危橋混凝土墩柱外包鋼板技術分析

劉文遠

（上饒市余干公路事業(yè)發(fā)展中心，江西上饒335100）

0 引言

混凝土橋梁在長時間運營的階段中，受到自然環(huán)境因素以及車輛通行荷載的影響就會出現各種質量問題，嚴重的還會因為橋墩裂縫、橋臺裂縫引發(fā)安全事故。因此，在混凝土橋梁養(yǎng)護工程項目開展的階段，需要積極地選擇處理技術提高橋梁結構的安全性以及穩(wěn)定性。橋梁混凝土墩柱質量的高低直接關系到橋梁結構的穩(wěn)定性，因此對危橋混凝土墩柱外包鋼技術內容進行分析，選擇合理的加固方法，提高結構的穩(wěn)定性是此次的研究方向。

1 技術特點及適用范圍

外包鋼板加固技術操作比較簡單、方便，不會受到施工環(huán)境的干擾和影響，同時建設成本較低，且不會明顯地增加原結構的截面尺寸與自重，能夠有效地提升結構承載性能，符合工程的運行標準。從實際應用效果分析，外包鋼板的處理方式使得受壓構件的性能得到很大的提升，比如剛度、強度等，并且在濕度大、化學腐蝕的環(huán)境中依然可以達到良好的應用效果。

2 項目概況

某個橋梁結構的上部結構應用7～30m 裝配式建筑結構形式，先簡支后的預應力混凝土箱梁結構，左幅下部則采用鋼筋混凝土實心墩形式，右幅下部采用鋼筋混凝土雙柱實心墩的形式。根據設計方案的要求，通過滑模、翻模施工方式進行。經過現場的考察和分析，滑模施工的矩形實心墩有豎向、橫向裂縫存在，還有部分位置出現了露筋、空洞的問題，內部結構損壞比較嚴重，極大地影響運行性能，危險性比較大[1]。

3 主要病害及原因分析

3.1 主要病害

在施工前，全面檢查橋墩的結構，了解存在的病害問題，該項目中以左幅3 號墩作為案例進行分析。經過現場的外觀檢測，同時進行敲擊反應，發(fā)現該橋墩的蓋梁下部墩柱的損壞比較明顯，豎向裂縫比較常見，寬度一般在0.5mm 以上。墩柱自地面開始，出現了較多的裂縫問題，給結構性能造成不利影響。有少數的墩身橫橋的方向出現橫向裂縫，且為不閉合的形式，寬度在0.1～0.15mm。主筋結構保護層損壞較為嚴重，有些位置其保護層厚度僅為0.5cm；墩柱豎向裂縫和主筋以對稱形式存在，且裂縫的深度較大；墩柱上部主筋保護層的厚度平均在10cm 以上。豎向主筋的定位相對比較差，疏密度相差很大，主筋密集的位置上其間隔距離平均為0.5～2cm 之間，稀疏的位置上距離在30cm 以上，甚至有些已經超過130cm。主筋外露的情況比較明顯，結構損壞嚴重，而現場檢查發(fā)現并未布置有復合箍筋的結構，所以總體性能比較低。同時在該項目工程檢查中，空鼓區(qū)域完全鑿除以后，并未發(fā)現完整性的箍筋，現有的橫向鋼筋與縱向鋼筋均未能形成有效的封閉圈。通過觀察發(fā)現，下部結構的主要鋼筋和周圍的混凝土黏結性不強，存在脫落問題；觀察鑿除空鼓區(qū)還發(fā)現后部鋼筋外凸3cm，初步判斷認定該橋墩損傷面積達到了1/4，由于破損面積比較大，給橋梁結構安全性與穩(wěn)定性造成很大影響[2]。

3.2 原因分析

經過以上的橋梁結構調查分析，研究確定病害出現的原因，了解到滑模作業(yè)階段，模板提升間隔時間比較長，出現了結構變形，導致混凝土結構質量變差。由于橋梁是在沖溝的位置上建設施工，查閱當地的氣候條件資料發(fā)現，該地區(qū)發(fā)生過泥石流等嚴重的地質災害，所以造成橋墩結構的損壞比較嚴重。此外，在施工之后，沒有根據設計方案要求布置箍筋。由于豎向鋼筋的定位與緊箍的效果比較差，所以混凝土澆筑階段造成比較大的病害問題，結構防護效果不足，極大地影響總體效果，威脅項目的運行質量。按照相關規(guī)范標準的要求，該橋墩在設計時應當按照標準設置一定的箍筋量，但是由于當時技術缺陷，設計和施工環(huán)節(jié)并未從實際情況分析混凝土結構強度性能，澆筑作業(yè)施工后，由于約束效果不足，導致混凝土澆筑后出現鋼筋變形的情況，久而久之就會出現混凝土空鼓，發(fā)生裂縫問題[3]。

