理。2013年委托設計單位對該橋主橋右幅第5、6跨病害進行加固設計并組織了加固維修。

3　加固方案

針對病害最初擬采用腹板加厚配合底板混凝土置換加固方案，方案首先植筋綁扎鋼筋網(wǎng)，澆筑跨中腹板加厚區(qū)混凝土，然后分段置換底板混凝土。

通過論證審查此方案有以下缺點：中腹板處理區(qū)域較小，且與原橋腹板加固區(qū)域分離，在全橋容易形成薄弱斷面；在增加橋梁自重增加較多；加固區(qū)域較小，材料用量少，不易采購；新增混凝土的收縮開裂較難控制。經(jīng)綜合考慮，取消底板混凝土置換，在合攏段底板范圍安裝2塊2.3m×5m鋼板，在合龍段底板中心留了80cm的觀測區(qū)域，同時在箱內(nèi)增加鋼桁架與底板正交異性板連接的加固方案。

4　主要施工工藝

4.1松散混凝土鑿除及缺陷維修

現(xiàn)場確定混凝土松散和空鼓區(qū)域，對箱梁底板松散混凝土進行人工鑿除，鑿除時要注意控制鑿除深度，避免損壞波紋管和鋼筋，對缺陷采用環(huán)氧砂漿進行修補、抹平。

4.2橋面預壓

粘貼鋼板前，在橋面進行預壓，預壓使用沙袋加載，預壓重量為30t。施工右幅第6跨前，在右幅第5及7跨跨中合攏段中心線位置對稱同步預壓。施工右幅第5跨前，在右幅第4及6跨跨中進行預壓。

4.3正交異性板制作與安裝

①梁底找平及清理

根據(jù)設計圖紙的要求并結合現(xiàn)場測量定位，在需粘貼鋼板加固混凝土表面放出鋼板位置大樣。由于梁底部有一定弧度，鋼板難以緊貼梁底，所以使用環(huán)氧砂漿對梁底進行大面找平。清除表面浮漿，剔除表層疏松物，并用丙酮清理表面。

②種植螺栓

依照設計圖紙的要求，放出需鉆孔的位置，用鋼筋探測儀查明混凝土鋼筋和鋼絞線位置，然后鉆孔，種植螺栓。

③鋼板加工、安裝

依據(jù)現(xiàn)場混凝土上的實際放樣進行粘貼鋼板下料，先對待粘貼的鋼板進行配套打孔，然后對鋼板的粘貼面進行除銹和打磨，打磨紋路與鋼板受力方向垂直。加工完成后吊運至施工平臺，通過化學螺栓將鋼板固定在加固區(qū)域，螺栓暫不擰緊，保證鋼板與梁底之間有一定的間隙。

⑤ 焊接縱橫肋

根據(jù)設計圖紙，在鋼板表面焊接橫向和縱向加勁肋，如加勁肋位置與鋼板表面實際打孔位置有沖突，可對加勁肋位置進行適當調(diào)整。焊接從焊件中部開始，向兩端進行。

⑥緊固螺栓

在加勁肋焊接完成后，擰緊鋼板上的螺栓，使鋼板與梁底盡量貼合，其間隙留2mm。

⑦封邊

將注入嘴粘結在鋼板的注入孔上，注入嘴布置間距為50～60cm。再在鋼板角點處及鋼板邊緣插入排氣管，排氣孔間距30～40cm，在螺桿上罩上蓋碗，然后用鋼板封邊膠封閉鋼板邊緣，完成封邊。

⑧灌膠

待封邊膠固化后，用泵將粘鋼灌注膠從注入嘴灌注到鋼板和混凝土的空隙中，灌注工作持續(xù)到所有排氣管均有膠液流出。在灌注過程中，用橡皮錘敲打鋼板以確認是否灌注密實。要求灌膠之前先通氣試壓，以不小于0.1MPa的壓力將粘鋼灌注膠從注入嘴壓入，當排氣孔出現(xiàn)膠液后停止加壓，以鋼板封邊膠堵孔，再以較低壓力維持10min以上。

