某循环水渠桥梁检测评定及加固设计研究

刘　灿

（广东交通职业技术学院，广东广州510650）



某循环水渠桥梁检测评定及加固设计研究

刘灿

（广东交通职业技术学院，广东广州510650）

摘要：当桥梁结构无法满足承载力、通行能力等要求时，需要对桥梁进行加固或技术改造。而旧桥加固技术改造不同于新建桥梁，它是一项技术性较强的工作，一方面要求尽可能不损害原结构，另一方面要求加固补强的部分与原结构成为整体，共同工作。文中以某发电厂循环水渠桥梁为例，基于详细检测评定的基础上，进行了加固设计，可为同类桥型加固设计提供参考。

关键词：桥梁检测评定；加固设计；裂缝处理；粘贴钢板；增大截面法

1 工程概况

该发电厂循环水渠桥梁于20世纪70年代中期建厂时建设，钢筋混凝土结构，循环水渠桥梁长约60 m，宽7 m，桥墩为圆形钢筋混凝土结构，柱式桥墩，每个桥墩有2个墩柱。上部结构为T梁结构，每跨有5片T梁。设计荷载均为汽-20，挂-100。

由于年代久远，混凝土桥板及桥墩等损坏严重，大部分桥板已不能满足通行要求，为治理桥梁病害，保证桥梁结构安全及正常运营，需要在检测评定的基础上进行加固维修。

2 桥梁检测评定

桥梁上部每跨的边梁翼缘板有多处混凝土剥落、露筋锈蚀病害；每跨的边梁腹板有多处混凝土剥落、露筋锈蚀、部分箍筋断裂；部分梁底和腹板有混凝土纵向开裂病害。第1跨横隔板混凝土保护层剥落、钢筋锈蚀，第6跨6-2-3#横隔板混凝土破损开裂，其他横隔板整体状况良好。

每个桥墩盖梁侧面距离底部20～40 cm处均有一条横向通长混凝土开裂，每跨盖梁端部混凝土破损剥落、钢筋外露锈蚀，其中5#墩盖梁底部保护层混凝土全部脱落，钢筋锈蚀断裂；每桥墩墩柱均有数条混凝土竖向开裂，开裂长0.3～1 m；墩柱有多处混凝土破损剥落、钢筋外露锈蚀。桥梁0号台身有两条横向开裂，开裂长1.5、2 m，裂缝最宽处1 mm；台身有多处混凝土剥离、钢筋外露锈蚀，面积0.1×0.1 m2。6号台身有10处混凝土剥离、钢筋外露锈蚀，面积0.1×0.1 m2；距台顶1.5 m处台身粗骨料外露，面积2×0.2 m2；台身右侧有1条竖向开裂，开裂长2 m。

桥面铺装整体状况较差，第1跨桥面铺装有1条纵向裂缝，裂缝长5.5 m。第2跨、第4跨桥面铺装磨损严重，骨料外露，磨损面积分别为2× 0.2 m2。第5跨桥面铺装有2处网裂，网裂面积4×1.5 m2、3×2.5 m2。0号台与台后路面有高差，高差10 cm。该桥人行道整体状况较差，左右侧人行道有多条纵向裂缝，人行道面有多处破损。该桥护栏为钢制护栏，两侧钢制栏杆整体状况良好；全桥两侧钢筋混凝土栏杆地袱底部混凝土破碎剥落严重，钢筋裸露锈蚀。

全桥抗震挡块被挤死，挡块破损开裂。

根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/ T H21-2011），该桥梁技术状况评分为52分，为4类桥，需进行加固技术处理［2］。

该桥部分病害如图1、2所示。

图1　T梁腹板混凝土脱离、露筋

图2　墩柱和盖梁病害

3 桥梁加固设计［3-5］

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），结合该桥检测评定相关数据，总体加固设计方案如图3所示。

图3　桥梁加固总体示意

3.1 裂缝处理

对桥梁的T梁、盖梁、桥墩、桥台等所有水泥混凝土的可见裂缝进行修补处理。根据《公路桥梁加固设计规范》（JGJ/TJ22-2008）的规定，裂缝宽度＜0.15 mm时采用表面封闭法修补，刷专用环氧树脂胶进行封闭；裂缝宽度≥0.15 mm时，采用压力注浆法修补。

3.2 混凝土表面破损、脱落、钢筋锈涨露筋处理

环氧砂浆是用环氧树脂、砂子、水泥等按一定比例配置而成的材料，相比于普通混凝土或砂浆，它具有与混凝土粘结性能好、防水等优点，非常适合用于主要受力构件混凝土破损修补处治。

对混凝土蜂窝、麻面、网裂、表层破损等一些浅表面的混凝土缺陷，采用环氧砂浆修补；对孔洞及破损深度超过5 mm的深层疏松区采用环氧混凝土修补，未超过5 mm深度用环氧砂浆修补。

