大跨径连续箱梁桥合龙段底板病害修复技术

韩　涛　许　鑫

(武汉二航路桥特种工程有限责任公司　武汉　430071)

大跨径连续箱梁桥合龙段底板病害修复技术

韩涛许鑫

(武汉二航路桥特种工程有限责任公司武汉430071)

摘要以安徽省某桥底板加固施工为例，介绍了针对变截面连续箱梁桥合龙段底板病害，提出使用正交异性钢板配合箱内钢桁架的加固施工方案，以及关键施工控制要点，并在加固施工完成后进行了荷载试验对加固效果进行验证，加固后箱梁截面抗弯矩能力得到提高。

关键词连续箱梁桥合龙段底板病害正交异性钢板加固施工控制

1工程概况

安徽省某变截面连续箱梁桥全长1 125 m，左幅跨径组合为2×(4×30 m)+ 30 m+9×52 m+30 m+22.5 m+3×30 m+2×(4×30 m)；右幅跨径组合为4×30 m+3×30 m+22.5 m(30 m+9×52 m+30 m)m+3×(4×30 m)，其中主桥长528 m，跨径组合为30 m+9×52 m+30 m。主桥上部结构为变截面预应力混凝土连续箱梁，引桥上部结构为先简支后连续预应力混凝土组合箱梁。主桥箱梁横截面为单箱单室，根部梁高2.8 m，中部梁高为1.5 m，梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板宽12.75 m，底板宽5.50 m,顶板厚25 cm，腹板厚40 cm，底板厚25～50 cm。主桥处在R=17 300 m竖曲线中，桥面纵坡为1.9%，桥面横坡为2%。桥面横坡由腹板高度调整。主桥箱梁采用C50混凝土，采用三向预应力体系，分为顶板纵向预应力钢束、底板纵向预应力钢束、顶板横向预应力钢束及腹板竖向预应力粗钢筋。

该桥于2001年6月30日施工建成，至今已通车运行十余年。在近期的桥梁定期检查中发现，主桥部分桥跨箱梁跨中底板有1条横向裂缝及多条纵向裂缝，且合龙段底板处存在空鼓夹层。针对以上病害情况，先对裂缝和缺陷进行修复，并在跨中底板粘贴正交异性钢板配合在箱梁内部跨中部位使用钢桁架的方法进行加固，以提高桥梁合龙段混凝土强度储备，抑制裂缝和空鼓夹层发展。箱梁合龙段底板病害见图1。

图1　合龙段底板病害

2病害原因分析

从检测报告和现场调查来看，主要病害有底板多条纵向裂缝、合龙段少许横向裂缝和空鼓夹层等，原因分析如下。

(1) 底板纵向裂缝。位于底板合龙段处的纵向裂缝主要为不同龄期混凝土收缩徐变引起的非结构受力裂缝。

(2) 合龙段底板横向裂缝。①箱梁合龙段混凝土强度储备不足，正常使用阶段正弯矩作用下将产生底板横向裂缝。②从箱梁底板钻孔及施工预留孔观察看，箱梁底板箍筋未能将底板纵向主筋箍住，导致底板纵筋不能很好的发挥作用，也将产生底板横向裂缝[1]。

(3) 合龙段底板空鼓夹层。①施工质量较差，振捣不充分；②跨中合龙段底板纵向预应力钢束布置较多，施工过程中位置可能发生变化，预应力径向力导致底板混凝土破坏；③从箱梁底板钻孔及施工预留孔观察看，跨中合龙段底板下缘钢筋网片纵向主筋位于横向主筋之外，纵向主筋混凝土保护层厚度不足，主筋和混凝土不能很好地协同工作，加固了底板的混凝土破坏；④箱梁合龙段混凝土强度储备不足，在载荷尤其是振动等反复作用下，在纵向预应力过大、底板钢筋与混凝土未能协同工作的情况下，出现夹层[2]。

3加固施工方案

3.1　施工工艺流程

施工工艺流程见图2。

图2　施工工艺流程图

3.2　主要施工要点

3.2.1施工平台

根据现场实际情况，以施工安全与方便为原则进行施工支架搭设，在箱梁底板施工位置搭设施工吊架。对箱内钢结构的材料运输，拟利用主桥边跨原施工平台，通过人孔进入箱内。

3.2.2梁底缺陷维修

技术人员在底板施工位置按照设计图纸进行定位放样，现场确定混凝土松散和空鼓区域。施工人员使用电锤、锤子和钢钎等工具对箱梁底板松散混凝土进行人工凿除，凿除时要注意控制凿除深度，避免损坏波纹管和钢筋，另有2人负责收集建筑垃圾配合凿除工作。凿除工作完成后，施工人员把现场的建筑垃圾从箱梁底板处的施工平台运送至桥面，装车运送至指定回收地点。

