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摘 要： 通過分析甘陶河特大橋出現(xiàn)病害原因的分析，找出重點(diǎn)加固的部位，通過碳纖維布和鋼板進(jìn)行加固，取得的非常好的效果，本文重點(diǎn)講述了預(yù)應(yīng)力橋梁的受力分析、加固方案、施工中的技術(shù)要點(diǎn)，加固后的橋梁檢測(cè)技術(shù)及其相關(guān)參數(shù)，來重點(diǎn)介紹預(yù)應(yīng)力連續(xù)橋梁的加固技術(shù)。


關(guān)鍵詞：橋梁、碳纖維布、鋼板、加固

1、工程概況：

甘陶河特大橋位于石太高速公路河北段K359+888處，該橋于1994年7月竣工，上部結(jié)構(gòu)為15孔40米預(yù)應(yīng)力混凝土箱式（單箱單室）連續(xù)梁，單橋共分三聯(lián)，每聯(lián)5孔長(zhǎng)200米，全橋長(zhǎng)616.70米，雙幅共分6聯(lián)，橋面凈空2×凈－9.5米，2％橋面橫坡由箱梁頂面調(diào)成，下部結(jié)構(gòu)為獨(dú)柱式墩、框架式臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，該橋西頭上跨宜沙公路，橋面斜交。

該橋在橋梁檢查中發(fā)現(xiàn)南幅第二聯(lián)出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，主要是底板、頂板出現(xiàn)橫向的裂縫，箱梁幅板在預(yù)應(yīng)力錨固端附近、支座兩端、跨中也出現(xiàn)了斜向裂縫，并且部分裂縫已經(jīng)貫通。南幅其余兩聯(lián)病害程度較輕，鑒于這種情況，該橋的業(yè)主單位委托有檢測(cè)資質(zhì)的單位對(duì)該橋進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果建議對(duì)該橋進(jìn)行加固。

業(yè)主于2004年底組織有關(guān)專家對(duì)該橋的加固方案先后進(jìn)行了論證，根據(jù)專家的意見，業(yè)主委托設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖紙完成后，業(yè)主又組織有關(guān)專家再次召開“石太高速公路甘陶河特大橋病害治理設(shè)計(jì)”的研討會(huì)，同時(shí)對(duì)該設(shè)計(jì)提出了修改意見。

該橋的加固于2005年3月開工，2005年5月完工，為半幅斷交施工，工期為2個(gè)月。

2、病害的原因分析：

該橋南半幅第二聯(lián)病害比較嚴(yán)重，該橋主要病害及病害產(chǎn)生原因分析如下：

2.1、箱梁底板裂縫：

分部特征：主要是橫橋向裂縫，并且局部與腹板裂縫貫通。

產(chǎn)生原因：

2.1.1、底板預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固不足，錨固端變形較大，使得鋼絲束與混凝土之間產(chǎn)生相對(duì)滑移，并沿鋼束方向引起拉應(yīng)力，而錨具附近加強(qiáng)鋼筋偏少，進(jìn)而產(chǎn)生與鋼束垂直的裂縫，該裂縫發(fā)展到一定程度后形成貫通的橫向裂縫，屬于預(yù)應(yīng)力的牽拉裂縫。

2.1.2、支座處底板鋼筋不足，依據(jù)板底裂紋的分部情況，即裂紋方向與預(yù)應(yīng)力鋼筋方向垂直，顯然裂縫的出現(xiàn)是混凝土受拉開裂的結(jié)果，主要由于支座兩側(cè)底板鋼筋均設(shè)置為普通鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼束在支座兩側(cè)13米范圍內(nèi)均已截?cái)唷?br/>
2.1.3、預(yù)應(yīng)力作用過強(qiáng)，反拱過大，造成在連續(xù)梁支座底部產(chǎn)生了正彎矩，而相反在跨中產(chǎn)生負(fù)彎矩，尤其是在預(yù)應(yīng)力張拉施工階段，如果控制不好張拉力，預(yù)拱度及張拉時(shí)的壓重，勢(shì)必由于預(yù)應(yīng)力的作用在支座處產(chǎn)生正彎矩。

2.2箱梁頂板裂縫

分部特征：主要分布在預(yù)應(yīng)力鋼束錨固端附近，支座兩端和跨中。

產(chǎn)生原因：箱梁頂板裂縫主要是由于該橋采用單室單箱，頂板較寬，而橫向采用直徑12MM螺紋鋼筋偏弱容易產(chǎn)生縱向裂縫，與此同時(shí)順橋向鋼筋因銹蝕而與混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑移，鋼束錨固端的局部受壓造成齒板內(nèi)形成劈裂裂縫。另外在預(yù)應(yīng)力鋼束錨入齒板的折角處由于鋼束的合力作用使得該處混凝土被“崩出，從而造成頂齒板附近有局部的混凝土剝落和露筋現(xiàn)象。


