多跨径双悬臂梁桥加固技术研究

张珺璟

(甘肃省陇南公路总段，甘肃陇南746000)

1 概述

1.1 桥梁原设计技术状况

国道212线(甘川公路)羊儿坝大桥位于甘肃省陇南市文县境内，建成于1965年4月，是国道212线跨越白龙江的一座重要公路桥梁。桥梁正交，全长 128 m，桥面宽为净(7+2×1.0)m，孔径(8.5+5×22.2+8.5)m，设计桥面纵坡0%，为双悬臂梁桥。大桥主梁截面高度沿纵向依二次抛物线变化，桥墩处梁高1.85 m，跨中梁高1.5 m。下部结构为片石混凝土桥墩，沉井基础。

大桥原设计荷载:汽－13级，拖－60级。主要构件材料:桥面铺装2 cm厚200#水泥砂浆+6 cm厚200#水泥混凝土;桥头搭板200#混凝土;主梁、桥面系和栏杆系250#水泥混凝土;直径不小于12 mm的钢筋采用Ⅱ级钢筋，其余为Ⅰ级;全桥支座为钢支座。

1.2 交通状况

随着社会经济的不断发展和当地水利、矿产资源的开发速度加快，羊儿坝大桥通行的交通量日益剧增，且大型载重车辆比重的增加十分显著，甚至总质量超过50 t的超限运输(不可拆卸的水利水电设备等)也时有发生。

1.3 地震因素

羊儿坝大桥位于我国南北地震带的武都—马边地震带上。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306－2001)，桥位处地震动峰值加速度为0.2 g，地震动反应谱特征周期为0.4 s，基本烈度为Ⅷ度。“5·12”汶川大地震波及文县，对大桥产生了不利影响。

2 桥梁鉴定结论

大桥养护管理部门委托甘肃省公路工程质量试验检测中心，对桥梁进行了全面的检测和荷载试验。结果表明:大桥桥面损坏严重，其截面强度已不满足汽－13级荷载标准，动力性能也不能达到现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004)的规定;随着材料的进一步老化、交通量和超重车辆的倍增，桥梁的既有病害将进一步迅速恶化，行车安全隐患极大。

桥梁加固建议:(1)加固前对大桥实行限载通行管理，确保行车、行人安全。(2)处理梁体裂缝，重做桥面铺装，修复伸缩缝、泄水孔和栏杆扶手。(3)加强主梁正、负弯矩区段的正截面强度，提高桥梁的荷载等级并增大其安全储备。

3 桥梁加固

3.1 加固目标

(1)桥梁加固目标技术等级:公路Ⅰ级。

(2)提高旧桥上部结构承载能力，使桥梁满足正常使用的要求。

(3)注胶密闭大桥主要承重结构的裂缝，修复破损混凝土。

(4)增大主梁强度储备。

(5)恢复桥面平整度指标，改善桥面行车性能。

3.2 加固措施

3.2.1 结构补强

(1)每片主梁负弯矩区段梁顶增设13φ32加强钢筋，增加负弯矩抵抗钢筋面积10 456 mm2。同区段主梁的受压区两侧粘贴8 mm厚60 cm高的锰钢板，增加的抗压钢板面积为9 600 mm2(图1)。

(2)在主梁跨中正弯矩区段和挂梁处的梁底粘贴碳纤维片材，以加强该区段抵抗正弯曲变形的能力(图2)。

3.2.2 牛腿加固

主梁牛腿两侧粘贴12 mm厚钢板，增强其抗拉、抗剪能力。

3.2.3 全桥病害处理

主梁和挂梁梁体裂缝进行注胶封闭;重做钢筋混凝土桥面铺装，其厚度最薄处不小于10 cm;更换钢伸缩缝;50#环氧砂浆修复混凝土缺损;更换全桥栏杆扶手。

3.3 桥梁加固材料

3.3.1 全桥主要加固材料数量

全桥主要加固材料数量参见表1。

图1 主梁加固断面

图2 挂梁加固立面(含牛腿加固)

表1 全桥主要加固材料数量表

3.3.2 混凝土

梁体加高部分和桥面铺装采用C40防水混凝土，其余部位采用C30混凝土，施工水灰比不应大于0.43，最大水泥用量不应超过450 kg/m3。主要构件的混凝土用水泥不低于42.5#，初凝时间不宜太久;砂石材料的质量和级配须满足规范要求。

3.3.3 钢筋

加固工程采用的钢线材为:负弯矩补强φ32钢筋;桥头搭板纵φ14、横φ12钢筋;锚固钢筋采用HRB335级φ12热轧带肋钢筋。采用的钢筋的技术指标均须满足《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499.2－2007/XG1－2009)和《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》(GB1499.1－2008)等标准的规定。

3.3.4 钢板

粘贴用钢板采用8 mm和12 mm厚16#锰钢板。

3.3.5 植筋胶

桥梁加固用植筋胶采用A级胶黏剂，凝胶时间不大于10 min，固化时间不大于60 min。其技术指标须符合《混凝土结构加固技术规范》(GB50367－2006)的规定(表2)。