在处理过的修补结合面上刷一层环氧树脂胶液，涂抹厚度为1~2 mm。在净浆未干之前，立即将环氧砂浆摊铺到位，用力压实抹平，30 min后二次抹面收光(时间视气温等经验而定)。如果施工面为斜面或曲面，施工应从较低部位开始，然后依次施工到较高部位，如果修补面积过大则分段分块间隔施工，以避免砂浆干缩开裂。对混凝土表面蜂窝、麻面等缺陷直接用环氧胶泥进行修补、抹平。

3.2.3种植化学螺栓

(1) 孔位放样及钻孔。利用钢筋探测仪对植筋区域进行探测，确定植筋位置并用记号笔划上记号，用电锤钻孔，钻头直径比植筋直径大两级，标尺设定为成孔深度，初钻时要慢，待钻头定位稳定后，再全速钻进。成孔尽量垂直于植筋结构平面，钻孔中若遇到主筋或波纹管，必须改孔。

(2) 孔内处理。植筋孔钻到设计深度后，用刷子刷落孔壁灰渣，将气筒导管插入孔底，来回打气吹出灰渣；用水钻成孔时，须等孔内干燥，再用上述方法清孔，并保持孔内干净、干燥至注胶前。

(3) 注入植筋胶。注胶前，详细阅读化学锚栓使用说明书，掌握其正确的使用方法；检查植筋孔是否干净、干燥；当上述条件满足后，确认玻璃管锚固包无外观破损、药剂凝固等异常现象，将其圆头朝外放入锚固孔并推至孔底。使用电钻及专用安装夹具，将螺杆强力旋转插入直至孔底，不应采用冲击方式。当旋至孔底或螺栓上标志位置时，立刻停止旋转，取下安装夹具，凝胶后至完全固化前避免扰动。约注满孔洞的2/3，保证植筋后饱满。

(4) 植入螺栓。用手将处理好的钢筋旋转着缓缓插入孔底，使胶与钢筋全面粘结，并防止孔内胶外溢。按照植筋固化时间表的规定时间进行操作，使得植筋胶均匀附着在钢筋的表面及缝隙中，同时注意在胶泥固化期间禁止扰动，待植筋胶养生期结束后再进行钢筋焊接、绑扎及其他各项工作。种植化学螺栓见图3。

图3　种植化学螺栓

3.2.4桥面预压

粘贴钢板前，在桥面进行预压，当第5跨施工时，在第4，6跨进行预压；当第6跨施工时，在第5，7跨进行预压。预压使用30 t水袋，使用水泵从桥下清水河内抽水注入桥面加压水袋，加压应同步进行。加压时，观测人员应注意观测传感器数据，当发现数据异常时，应及时停止加压。

3.2.5正交异性钢板安装

(1) 施工工艺流程。施工放样→混凝土基面处理→种植螺栓→钢板下料及钻孔→焊接肋板→正交异性板安装→灌胶→防腐。

(2) 主要施工方法。根据设计要求，在主跨右幅5、6跨梁底粘贴正交异性钢板，钢板材料为Q345D12 mm钢板，每跨梁底合龙段共2块230 cm×500 cm钢板。主要加固示意图见图4。

图4　正交异性钢板示意图(单位:cm)

①梁底找平。根据设计图纸的要求并结合现场测量定位，在需粘贴钢板加固混凝土表面放出钢板位置大样。由于清水河大桥主桥上部结构形式为变截面连续箱梁，其底部有一定弧度，钢板难以紧贴梁底，所以使用环氧砂浆对梁底进行大面找平。

②种植螺栓。依照设计图纸的要求，放出需钻孔的位置，用钢筋探测仪查明混凝土钢筋和钢绞线位置，然后钻孔。避免钻孔时碰及钢筋或钢绞线，用压缩空气清理孔内浮尘，再用丙酮清孔，在孔内灌注2/3孔深的结构胶，用丙酮清洗螺栓，之后安装锚固螺栓。

③钢板打孔。依据现场混凝土上的实际放样进行粘贴钢板下料，并依据现场植埋的螺杆，先对待粘贴的钢板进行配套打孔，然后对钢板的粘贴面用磨光砂轮机进行除锈和粗糙处理，打磨纹路与钢板受力方向垂直。最后用丙酮清洗混凝土表面和钢板粘贴面。

