既有混凝土桥梁钢结构拼宽加固施工技术研究

涂增添

（厦门合诚工程技术有限公司，福建 厦门 361027）

1 工程概况

现状大桥分左右双幅设置，桥梁全长397.7m。全桥共设置三联：4×30+5×30+4×30（m）等截面预应力混凝土连续箱形梁。对旧桥进行加宽改造，外侧悬臂加宽30cm，内侧悬臂加宽49cm，旧桥中分带设2cm 断缝，桥面全宽32.6m，原桥3m 人行道改造为车行道，原双向6 车道桥改为双向8 车道桥。

改造内容包括悬臂翼缘加宽改造、腹板钢肋梁加固。悬臂翼缘加宽改造，采用类似“书夹”的钢结构拼宽，上下钢板通过M16 高强摩擦型螺栓连接，M16螺栓贯穿翼缘混凝土，横向间距30cm，纵向间距30cm，梅花形布置，新建防撞护栏立柱间距由2m 间距改为1.2m。悬臂根部1.5m 范围内铺装采用9cmUHPC 和3mm 超薄磨耗层，内设直径8mm 带肋钢筋网，网格间距15cm×15cm。桥梁改造设计如图1所示。

图1 桥梁改造设计图（单位：cm）

2 施工重难点分析及应对

第一，旧桥使用时间较长，现场实测尺寸与设计偏差较大，无法满足钢结构拼宽加固尺寸偏差要求，因此需要在现场通过模具逐个翻样，并反馈给加工厂进行加工。

第二，旧桥布置有纵横向预应力钢束，拼宽加固前需采用混凝土超声波扫描仪探测并明确标记钢束位置，钻孔过程中需要避开，以防损伤既有预应力钢束。

第三，拼宽加固部位在两侧悬臂翼缘板下方，河道内桥梁净空较小，无法搭设钢便桥及支架，因此需要采用移动式载人作业平台（见图2）[1]。

图2 移动式载人作业平台图

3 施工工艺

悬臂翼缘拼宽加固工艺流程如图3 所示：

图3 工艺流程图

3.1 施工准备

第一，审查设计图纸，了解并熟悉相关资料。检查图纸是否齐全，图纸本身有无错误和矛盾，设计内容与施工条件是否一致，各工种之间的衔接有无问题等。同时应熟悉相关设计数据，以及结构特点、土层、地质、水文、工期要求等资料。

第二，组织现场踏勘，了解施工现场及周围环境情况，搜集当地自然条件资料和技术经验资料。

第三，充分做好材料用量计划，并找好供货源，对于特殊材料要组织人员提早采购。做好施工机械和机具准备，并对已有的机械机具进行维修试车工作。对于尚未到位的机械机具，要立即订购、租赁或制作等，以确保机械机具供应及时。施工前及时送检所需材料及机械，报监理审批后组织进场。

第四，组织技术人员熟悉图纸，确保充分领会设计意图，以严格控制质量要求。现场技术负责人及施工员应全面做好施工准备，并逐级进行技术、安全交底和安全教育，使安全、技术管理在思想、组织和措施等方面全面落实到位[2]。

3.2 混凝土表面处理（桥面翼缘板找平）

由于现状路面标高与设计标高不符，以路中偏距1m 的现状标高作为路面纵断面标高的起始点，并采用2%的横坡设计。翼缘板拼宽钢板在翼缘板端1m范围内进行找平，翼缘板端上钢板找平贴铺厚度控制在5mm，下钢板找平贴铺厚度控制在10mm。

第一，采用绳锯切除“书夹”板施工部位的翼缘板护栏，切割前先测量放样原桥翼缘板端部位置，确保切割过程不损伤原桥结构及破坏桥面横向预应力。

第二，采用电镐机破除翼缘板边缘滴水线，直至露出梁体范围混凝土。

第三，如有绳锯无法施工部位则利用人工结合电镐机进行破除，破除后的混凝土需要采用人工结合电镐机的方式进行凿毛处理。

第四，清除钢结构安装范围内混凝土表面的油垢、污物，并进行打磨处理，再除去2～3mm 厚表层，直至新面完全露出，再用空气压缩机吹除粉粒。

第五，打磨处理后，如果表面凹凸不平较为严重，可采用环氧砂浆进行修补平整，并用坡度尺测量，确保满足设计要求，固化后再行磨平。混凝土表面处理效果如图4 所示。

图4 混凝土表面处理效果图

3.3 预应力及主筋位置探测

第一，采用超声波扫描仪对翼缘板施工部位横向预应力钢绞线及主筋位置进行探测（见图5）。

图5 超声波扫描仪钢筋探测图

第二，为更精确地避开预应力钢绞线及主筋，可使用弹墨线进行标识，并用红油漆对原预应力钢绞线波纹管范围及走向进行标记清晰，确保后续钻孔施工不会破坏横向预应力筋。

3.4 钻孔及清孔

第一，根据现场实际标记情况进行钻孔，尽量避开原结构钢筋。

第二，如果与箱梁内主筋位置冲突，可以适当调整孔位，钢结构安装对应的孔位也应进行相应调整，且精度须满足安装要求。

第三，采用金刚钻钻孔，钻孔完成后，逐个清除孔内灰尘，利用压缩空气或用水清洗，用毛刷刷三遍、吹三遍，确保孔壁无尘。

3.5 “书夹”板现场翻样

第一，利用1∶1 的PC 模板采集现场“书夹”板安装孔位测量数据，并按顺序进行编号，交付加工厂进行“书夹”板孔位加工。

第二，翼缘板上下表面经过凿平处理后，如果与原设计厚度不一致，按每桥跨对“书夹”板翼缘板厚度进行实测，现场采集数据，根据现场采集的翼缘板厚度数据下单给钢构加工厂加工，钢构厂应相应调整“书夹”板的翼缘板厚度及踢脚线位置，确保现场安装后横梁平顺。