⑨鋼板防腐

在鋼板粘貼完成后對其外表面進行打磨，除去鋼板表面油污和浮銹，再涂刷防腐漆，共涂刷2遍環(huán)氧富鋅底漆和1遍面漆。

4.4箱內(nèi)鋼桁架制作、安裝

①鋼材制作

鋼桁架使用材料主要有Q345D槽鋼、Q345D12mm厚鋼板和高強螺栓。

②箱內(nèi)混凝土基面處理

對于箱內(nèi)混凝土凹凸不平影響鋼結構安裝的，人工打磨平整，凹陷處，使用環(huán)氧砂漿進行修補。

③上下弦桿安裝

通過M20對拉螺桿使鋼桁架下弦桿與梁底鋼板連接。如果鉆到波紋管和主要鋼筋時，應在旁邊重新鉆孔，并使用環(huán)氧砂漿修補舊空洞。

安裝固定上下弦桿完成后，對不平整區(qū)域進行灌膠，灌膠方法同正交異性板灌膠方法。

④安裝橫撐和腹桿

在2片鋼桁架之間，通過焊接和高強螺栓連接橫撐。橫撐采用背靠背的形式連接在上下弦桿上，腹桿采用背靠背的形式焊接在節(jié)點板上，腹桿角度可根據(jù)箱梁內(nèi)的實際情況進行微調(diào)。

⑤防腐涂裝

與底板鋼板工藝相同。

5　加固后觀測與效果評價

5.1后期觀測

施工時在大橋右幅主橋箱梁底板鋼筋上共布設9個傳感器，同時在對應位置的鋼板上也布設了9個傳感器。

分析采集的數(shù)據(jù)，鋼板上的傳感器在解除橋面預壓后，應變均有不同程度的增大，說明鋼板已與箱梁協(xié)同受力。在通車后，鋼板上有7個傳感器的數(shù)據(jù)不同程度減小，說明鋼板對箱梁底板的協(xié)同受力是有效的。

5.2效果評價

加固后組織對該橋右幅主橋5#、6#跨進行了一次靜載試驗，通過與加固前荷載試驗數(shù)據(jù)對比，進一步證實了加固效果。

5、6兩跨共布置4個測試斷面，分別為：5#跨跨中斷面；6#跨墩頂附近斷面、6#跨L/4斷面、6#跨跨中斷面。在上述4個測試斷面中，各跨中斷面分別測試了應變和撓度，墩頂附近斷面及L/4斷面只測試了應變。

靜力試驗荷載加載方式是采用單輛重約300kN的三軸載重汽車作為等效荷載，在試驗過程中模擬設計活載所產(chǎn)生的內(nèi)力值。

荷載試驗工況：

工況1和工況2：檢測右幅橋A-A截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下的最大正彎矩和撓度效應；

工況3和工況4：檢測右幅橋B-B截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下的最大正彎矩和撓度效應；

工況5和工況6：檢測右幅橋D-D截面在最不利汽車荷載中載和偏載作用下最大正彎矩作用效應；

工況7：檢測右幅橋E-E截面在最不利汽車荷載（中載）作用下最大負彎矩作用效應；

①撓度測試結果

在工況1～4滿載作用下，右幅橋主梁A-A、B-B截面實測撓度均小于計算值，主梁結構豎向剛度滿足設計要求，卸載后，測試截面測點的最大相對殘余變形為6.3%，表明結構控制截面在試驗過程中處于較好的彈性工作狀態(tài)。

②應變測試結果

在各工況滿載作用下，實測值小于或接近于計算值，說明控制截面強度滿足設計要求，各工況卸載后，測試截面最大相對殘余應力值小于18.75%，表明結構測試截面在試驗過程中處于較好的彈性工作狀態(tài)。

6　結論

此次加固之后，根據(jù)特殊檢查結果以及后期運營觀察，正交異性板結合鋼桁架加固技術效果顯著，為同類變截面連續(xù)箱梁底板加固提供了一項新的加固思路。

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U445.7+2

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1007-7359(2016)03-0191-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.070