2.3、箱梁腹板裂縫

分部特征：在腹板兩側(cè)變截面處，內(nèi)外側(cè)對(duì)應(yīng)比較有規(guī)律，基本各處都有1～2條主要裂縫，50％超過0.2mm，最大0.49mm，部分裂縫貫穿腹板，在某些跨內(nèi)也有豎向的裂縫。

產(chǎn)生原因：腹板裂縫一部分由于底板橫向裂縫延伸所致，另外該橋截面尺寸，腹板厚30cm，抗剪強(qiáng)度不足也導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，而且該橋?qū)捒绫容^大，采用獨(dú)立墩，偏載引起的扭轉(zhuǎn)、畸變剪應(yīng)力占相當(dāng)高的比例，抗剪橫向分布增大系數(shù)到大于抗剪橫向分部系數(shù)。

2.4、齒板裂縫：

產(chǎn)生原因：由于齒板尺寸較小，局部應(yīng)力超限造成，以上病害主要產(chǎn)生在南幅第二聯(lián)，由于施工時(shí)曾經(jīng)因以上因素產(chǎn)生了質(zhì)量問題，隨即進(jìn)行了變更，增大齒板尺寸，所以其余各聯(lián)情況較好。

3、加固方案：

根據(jù)以上分析結(jié)果和專家意見，本次設(shè)計(jì)采用以下方法對(duì)病害進(jìn)行治理，恢復(fù)該橋的整體工作性能和承載能力。

3.1、裂縫采取壓力化學(xué)灌縫技術(shù)，保護(hù)涂料封縫進(jìn)行處理，對(duì)箱梁表面大于0.1mm的裂縫，采用灌漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)處理。

3.2、頂板采用橫向粘貼一層碳纖維布，碳纖維布延伸至承托部位，在承托表面交錯(cuò)設(shè)置碳纖維片材的斷頭。

3.3、腹板內(nèi)、外側(cè)錨固區(qū)粘貼碳纖維片材，碳纖維片材的主纖維方向盡可能的垂直與裂縫。

3.4、底板采用橫向裂縫發(fā)生在梁體拉斷的部位，板底上、下緣表面對(duì)拉螺栓、粘貼鋼板進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，其余部分采用縱向貼滿一層碳纖維布（碳纖維布伸進(jìn)鋼板20cm），底板上緣表面鋼板厚6mm，下緣表面鋼板厚10mm。

4、施工要點(diǎn)

4.1、裂縫修補(bǔ)

4.1.1裂縫處理

根據(jù)混凝土體裂縫的性質(zhì)（包括其長(zhǎng)、寬、深度、走向貫穿及漏水情況）進(jìn)行裂縫的清理，對(duì)于較小的裂縫用鋼絲刷掃除松散層、灰塵污物后用壓縮空氣將其粉塵吹掃干凈，最后用棉紗浸丙酮擦洗待封縫灌漿補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)于較深的裂縫采用人工鑿或用機(jī)械切成“v”形槽，其深度和寬度視其具體情況而定，對(duì)于不太深的表面裂縫可用騎縫鉆孔，孔內(nèi)埋設(shè)灌漿管和阻塞器，對(duì)于深、走向不規(guī)則的裂縫，必須加鉆斜孔構(gòu)成較多的通路。

4.1.2、封縫

對(duì)于細(xì)小的裂縫可用環(huán)氧樹脂漿液貼脫脂玻璃絲布直接封縫，已鑿成“v”形槽的裂縫可用環(huán)氧樹脂漿液和水泥砂漿配合封縫。


4.1.3、灌注及封口

灌漿前接通管路打開所有灌漿嘴上的閥門，再次用壓縮空氣吹掃，灌漿壓力為0.2～0.4Mpa，待裂縫漿液初凝不外流時(shí)拆下灌漿嘴，用快固化膠液進(jìn)行封縫。

4.2、植錨栓

4.2.1、鉆孔前應(yīng)使用鋼筋探測(cè)儀對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，以測(cè)定非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置，不至于在鉆孔過程中損害原有的鋼筋。鉆孔應(yīng)確保孔的表面有足夠的粗糙度，其直徑比鋼筋直徑大4MM以上。

4.2.2、植筋膠應(yīng)從孔的底部開始注射，直至填滿孔深的2/3。

4.3、粘貼鋼板

4.3.1、粘貼的鋼板錨孔要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所植錨栓和對(duì)夾螺栓的位置進(jìn)行放樣；并對(duì)粘貼面用丙酮擦凈使表面露出光澤。

