既有跨海橋梁上部結(jié)構(gòu)全斷面綜合加固施工技術(shù)探究

朱 楠，趙藝濤

（中交一公局集團有限公司，北京 100024）

在車流縱橫的今天，日益嚴峻的交通壓力導(dǎo)致修建已久的橋梁早已不堪重負，一般的橋梁養(yǎng)護修補方式難以為老舊橋梁煥發(fā)新的生機，為了提升橋梁整體的承載能力，衍生出了各式各樣的既有橋梁改造加固方法。

在眾多橋梁加固方式中，以橋梁裂縫修補、粘貼碳纖維布、梁體粘貼鋼板這三種加固修補方法最為直接，裂縫修補可以顯著恢復(fù)并提高梁體結(jié)構(gòu)的防水性和耐久性，以及起到修飾美觀的作用；碳纖維布重量輕，以其優(yōu)越的材質(zhì)性能可以適應(yīng)箱室內(nèi)各種復(fù)雜工況，并對修補過的進行有效封閉；梁底粘貼鋼板經(jīng)多年來的建筑加固工程實踐證明，粘鋼加固工程合格率為100%，能保證加固工程的質(zhì)量，加固結(jié)構(gòu)的強度及剛度都能滿足設(shè)計的要求。

國內(nèi)將這三種加固方式放到一座橋梁加以實施的項目實屬罕見，兼并這以上三種加固方式的特點，由中交一公局廈門工程有限公司承建的廈門大橋改造加固項目結(jié)合現(xiàn)場實際，制定了屬于廈門大橋改造特有的一套加固方案，并由此總結(jié)為既有跨海橋梁上部結(jié)構(gòu)全斷面綜合加固施工技術(shù)。

1 技術(shù)原理

本技術(shù)采用壓力灌注法將裂縫補用膠注射進入橋梁原有裂縫內(nèi)部，避免外部空氣與橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)接觸，據(jù)此對結(jié)構(gòu)進行加固，對寬度小于0.15 mm的裂縫采用自動低壓滲注修復(fù)，對寬度大于等于0.15 mm的裂縫采用壓力灌注結(jié)構(gòu)膠進行處理；采用高性能的膠粘劑作為底層基礎(chǔ)分層粉刷到結(jié)構(gòu)面，碳纖維布作為結(jié)合材料，使兩者充分結(jié)合，利用碳纖維布的優(yōu)秀力學性能，從而增強結(jié)構(gòu)剛度及承載能力；采用適合開裂混凝土的特殊倒錐型化學錨栓植入需加固的結(jié)構(gòu)面，注入錨固膠，待膠體達到施工強度時，將鋼板與錨栓相固定，擰緊螺母，后利用壓力灌注法將環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠注入鋼板與結(jié)構(gòu)面的縫隙中，使得整體結(jié)構(gòu)補強，從而提升橋梁的整體耐久性。本技術(shù)適用于結(jié)構(gòu)類型的梁橋加固，可有效提高橋梁承載能力，延長橋梁的營運時間，提高橋梁整體的安全性、耐久性，具有一定的推廣價值。

2 裂縫修補法施工工藝流程

三種加固方式有各自的優(yōu)點與適用范圍，施工流程也大有不同。其中，橋梁裂縫修補法可有效改善橋梁的結(jié)構(gòu)承載能力，被廣泛應(yīng)用于橋梁加固中。根據(jù)裂縫寬度的不同分為裂縫封閉法和壓力灌注法。

2.1 裂紋閉合

對于厚度在0.15 mm以下的裂紋，可使用環(huán)氧樹脂修補，使其修復(fù)，增強其耐久性能及抗?jié)B透性能。

（1）檢驗和標記裂紋。根據(jù)檢驗報告上所標明的要修復(fù)的地方，對裂縫的數(shù)量、長度和寬度進行現(xiàn)場驗證，并將那些要修復(fù)的裂縫標示出來。在0.15 mm以下的裂紋被標記為藍色。超過0.15 mm的裂紋被標記為紅色。為防止工程中出現(xiàn)的遺漏和數(shù)據(jù)錯誤，對裂紋進行明顯的標記。