施工前采用人工凿除法、气动工具凿除法或高速射水法对病害混凝土表面破损、腐化、松散等缺陷区域进行凿除、清理，在其外表面涂刷渗透型钢筋阻锈剂，渗透进混凝土，形成一层保护膜，以阻止钢筋的锈蚀，涂刷后再进行破损修补；对于外露的钢筋，应将钢筋表面锈蚀物清除干净，然后涂刷阻锈剂，再用环氧砂浆或环氧混凝土修补整平。

3.3 T梁粘贴钢板加固

对桥梁的上部结构T梁进行粘贴钢板加固处理。在T梁腹板的底面及侧面粘贴钢板进行加固，用以提高T梁的强度、刚度及抗剪性能等。设计采用Q345-D型钢板进行加固。T梁粘贴钢板如图4所示。

图4　T梁粘贴钢板横断面示意（单位：cm）

3.4 采用增大截面法加固盖梁［6］

首先在盖梁上进行植筋，原来混凝土表面凿毛处理，以保证新老混凝土的有效结合。在盖梁两侧及底部增加钢筋，增大混凝土截面。该桥1、2、4、5号墩盖梁加固如图5所示。

图5　盖梁增大截面法加固示意（单位：cm）

3.5 抗震挡块处理

对全桥的抗震挡块进行凿除重新浇筑处理。凿除现有抗震挡块，在盖梁上植筋，处理新老混凝土结合面后，重新浇筑抗震挡块，并在挡块和T梁之间增设橡胶片。

3.6 更换支座

更换支座采用同步顶升的方法进行。

4 桥梁加固施工关键环节设计

4.1 压力注浆法裂缝处理

裂缝压力注浆法的施工工艺为：裂缝检查、裂缝表面清理、注浆料拌合、安装注浆嘴、裂缝封闭、注浆孔表面处理。

注浆嘴沿缝走向布置，间距200～300 mm，裂缝分岔处的交叉点、裂缝较宽处、端部均应设注浆嘴。每条裂缝应至少布置一个注浆嘴、出浆嘴、排气嘴；采用环氧胶泥封闭裂缝，并待封缝胶有一定强度时进行试漏。注浆压力在0.3 MPa左右即可，当进胶速度小于0.1 L/min时，再继续灌注5 min后停止注浆。

4.2 植筋

对照原桥施工图和竣工图，掌握该部分的受力主钢筋和结构钢筋的分布情况，精确放出锚栓（钢筋）的具体位置，并尽量与受力主钢筋、结构钢筋错开布置，采用钢筋定位仪测量原有钢筋位置，确保钻孔不会损伤原桥主筋。植入孔位与设计位置最大偏移量不大于5 cm。

植入锚栓（钢筋）时，应对准孔洞插入，在插入锚栓（钢筋）时应旋转，尽量排除注胶时堵塞在孔内的空气，以确保锚栓（钢筋）表面与黏结胶充分结合。锚栓（钢筋）与孔壁之间的空隙完全由黏结胶填满才能保证质量，最好的效果是锚栓（钢筋）插入时黏结胶刚好溢出。

利用XLSTAT 2016软件分别对怪味胡豆的定量描述分析结果进行方差分析(Analysis of Variance, ANOVA)、主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)和聚类分析(Agglomerative Hierarchical Clustering, AHC)。

最后按其规定的取样频率对植入的锚栓（钢筋）进行拉拔试验，确保达到规范和设计要求。图6为T梁梁底植筋示意图。

图6　T梁梁底植筋示意

4.3 粘贴钢板

该桥选择粘贴钢板厚度大于5 mm，采用灌注式粘贴钢板方法进行施工。

4.3.1 构件表面处理

对原混凝土构件的粘合面进行打磨，去掉1～2 mm厚表层及混凝土裂化层，直至完全露出新面，并用压缩空气除去粉尘或用清水冲洗干净，待完全干燥后用脱脂棉浸丙酮擦拭表面，擦拭干净。

4.3.2 钻孔及植筋

根据图纸和现场情况进行下料，按照设计位置在梁板的表面钻孔，T梁腹板两侧面钻孔时，左右两侧钻孔应上下错开。钻孔时应用冲击钻钻孔，以确保孔的表面有足够的粗糙度。用毛刷清理孔壁上的浮皮，然后用压缩空气吹净孔内的灰尘及混凝土碎屑，同时保持孔内干燥。采用专用植筋胶从孔的底部开始注射直至填满孔的2/3，将钢筋缓缓旋入孔中，当有部分胶浆溢出时即可保证锚筋植入部分完全粘上了胶。在植筋胶完全固化前不可对锚栓施加任何荷载。

4.3.3 制作钢板及表面处理

4.3.4 安装并固定钢板

根据锚栓现场调整的位置，在钢板对应位置上打孔，待锚栓植筋胶完全固化后，将钢板进行安装，安装固定好后收紧螺栓，利用钢板内的垫圈调整灌浆间隙，粘胶厚度控制在3～5 mm之间。