④钢板吊装。钢板在桥面加工完毕后，用吊车将钢板吊至施工平台，然后利用手拉葫芦将钢板提升至梁底，通过化学螺栓将钢板固定在加固区域。

⑤灌胶。待封边胶固化后，用泵将粘钢灌注胶从注入嘴灌注到钢板和混凝土的空隙中，灌注工作持续到所有排气管均有胶液流出。在灌注过程中，用橡皮锤敲打钢板以确认是否灌注密实。要求灌胶之前先通气试压，以不小于0.1 MPa 的压力将粘钢灌注胶从注入嘴压入，当排气孔出现胶液后停止加压，以钢板封边胶堵孔，再以较低压力维持10 min以上。

⑥钢板防腐。在钢板粘贴完成后对其外表面进行打磨，除去钢板表面油污和浮锈，再涂刷防腐漆，共涂刷2遍环氧富锌底漆和1遍面漆。

3.2.6箱内钢桁架安装

根据设计要求，在右幅第5、6跨箱内合龙段位置分别安装2片钢桁架，钢桁架间由横撑焊接连接。下弦杆要与正交异性板固定螺栓配套连接。上下弦杆与混凝土之间要通过粘钢胶粘贴。

钢桁架加固示意图见图5。

图5　钢桁架安装示意图(单位:cm)

3.2.7空鼓区域压浆

针对合龙段位置空鼓区域，采取压力灌浆法灌注无收缩环氧砂浆进行处理。孔位应均匀分布在空鼓区域，用电锤在底板钻灌浆孔时，应确保钻

头钻穿到夹层内。在灌浆孔处埋设灌浆管，在梁底设置进浆嘴，在箱梁内设置排气嘴和出浆嘴。埋设的灌浆管插入深度为10 cm，胶水与管壁和孔壁充分粘合，防止灌浆口与孔壁粘合处漏浆。为确保灌浆密实，采取保压措施，即在该灌浆孔前后相邻孔都冒浆的情况下，关闭临近冒浆的灌浆嘴，保持压力2～3 min灌浆，再继续压注几分钟即可停止灌浆，关掉进浆嘴上的转心阀门。

4施工效果评价

在加固施工完成后，对该桥进行了荷载试验，以验证加固的效果。

4.1　目的

(1) 测试右幅桥4，5，6，8号跨箱梁在试验荷载作用下试验截面的应力和挠度，并与理论计算值比较，验证其是否满足设计要求。

(2) 对4，8号相应位置的试验数据进行对比分析，验证8号跨加固效果。

(3) 对5，6号跨的试验数据与2012年荷载试验(加固前)结果进行对比，对比5，6号跨加固前后桥梁状况。

4.2　荷载试验结论

4.2.1挠度测试结果

在设计工况满载作用下，右幅桥主梁H-H，C-C截面挠度校验系数介于0.48~0.99之间，实测挠度均小于计算值，表明主梁结构竖向刚度满足设计要求，卸载后，测试截面测点的最大相对残余变形为7.4%，表明结构控制截面在试验过程中处于较好的弹性工作状态。

4.2.2应变测试结果

在设计工况满载作用下，右幅桥C-C截面(跨中截面)应力校验系数在0.20~0.81之间，在工况13~14满载作用下，右幅桥H-H截面(跨中截面)应力校验系数在0.18~0.95之间，实测值小于或接近于计算值，说明该控制截面强度满足设计要求，各工况卸载后，测试截面最大相对残余应力值小于18.51%，表明结构测试截面在试验过程中处于较好的弹性工作状态。相同荷载作用下C-C截面主要测点应变较H-H截面应变值小，说明8号跨加固后截面抗弯矩能力得到提高，加固后5，6号跨效果显著。

5结语

预应力混凝土连续箱型梁桥在我国各地的广泛应用, 有关该种桥型的病害报告也越来越多，在目前有限的技术条件下，缺乏有效的加固施工方法和施工工艺。本文依托某大桥底板加固实例，对采用正交异性钢板和箱内钢桁架的方法加固变截面连续箱梁合龙段底板病害的施工技术进行了简单介绍，为类似桥梁病害的加固提供了借鉴。

参考文献

[1]李加林.连续箱梁桥加固技术及加固效果分析[J].中外公路，2007(4):146-149.

[2]邵华英,刘旋云,周德.预应力混凝土连续梁桥维修加固技术的对比研究[J].中外公路，2010(3):198-202.

收稿日期：2015-02-28

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.022