（2）地面清掃。用藍線標記裂紋首先用鐵鍬，鑿去裂紋周圍的雜物、灰塵。用鋼絲擦去縫邊的塵土，并用0.2 MPa或更高壓力的壓縮空氣吹去。

（3）V形切割和清除。利用角度研磨工具，在裂紋上切割出一個寬10～20 mm，深5 mm的V形溝槽。首先，采用高壓噴嘴將V形溝槽和周圍的灰塵全部吹凈，然后，使用工業(yè)丙酮或工業(yè)乙醇對溝槽內(nèi)部進行認真清潔，并將沿著縫隙方向5 cm左右的水泥地面上的雜質(zhì)全部清掃干凈，使用0.2 MPa的壓力（或使用稍微濕潤的毛巾）將縫隙中的灰塵全部清掃干凈，并沿著縫隙長度，使用工業(yè)丙酮或工業(yè)乙醇擦拭，并將其擦拭干凈。清潔時要小心別把縫隙堵死，并且要在縫隙兩側(cè)20～30 mm以內(nèi)清潔干凈。若有水跡，應(yīng)待其完全干燥后再使用電吹風進行干燥。在干透后，再涂上一層密封底漆。

（4）涂刷封閉液。封閉底膠固化后，在裂縫V型槽上用刮刀沿劃線（寬度30～50 mm）均勻涂抹一層封閉膠，并使其平面與混凝土面齊平。

2.2 壓力灌注法封閉裂縫

壓力灌注法常用于處理修補裂縫較深的橋梁上部結(jié)構(gòu)，并可有效確保裂縫的密封性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。需要注意的是，為保證修補效果，結(jié)構(gòu)的裂縫寬度應(yīng)大于或等于0.15 mm。

（1）裂縫基面清理。在進行壓力灌漿前，應(yīng)先對裂縫封口表面進行處理，使工作面平順、干燥、無油污。首先清理混凝土表面，使裂縫走向兩側(cè)范圍露出堅實平整的混凝土表面，清除表面浮塵，表面清理范圍以裂縫位置拓寬30～50 mm為原則，然后使用高壓無油空氣清除縫內(nèi)的灰塵等雜物，并用工業(yè)酒精試劑擦洗表面。

（2）安裝注漿嘴。清理結(jié)束后，需使用封口膠等材料對裂縫表面進行封閉，從而防止灌漿無效流失。同時，需在封口處附近的底座面的四邊設(shè)立注漿嘴或?qū)Я鞴埽员愎酀{的填充施工。值得注意的是，在灌注過程中將對底座產(chǎn)生較大作用力，因此需使用封口材料充分固定底座于目標混凝土上。另一方面，為保證灌漿效果，注漿口應(yīng)沿著裂縫的走向合理布置，并保證每處目標裂縫均設(shè)有注漿口。

（3）封口工藝。首先，使用密封膠泥將其涂壓平坦，膠泥厚度不少于1 mm，其寬度為20～30 mm，在避免出現(xiàn)氣孔漏漿裂縫關(guān)閉之后，應(yīng)該對其展開壓氣試漏，以檢測其密封效果。測試滲漏應(yīng)在密封膠水達到一定的強度后進行。在試漏前端的縫隙上抹上一層肥皂液，從灌漿口注入0.4 MPa的不含油脂的壓縮空氣，一旦有泄漏，用補丁將其封閉，直到不泄漏。當封口結(jié)束時，要讓封口膠體自行凝固，在凝固期間不能沾濕。硫化過程：20 ℃左右（12 ℃），30 ℃左右（6 ℃）。

（4）水壓灌漿。在灌漿之前，必須對灌漿設(shè)備和管道進行全面的檢查，確保運轉(zhuǎn)良好后才能投入工作。裂縫灌注膠的配制要根據(jù)每日的溫度進行調(diào)節(jié)，一次用量要根據(jù)泥漿的固化時間和入漿速率來決定。