4.3.5 封边及埋设注胶嘴（进、出胶嘴）、注胶

将注入嘴粘贴在钢板的注入孔上，在钢板边缘插入排气管，注入孔2 m左右一个，排气孔沿钢板两边间隔布置，间距不大于50 cm。在进行胶体灌注之前，应进行通气试压。

胶体灌注时的压力不宜过大，应控制在0.2～0.4 MPa的压力。钢板全部排气孔均有胶体溢出时，不应立即停止注胶，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。图7为粘贴钢板加固T梁示意图。

图7　粘贴钢板加固T梁示意

4.4 更换支座

对全桥支座采用同步顶升的方法进行更换支座。

考虑到本次施工桥面铺装层不拆除，所以一跨的同一端部的板或梁要全部同时顶起，单次顶升高度不超过5 mm，横向梁体之间顶起高差不超过1 mm。每梁端或板端设置一个千斤顶，参考支座规格承载力确定千斤顶顶升力不小于60 t/个。顶升前把两跨接缝处的铺装层用马路切割机断开，支座更换完成撤除顶升后，对切缝用沥青填满。

千斤顶使用PLC同步顶升系统。薄型液压千斤顶，要求顶升力大于60 t，顶升高度大于70 mm，（下垫板10 mm+支座42 mm+上垫板10 mm=62 mm，所以顶升高度宜大于70 mm）。使用BZ70-1型超高压油泵站供油。额定压力为70 MPa，贮油量为20 L，外形尺寸为480*385* 54 mm，最小净重88 kg。

根据现场实际情况，T梁顶升时支撑点可利用原桥墩台作为支撑点，支撑支架可以采用在盖梁侧面植筋安装［40槽钢，槽钢腹板紧贴盖梁侧面，槽钢上翼缘作为顶升千斤顶的支撑平台，使用液压千斤顶将梁体（实心板）顶起，千斤顶与梁体接触处垫上2 cm厚钢板，避免应力集中，保证梁体结构安全。顶起高度以能抽出及安装支座为准，取出原支座后放入钢垫板及新支座，回落千斤顶。（盖梁加大截面需在侧面植ø16钢筋，上下排距200 mm，可预先植好两排用于安装支撑槽钢，支座更换后卸下槽钢，盖梁再扎筋浇砼加大截面处理）。图8为更换支座时千斤顶安装示意图。

图8　千斤顶安装示意

5 加固效果验算

由于桥梁上部结构设计施工年代久远，主梁按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）规范进行验算，验算荷载为汽-20级、挂-100。验算结果如表1。

表1　桥梁加固效果验算

由表1可以看出，通过加固后，桥梁结构承载能力均有一定的提高，结构总体加固效果明显，有效的提高了桥梁结构的工作性能。

6 结语

根据对该循环水渠桥检测评估得到的结论，该桥承载能力不满足规范要求，安全储备不足。通过采用环氧砂浆对混凝土蜂窝、麻面、网裂、表层破损等一些浅表面的混凝土缺陷进行修补，采用压力注浆进行裂缝处理；对T梁采取U型包底钢板加固方案，对盖梁等部位采取增大截面法进行加固，取得了较好的效果。该桥加固方案的成功实施可供同类型桥梁加固设计参考。

参考文献：

［1］堪润水，胡钊芳，帅长斌.公路旧桥加固技术与实例［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］中华人民共和国交通部.JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［3］中华人民共和国交通部.TJG D60-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］中华人民共和国交通部.JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］中华人民共和国交通部.JTG/T J22-2008《公路桥梁加固设计规范》［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［6］何晓阳，项贻强，邢 骋.混凝土桥梁下部结构病害分析与加固［J］.重庆交通大学学报，2013，（1）.

研究方向：从事结构工程教学、研究

中图分类号：U445.7

文献标识码：A

文章编号：1671-8496-（2016）-02-0027-05

收稿日期：2016-04-05

作者简介：刘 灿（1977-），女，讲师、工程师，博士

基金项目：广东省交通运输厅科技计划项目“基于广东省湿热重载条件下的路面再生混凝土技术”（项目编号：2011-02-005）；广东交通职业技术学院博士基金专项“再生混凝土耐久性研究”（项目编号：GG81080133）

Study on Detecting Assessment and Strengthening Design of a Cycling Water Channel Bridge

LIU Can
（Guangdong Communication Polytechnic，Guangzhou 510650，China）

Abstract:When a bridge can not satisfy the bearing capacity or traffic capacity，it needs strengthening or transforming technically.The strengthening or technical transformation of an old bridge differs from that of a new one as it requires more technology in that it requires no damaging the original structure and the strengthene dpart coinciding with the original parts.This paper illustrates the strengthening design of a cycling water channel bridge on the basis of a comprehensive detecting assessment，which provides some reference for the similar cases.

Key words:bridge detecting assessment；strengthening design；crack treatment；bonding steel plate；increasing section