3.6 “书夹”板安装

“书夹”板由上下钢板与侧板、立柱组成，根据现场作业与钢结构质量要求，本着减少钢结构焊缝的原则，对“书夹”板进行深化设计，并采用上下分离的方式进行“书夹”板安装，现场仅留一道上钢板连接焊缝。

第一，现场配制环氧结构胶。现场配置时，严格按照产品的使用说明进行配胶，采用称量设备严格计量，保证材料配比合格；将甲、乙组分材料倒入同一个的干净容器，采用机械法按同一方向定向搅拌至色泽均匀，材料配比可根据当时气候条件及有效时间适当调整。

第二，环氧结构胶配制好后，用抹刀均匀涂抹在已处理好的混凝土表面与钢板贴合面。按先中间后边缘的顺序涂抹至所需厚度，然后将钢板贴于预定位置，人工配合微调后穿高强螺栓固定。

第三，钢板粘贴后，总有效黏结面积不应低于95%。采用手锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，通过声音判断是否空鼓，如果空鼓率超过5%，则应剥下钢板补胶，重新粘贴。

第四，先安装上钢板，使上钢板的孔位与桥面钻孔位置一一对应，之后采用随车吊配合人工安装下钢板，确保孔位与下钢板对应。

第五，上下钢板粘贴好后，立即采用对穿高强螺栓固定，加压螺杆交替拧紧，将多余的结构胶沿板缝及螺栓孔挤出，加压固定压力不得小于0.5MPa。同时，要不断轻轻敲打钢板，检查结构胶的饱满度，若存在局部结构胶不足或空鼓现象，应及时松开螺杆，从钢板的侧面填补结构胶，使钢板平整、紧密地贴在混凝土表面。最后按由内向外、由中间向两边的次序拧紧螺栓[3]。

第六，环氧结构胶固化时间应大于24h，其间应封闭作业面，不得对钢板有任何扰动，若气温偏低，可采用红外线灯进行加热[4]。

3.7 现场焊接

钢结构焊缝为一级焊缝，采用CO2气体保护焊方法进行焊接。

第一，焊接前，所有对接缝的两端均应装上引弧、熄弧板，焊接时不得在焊缝以外母材上进行引弧、熄弧。

第二，进行CO2气体保护焊时，焊缝焊接时周围应采取防风、防雨、防尘措施，可采用三面封闭留一面通风移动式彩钢瓦围挡设施。

第三，进行各单元件组焊定位前，应严格按照焊接规范要求对焊区进行彻底清磨处理，清除铁锈、油污、氧化皮等杂质，直至露出金属光泽。

第四，一级焊缝外观不得有裂纹、气孔、未熔合、焊瘤、夹渣、焊坑未填满等缺陷，若发现问题，应及时进行处理，以确保焊缝的质量。

第五，必须确保所有要求熔透的焊缝都熔透。所有坡口的坡口焊接形式及尺寸均应满足设计图纸和焊接规程要求。对于坡口的贴角焊缝，若未标注贴角尺寸，一般按不小于考虑（t为较厚焊件的厚度）。

3.8 质量检测

第一，悬臂翼缘拼宽加固安装完成后，采用扭力扳手进行螺栓终拧扭矩检测。终拧扭矩检测频率不小于抽检总数的5%，终拧扭矩检测值大于设计值即为合格，若出现不合格情况，应按规范要求加大抽检频率，并对不合格螺栓进行处理。

第二，钢结构焊缝为一级焊缝，焊缝检测采用超声波探伤无损检测方法，钢结构出厂前焊缝每条必检，检测合格率为100%。全桥1120 片“书夹”板全熔透焊缝经超声检测，符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）规定的Ⅰ级焊缝质量要求。完工效果图如图6 所示。

图6 完工效果图

4 结论

通过对悬臂翼缘拼宽关键施工技术的研究与应用，得出如下结论：

第一，应用绳锯切割与金刚钻取孔，能够显著减少对旧桥的损害，避免崩孔风险，减少桥梁修补负担。

第二，应用移动式载人作业平台能有效提升吊装效率，可实现钢结构在工厂整块预制，无需现场再加工，施工机械可直接在既有桥面上进行钢结构整体吊装。该施工技术操作简单、适用性强，施工不受桥下作业条件制约，也不受汛期的影响，对河道生态影响较小，能够降低安全风险，缩短施工周期。

第三，采用“书夹”板线形及锚固螺栓孔位现场翻样技术，翻样模具使用轻便，翻样操作简单快捷，可保证“书夹”板与旧桥的紧密贴合以及高强锚栓的精准对接，提高“书夹”板整体安装质量及安装效率，保证桥梁加固效果。