在進行壓力注漿的時候，應(yīng)該從下往上進行，以漿液的流動性為依據(jù)來選擇注漿壓力，通常情況下，注漿壓力應(yīng)該在0.1～0.4 MPa，如果使用了灌漿泵來進行的話，那么通常情況下，在使用了灌漿泵來進行的時候，壓力應(yīng)該是從小到大，逐漸地從低到高，在到達了預(yù)定的壓力之后，再將其維持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)。一直到灌漿飽和為止，當最后一個注漿嘴噴出漿的時候，要維持恒壓，持續(xù)進行灌漿，當進漿速度低于0.1 L/min時，再持續(xù)注入5 min后，就會停止灌漿。然后將堵口機上的注漿閥關(guān)掉，使得縫隙中的泥漿在壓力作用下凝結(jié)成膠。灌漿完畢后，要對加固后的加固情況進行檢測，對加固后的加固情況進行處理。

（5）縫的閉合。當泥漿聚合物凝固后，取下注漿噴頭，用改良的環(huán)氧粘結(jié)劑進行平整，然后在各裂紋處重新涂上改良的環(huán)氧粘結(jié)劑；一定要把它圍得很緊，并且要盡可能地把它的色彩和水泥構(gòu)造相協(xié)調(diào)。

3 用CFRP膠布粘結(jié)的施工過程

粘貼CFRP的施工過程是：基礎(chǔ)表面處理→打底涂料→粘貼CFRP。

（1）基礎(chǔ)表面。使水泥表面剝落，松散，空洞；除去銹蝕和其他退化的部分，并對其進行清潔和打磨，待其表面變得干燥后，再用找平的物質(zhì)對其進行修補和平整。若發(fā)現(xiàn)有毛邊，則用砂紙將其磨平。找到平整的地方，用手摸一摸，覺得干透了，就可以進行下一步的工作了。在粘貼的地方，陽角需被打磨出一個圓形的弧形，而在陰角用修復(fù)劑填充，形成一個圓形的弧形，這個弧形的半徑不能少于25 mm。

（2）基底涂料的噴涂。配制好的粘結(jié)劑要立即應(yīng)用，并且要用一次性柔軟的刷子或?qū)Ｓ玫妮佔影颜辰Y(jié)劑均勻地涂在水泥地面上，不得漏刷、流淌，或起泡。待底粘合劑凝固后，對粘合劑表面進行檢測，若粘合劑表面出現(xiàn)毛刺，則用砂紙將其拋光平整，防止粘合劑表面出現(xiàn)磨損；在進行下一步之前，必須再次進行涂布和硬化處理。當?shù)讓诱澈蟿┠毯螅仨毩⒓催M行下一步的施工，如果施工周期大于7 d，則必須將原有的底層粘合劑清理干凈，并用砂輪機將其打磨掉，然后再進行施工。

（3）膠合CFRP。根據(jù)設(shè)計圖，對被補強的混凝土進行放樣，并對補強的部位進行定位。并根據(jù)所需的規(guī)格對其進行切割，其拼接長度不得少于100 mm，拼接的部位要盡量避免在應(yīng)力集中的區(qū)域。切下的纖維布要按一定的順序排列，并按一定的順序進行編號。經(jīng)切割后的復(fù)合纖維應(yīng)該盡可能早地應(yīng)用。膠粘劑在膠粘劑上之前，必須先將膠粘劑的膠粘劑再擦拭一遍，以保證膠粘劑的膠粘劑表面沒有灰塵。在水泥基體上進行膠水涂布時，要保證膠水不流淌，涂布不偏離控制線，涂布均勻。對縱紋纖維布壓條的粘接加強，用手摸一摸橫紋纖維布的表面，感覺干燥后，馬上使用膠粘劑進行縱紋的粘接。在纖維布粘貼施工完成后，將一層浸漬樹脂（面層保護）均勻地涂敷在其表面，使之自然風干。見圖1。