表2 锚固用A级胶黏剂安全性能指标

3.3.6 碳纤维

碳纤维技术性能指标参见表3。

表3 碳纤维技术性能指标

3.3.7 灌封胶

密闭裂缝用胶须满足的性能要求:无毒性，不含挥发性溶剂，可灌性、渗透性和扩散性良好，可常温固化，固化后无收缩，与混凝土粘结强度高，抗老化和耐介质性能良好，施工注浆工艺简单。

4 加固施工要点

4.1 加固施工顺序

桥梁加固施工的环节顺序为:(1)注胶封闭裂缝;(2)凿除主梁正弯矩区段的桥面铺装，修补主梁底面，粘贴正弯矩区段碳纤维;(3)凿除挂梁桥面铺装，粘贴挂梁底部碳纤维;(4)凿除其余桥面铺装及主梁顶部混凝土保护层;(5)布置负弯矩补强钢筋，粘贴钢板;(6)安装伸缩缝，预埋泄水孔，现浇桥面铺装和桥头搭板;(7)维修栏杆扶手。

4.2 混凝土的凿除和浇筑

原桥面铺装裂缝先注胶灌缝，胶液完全固化后方可凿除施工。旧混凝土的碳化层应彻底清除，且保证凿除面的粗糙程度，使新旧混凝土形成共同受力的整体。凿除施工应遵循小锤轻击的原则，避免损伤主梁体;凿除区原结构的构造钢筋不能剪断，确需剪断的，浇筑混凝土前应予以原样修复。

混凝土应在梁外集中拌合、泵送，以尽量减小施工荷载对大桥的不利影响。各加固构件的混凝土应一次浇筑成形;就地钻孔取样时，应采用微膨胀C50混凝土填孔。

4.3 钻孔植筋

采用小振动工艺钻孔，以防振伤梁体。纵向分散钻孔、植筋，严格控制钻孔与植筋的时间差，严禁超前钻孔。孔位精确放样，除避让梁体原有配筋外，其偏移量不得大于5 cm。植筋前，采用压缩空气和丙酮擦拭的方法彻底清洁已成型孔，孔内注满胶液后旋转插入钢筋，以确保孔内胶体密实、无空隙。

4.4 钢筋施工

准确放样并可靠固定补强钢筋，主筋放样容许位移偏差5 mm，且应严格控制施工中的二次位移。原有主筋和补强钢筋、补强钢筋之间的连接均采用φ12钢筋帮焊，钢筋搭接长度必须满足要求;现场焊接应避免灼伤梁体原有主筋和混凝土。钢筋保护层厚度须采取可靠措施予以保证。

4.5 裂缝注胶

注胶前，彻底清除缝隙两侧25 mm范围内混凝土表面的翻沫、灰尘等附着物。牢固粘贴注入座，并确保座下无气孔。裂缝封闭层的刮抹应一次完成，待封口胶自然固化后，再利用注浆枪填充裂缝内部。最后的注胶过程要严格控制密闭性，注入压力保持在0.4 MPa左右，确保胶液完全充满裂缝空隙。

4.6 钢板粘贴

钢板粘贴面须进行打磨除锈和粗糙处理，打磨的纹路应与钢板受力方向垂直，打磨完成后用丙酮脱脂棉擦拭干净。混凝土粘贴面须打磨出新鲜面，用环氧砂浆找平，清洗，擦拭干净。粘贴钢板完成后，在胶液固化前采用超声波法探测粘贴密实度，不符合要求的，要剥离重粘。粘贴合格的钢板，张紧螺帽，涂抹环氧树脂防锈层。钢板粘结剂的施工配合比，应按照说明书的要求根据作业现场的温度、湿度确定。

4.7 碳纤维粘贴

粘贴前，处理混凝土的蜂窝、麻面等病害，将表面打磨平整，清除浮灰并擦拭干净，涂抹打底胶和找平胶。碳纤维从跨中向两侧粘贴，采用特制的滚筒沿纤维纵向多次滚压，挤除气泡，使浸润胶充分浸透片材。碳纤维与混凝土之间的总有效粘贴面积不得低于95%。施工中出现的空鼓面积小于10 cm2时，采用针管注胶的方法补救;空鼓面积大于10 cm2时，应将空鼓处的碳纤维布切除后粘贴补丁。碳纤维粘贴纵向搭接长度不应小于10 cm，横向搭接宽度不应小于2 cm，同一截面上不允许出现二道以上搭接缝。

5 结束语

经过对羊坝大桥加固后的跟踪观测，以增设补强钢筋、粘贴钢板和碳纤维为主要措施的加固方案，取得了良好的工程效果，完全达到了加固设计目标。鉴于碳纤维片材所具有的无以比拟的自身优点，随着其研究的更进一步深入，以提高结构承载力为目的的粘贴片材技术的应用也必将得到进一步的拓展。

［1］JTG/T H21－2011公路桥梁技术状况评定标准［S］

［2］陈开利，王邦楣，林亚超.桥梁工程鉴定与加固手册［M］.北京:人民交通出版社，2005:140－152， 303－329

［3］http://www.233.com/jzs2/gcsw/fudao/20081127/092639609.html［OL］