3.3 方案比選

3.3.1 外包鋼板加固

根據現場的要求，將原墩柱空洞結構進行全面的清理處理，及時通過表面應用環(huán)氧樹脂砂漿的方法修復，且外側應該包裹一層鋼板結構，保證整體性能符合使用標準。鋼板和墩柱中間存在10cm 間距，填充C40 膨脹混凝土達到整體效果要求。承臺結構加厚處理，應用法蘭盤和橋墩外側鋼板連接形成整體。

3.3.2 增大橋墩截面

將原墩柱結構表面損壞的部分清理干凈，然后在原墩柱周邊空間內澆筑新的混凝土材料，以實現增加橋墩截面尺寸的效果，從而可以促進結構的承載性能提升。

3.3.3 方案比較

加固施工結束后，進行橋梁墩柱承載性能的計算，采用外包鋼板加固和增大橋墩截面法加固施工完全可以達到橋墩承載性能的要求，抗彎強度也符合要求。外包鋼板加固的總體施工效果合格，成本較低，外觀美觀性好。增加橋墩截面加固方式也有明顯的優(yōu)勢，但是成本較高，美觀性不足。綜合分析后，確定使用外包鋼板加固[4]。

3.4 外包鋼板受力模式及計算

3.4.1 承載力計算

外包鋼板實施橋墩加固作業(yè)之后，應該結合現場的設計情況計算確定橋墩承載性能，混凝土結構強度合格，作為約束條件存在，同時確保其技術指標參數符合要求，并且在抗壓、抗彎的過程中，外包角鋼乘以強度降低系數0.85。通過本次橋墩結構的承載力參數計算后發(fā)現，外包鋼板橋梁加固方式讓橋墩結構的性能提升比較明顯，承載力性能完全符合標準，可以達到橋梁的運行要求，不會出現事故問題。

3.4.2 抗彎剛度計算

外包鋼板加固方式在施工之后，要進行現場的抗彎剛度技術參數確定，一般是代入公式計算，數據精度高，不會受到人為因素影響。本次加固施工，抗彎剛度數據符合要求。

3.5 維修方案

3.5.1 修補原有墩柱

確保墩柱結構的性能有所提升，達到運行的要求。在原墩柱空洞混凝土清理干凈之后，需要使用合格的環(huán)氧樹脂砂漿或者聚合物進行現場的修補處理，及時修復墩柱結構，保證主筋和混凝土結構的黏結效果滿足要求。

3.5.2 外包鋼板補強

因為原墩柱結構的混凝土空鼓相對嚴重，進行修復處理后，結構整體性合格，但是還不能達到原設計方案的要求，所以還要進行外包鋼板補強處理。

3.5.3 主要板件的焊接

外包鋼板是整個結構的傳力構建形式，縱、橫連接結構焊縫執(zhí)行工藝技術要求達到全焊透的標準，且焊縫部位不會有任何的缺陷問題，焊接完畢后及時打磨處理，防止發(fā)生應力集中而出現結構損壞的問題。鋼板焊接嚴格執(zhí)行焊接工藝技術標準，做好現場的控制，保證焊接質量合格。鋼板是主要的施工結構部件，保證鋼板的性能合格，全面分析了解板材壓縮彈性變形補償值參數，拼接作業(yè)環(huán)節(jié)，需要落實焊縫質量控制措施，保證收縮量符合要求，節(jié)段之間頂板拼縫寬度滿足要求，達到豎曲線變形控制的要求。因為鋼板焊接采用的是全焊透的方式，所以焊縫的數量較多，容易形成較多的焊接變形、殘余應力，所以在焊接時應該選擇變形小、收縮小的焊接工藝技術方案，確定合適的焊接技術參數，保證各個熔透的對接焊縫與連接焊縫的質量合格，達到結構連接性能的要求[5]。

3.6 主要維修措施

空鼓位置加強修復處理；經過外包鋼板處理后，其與原橋墩外表面有10cm 的空隙，澆筑混凝土材料形成整體結構；承臺的結構厚度增加80cm，同時需要植入鋼筋以保證和舊承臺的連接性能達標；原橋墩和后加鋼板利用植入鋼筋的方式形成整體結構，確保鋼板和橋墩組合形成整體結構；蓋梁橫橋向采用鋼板粘貼的方法處理，墩身外包鋼板焊接組合形成整體結構，滿足結構強度、剛性的標準要求。

4 結語

總的來說，橋墩一旦出現裂縫問題就會失去承載能力，若得不到及時的修復處理很容易引發(fā)安全事故。因此在混凝土橋墩處理時，需要合理地采取科學技術改善橋墩的現狀，提升結構的安全性與穩(wěn)定性。在本文中，對某混凝土橋梁工程進行了研究，通過對橋墩病害的分析研究后可知：在橋墩滑模工程施工中，提升的時間不能過長，因為時間過長會導致模板變形，最終導致混凝土裂縫問題；外包鋼板技術具備施工效率高、技術好、成本低等特點，并且可以在不增加原始結構面積的基礎上，提升橋墩結構的承載能力。