圖1 粘貼碳布

4 粘貼鋼板法施工工藝流程

（1）施工放樣及結(jié)構(gòu)面清理。在進行現(xiàn)場梁底粘貼位置放樣前，需要對混凝土表面進行徹底清理和處理。首先，使用掃帚、吸塵器或者高壓水槍等工具清除混凝土表面雜物，對于油垢等污物，還需要使用清潔劑和刷子進行清潔。待確保表面干凈無雜物后，應(yīng)使用鏟子、刮刀及角磨機等工具去除并打磨粉飾層。當結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯凹陷時，還需使用找平膠進行修補，確保表面平整。最后，使用壓縮空氣清潔表面上的浮塵。等待粘貼面完全干燥后即可進行下一步操作。

（2）鉆孔及清孔。鋼板粘貼前也需使用鏟子、刮刀及角磨機等工具進行打磨處理，以保證鋼板與目標混凝土可充分貼合。按照鋼板孔位在梁底標記鉆孔位置，利用四刃鉆頭進行鉆孔（四刃鉆頭可鉆穿鋼筋），孔徑及深度滿足設(shè)計要求。

（3）植入錨栓。鉆孔施工結(jié)束后，將進行錨栓植入作業(yè)，為保證施工作業(yè)正常進行，還應(yīng)使用壓縮空氣或用酒精清洗清除孔道表面灰塵雜物；待孔內(nèi)干燥之后，打入錨固膠，植入螺栓，此時需要將其旋轉(zhuǎn)著緩慢插入，使膠和螺栓全面粘貼，并防止孔內(nèi)膠外溢。按照固化時間規(guī)定進行操作，插好固定后的螺栓不可再擾動。

（4）鋼板安裝、孔隙封閉。一旦螺栓膠固化，即可將鋼板懸掛在各螺栓上并擰緊螺母。為了確保注膠層的均勻厚度，可以在每個螺栓周圍墊上3 mm厚的墊片。此外，可在粘貼面周邊每隔50 cm左右插入內(nèi)徑為7 mm、長約12 cm的軟管作為排氣管，插入鋼板內(nèi)約8 cm，同時在鋼板的四角處也應(yīng)設(shè)排氣管。接下來，按比例稱取環(huán)氧膠泥，使用抹刀將鋼板周邊的縫隙、螺栓和注膠管周圍進行嚴密封閉。在進行密封時，務(wù)必要非常仔細，確保不會出現(xiàn)氣泡、沙眼或者密封不嚴的情況。

（5）注膠。密封24 h后，按照灌注膠比例準確稱取A、B兩組膠液，采用少量、多次配膠原則，且配好的膠液應(yīng)立即進行注膠施工；注膠過程中，膠液將由壓力灌膠機由管道注入、從注膠嘴中導(dǎo)出，需要注意的是，在灌膠的過程中，需要保持穩(wěn)定的壓力和流量，確保膠水充分填滿孔口或管道內(nèi)部。同時，在灌注過程中應(yīng)時刻觀察各裂縫的注膠嘴情況。若相鄰注膠嘴有液體流出，說明所在裂縫已充分填充完成。當目標排氣管中出現(xiàn)膠液時，需及時封閉此段排氣管，防止膠液回流。施工中，注膠速度不宜過快，注膠順序合理，以防形成氣囊。見圖2。

圖2 粘貼鋼板

5 結(jié)論

在廈門大橋上部結(jié)構(gòu)改造加固施工過程中，得益于裂縫修補、粘貼碳纖維布、粘貼鋼板三種施工工藝的應(yīng)用，使得整體項目高效安全完成，并提前一百余天交付，經(jīng)過實踐證明了本技術(shù)的可行性，在控制裂縫、梁體加固方面效果顯著。對于豐富行業(yè)的施工工藝，提高橋梁加固的施工標準化、規(guī)范化，提升整個領(lǐng)域的技術(shù)水平意義重大，社會效果顯著。

本技術(shù)推動了綜合性加固技術(shù)在橋梁加固領(lǐng)域的推廣，培養(yǎng)了一批專業(yè)的橋梁加固方面的技術(shù)人才，為綜合性加固技術(shù)大面積推廣起到了關(guān)鍵性作用。獲得了各方的高度贊揚。