大面积粘贴钢板在永和大桥维修工程中的应用

□文/赵建新 王振峰

天津永和大桥是津汉公路跨永定新河的预应力混凝土斜拉桥，1987年12月建成通车。全桥长512.4 m，宽14.5 m，结构为双塔双索面、主梁连续的斜拉桥，塔高55.5 m。主梁架设采用长线台座匹配浇注块件施工方法，两岸端跨为现浇段，中间主梁由74个预制节段及跨中合龙段组成。多年来由于运行车辆严重超载，使得桥体受到极大损伤，拉索、桥塔、拉力支座、跨中合龙段及主梁均受到不同程度损坏。交通部公路工程检测中心对该桥进行了质量检测与鉴定，主梁部位的问题主要是预制节段接缝工作状况不良，全桥施工节段之间接缝共78条，检查发现其中43条节段接缝的混凝土剥落，环氧树脂胶体老化，接缝缝宽0.2～2mm；主梁梁体斜腹板、直腹板、顶板出现裂缝，宽0.2～0.4mm的裂缝共计228条，严重地消弱了主梁承载能力。根据检测结果，需要对全桥出现裂缝较多的中长索区及长索区的主梁预制节段接缝及主梁受损部位进行粘贴钢板补强；索塔塔根裂缝等需要大面积粘贴钢板处理。

裂缝粘贴钢板法加固设计

粘贴钢板法加固旧桥是使用拉、压受力性能优异的结构胶将抗拉强度高的钢板粘贴在混凝土构件的表面，使之与结构形成整体共同受力。

外贴钢板相当于提高了混凝土结构的含钢量，起到减少裂缝扩展，改善原结构受力，提高结构的抗弯、抗剪、抗偏心受拉、抗偏心受压能力的作用。根据TJ 22-2008《公路桥梁加固设计规范》、TG/TJ 23-2008《公路桥梁加固施工技术规范》和CECS 25-1990《混凝土结构加固技术规范》，结合永和大桥破损情况做出维修加固的设计。

全桥长、中索区预制节段裂缝均在主梁断面的斜腹板、底板、直腹板上。纵向带形粘贴钢板，用厚度为6mm、宽60mm、长2 700mm的钢板带补强加固。边跨现浇段底板混凝土开裂部分在底板纵向粘贴带形钢板，用厚度为10mm、宽300mm、长4 800mm的钢板带补强加固。主梁宽度＞0.4mm的裂缝纵向粘贴带形钢板，用厚度为6mm、宽60mm、长8 500mm的钢板带补强加固。

维修加固设计时，钢板作为钢筋断面进行考虑，将钢板折算为钢筋，按不同受力阶段，计算主梁和加贴钢板所承担的荷载。钢板设计长度应将两端延伸到低应力区一定长度，以避免钢板锚固端的粘结应力集中，防止粘结部位混凝土再次出现裂缝或粘贴钢板被拉脱现象发生。

除考虑钢板具有足够的粘结锚固长度外，粘结剂是否具有足够的粘结强度和耐久性更是重要环节。为避免钢板在自由端脱胶拉开，端部必须进行增强的固定设计。粘贴钢板端部根据不同受力情况，在钢板上按50～100mm间距（无钢筋区，300～400mm间距离）进行锚固螺栓固定并加灌环氧胶，锚固钻孔直径要大于锚栓直径1～2mm，螺栓锚固孔深160mm，以保证钢板与混凝土之间的粘结力，满足抗拉或抗剪强度的需要。

原材料质量控制

热压扁钢性能指标

热压扁钢材料性能指标要求见表1。

表1 热压扁钢材料性能指标

环氧胶性能指标

选取结构胶是粘贴钢板法加固桥梁极为重要的一环。除高强度混凝土外，结构胶粘结强度总是大于混凝土的强度，然而胶的弹性模量仅为混凝土的几分之一到几十分之一，胶的线膨胀系数却为混凝土的6～7倍，因此结构加固用胶应选用弹性模量高，温度变形较小的刚性胶品种。环氧树脂结构胶中含有羟基醚键、环氧基等极性基团，对金属、混凝土的表面有很好的粘结性。本工程所用环氧胶性能指标见表2

表2 环氧胶主要技术指标性能 MPa

施工质量控制

钢板制作及表面处理

按现场需粘贴钢板部分的混凝土表面实际放样进行钢板下料，钢板带尽量采用通长布置，若下料板材长度小于粘贴钢板带长度，可采用对接焊将其焊接成整体。粘贴面用磨光砂轮机或钢丝刷磨光机进行除锈和糙化处理，以增加粘贴性能。除锈后的钢板表面应显露出金属光泽，糙化的纹路越大越好，纹路方向应该与构件受力方向垂直，之后用脱脂棉沾取甲苯将钢板表面擦拭干净。

粘钢区域混凝土表面处理

结合现场量测定位情况，在粘钢加固补强区表面放出扁钢带位置定位线。为方便施工管理，顺桥方向分3个阶段进行施工，见图1。

图1 粘贴钢板步序示意

先凿除粘钢区域表面6～8mm厚的表层砂浆，使坚实的混凝土石外露并形成平整的粗糙面，表面不平处应轻凿整齐；再清除表面浮挂物，剔除表层疏松物；最后用压缩空气吹净表面粉尘并用苯或工业丙酮擦拭表面。

粘钢区域混凝土现场打孔并埋植螺栓

根据设计位置在混凝土表面进行钻孔。植埋螺杆钻孔打盲孔前，用钢筋混凝土保护层测试仪查明梁腹钢筋布置，避免钻孔打盲孔时碰及钢筋，盲孔孔径和孔深严格按设计要求进行。钻孔时采用冲击钻一次成孔，成孔后用空压机或高压水枪清洗孔内。干燥后埋植全螺纹膨胀螺栓，其距钢板边缘的距离应控制在50～100mm之间。

封边

用环氧胶封闭板边缘，待封边胶完全固化（约12 h）具有一定的强度后，沿钢板边缘涂刷一层肥皂水，从低处的灌胶嘴中通入气压为0.2～0.4 MPa的压缩空气，以检验钢板的封边是否良好。如果发现封闭带上有气泡出现，说明该部位漏气，对漏气部位应进行补封处理。

压注粘钢灌注液

用注胶泵以0.2～0.3 MPa的压力将粘钢灌注胶灌注到钢板与混凝土的间隙中，压力应保持稳定。灌注工作持续到同一块钢板的所有排气孔均有胶体溢出后，不能立即，而是将所有排气孔用封边胶封闭后，再以较低的压力维持10～15 min。在灌注过程中，用橡皮锤敲打钢板表面以确认是否灌注密实。

加固

在混凝土与钢板之间放置3mm垫片，将钢板套在螺栓上进行调整水平和固定，固定好后收紧螺栓，使多余的液砂沿板缝挤出，达到密贴程度，加压固定的压力≮0.15 MPa。同时要不断轻轻敲打扁钢带并及时检查扁钢带下胶液的饱满性。

固化养护

灌注工作结束后，必须进行72 h静置养护，等待液体固化。

施工质量检验

在完成粘贴扁钢带24 h后，沿粘贴面轻轻敲击钢板，从音响判断粘贴固化效果，如无空洞声，则表示灌注密实，否则应在钢板空鼓处重新打孔用针筒灌胶。若发现钢带粘贴固化面积＜90%，则此粘贴扁钢带无效，应剥下重新粘贴，经检验确认。

经检验确认钢板带粘贴固化效果符合设计及规范要求后，再对外露钢板进行防腐处理涂装。首先对粘贴钢板带进行手工除锈，按设计要求和相关规范进行手工涂刷无机富新底漆1道，涂刷环氧封闭漆1道，厚度为75 μm；再涂刷环氧云铁中间漆2道，聚氨酯面漆2道，厚度为2 μm×50 μm。涂刷面积应大于钢板面积。

结语

本次维修加固施工粘贴钢板带的面积之大在国内尚属首次。通过对主梁混凝土裂缝粘贴钢板法维修补强加固，提高了主梁预制节段之间和主梁出现裂缝部位的结合力，恢复了预制节段主梁和整个主梁的整体刚度及整体力学性能。但是，维修后的永和大桥最为重要的是对超载超限车辆的限制，杜绝超载后恶劣情况的发生。