4.3.2、粘貼鋼板前要對(duì)混凝土表面進(jìn)行鑿毛再用鋼絲刷或壓縮空氣清除浮塵，并對(duì)混凝土表面的凹凸部位進(jìn)行修補(bǔ)，以確保粘貼鋼板后混凝土和鋼板之間不出現(xiàn)空洞，粘貼前要用丙酮擦一遍。

4.3.3、粘結(jié)膠的涂刷：在粘貼鋼板以前，應(yīng)在鋼板的表面涂刷一層厚度約為2mm的粘結(jié)膠，然后將鋼板粘貼在混凝土表面，使多余的膠液沿鋼板邊緣擠出。

4.3.4、粘貼鋼板的加壓：粘貼在混凝土表面的鋼板通過植入混凝土上的錨栓和對(duì)夾螺栓上的螺母進(jìn)行加壓，加壓應(yīng)在鋼板粘貼后立即進(jìn)行，并且保證鋼板上各點(diǎn)螺栓的加壓要均勻。

4.4、粘貼碳纖維布

4.4.1、本工程采用300g/m2的高強(qiáng)碳纖維布，環(huán)氧膠液的配比為：環(huán)氧樹脂：鄰苯二甲酸、二丁脂：甲苯：乙二胺＝1：0.08：0.06：0.1。

4.4.2、碳纖維布應(yīng)按順序依次粘貼于工作面，并用手輕壓，采用專業(yè)的消泡輥順纖維方向從中間向兩邊或沿一邊多次輥壓，擠出氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布。

4.4.3、粘貼的混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表面浮塵和油污，露出混凝土結(jié)構(gòu)新面，轉(zhuǎn)交粘貼處應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)角處理并打磨成圓弧，圓弧半徑不小于20MM，對(duì)于混凝土表面凹陷部位應(yīng)用找補(bǔ)材料填補(bǔ)平整。

5、施工質(zhì)量檢查和檢驗(yàn)

5.1、粘貼鋼板的質(zhì)量檢驗(yàn)：粘貼鋼板后用小錘輕輕的敲擊鋼板的表面，從音像效果上判斷粘貼效果，錨固區(qū)粘結(jié)面積應(yīng)大于鋼板面積的95％，非錨固區(qū)粘結(jié)面積應(yīng)大于90％。

5.2、粘貼碳纖維布的質(zhì)量檢驗(yàn)：

5.2.1、重點(diǎn)應(yīng)檢查碳纖維布的材料質(zhì)量和碳纖維布的粘貼質(zhì)量，在施工之前應(yīng)檢查碳纖維布和配套膠的產(chǎn)品質(zhì)量合格證、產(chǎn)品質(zhì)量出場(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)范的要求，碳纖維布與混凝土表面的粘貼應(yīng)用小錘輕輕敲擊的檢查方法，總有效粘結(jié)面積均應(yīng)大于95％。


5.2.2、碳纖維布空鼓部位的處理：碳纖維布粘貼完成后，應(yīng)對(duì)空鼓的部分進(jìn)行處理，經(jīng)過業(yè)主、總監(jiān)理工程師和施工單位的共同協(xié)商，采用對(duì)空鼓部分用刀片割開的方法進(jìn)行處理，具體方法為：先用刀片對(duì)空鼓部位的碳纖維布割開，割開方向應(yīng)順著碳纖維布的主纖維方向，然后用專用的注射器進(jìn)行注膠，只至填滿，然后用手壓平。

6、完工后荷載試驗(yàn)檢測(cè)

甘陶河特大橋加固完工后，為了檢驗(yàn)其加固補(bǔ)強(qiáng)的效果，在通車以前委托了交通部公路工程檢測(cè)中心進(jìn)行了荷載試驗(yàn)檢測(cè)，通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)荷載試驗(yàn)，以檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際受力狀況是否滿足加固設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

6.1、試驗(yàn)荷載檢測(cè)內(nèi)容

6.1.1、結(jié)構(gòu)表面的質(zhì)量檢測(cè)：主要對(duì)粘貼鋼板和碳纖維布的外觀進(jìn)行檢查，檢查其粘結(jié)面積率是否達(dá)到了規(guī)范的要求。

6.1.2、結(jié)構(gòu)靜荷載試驗(yàn)：主要通過應(yīng)變測(cè)試和撓度測(cè)試來檢驗(yàn)該橋在規(guī)范要求的荷載下的應(yīng)變和撓度是否達(dá)到了規(guī)范要求的范圍。

6.1.3、結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載試驗(yàn)（包括行車試驗(yàn)和自振特性測(cè)試）。

7.結(jié)束語

通過荷載試驗(yàn)測(cè)定的撓度檢驗(yàn)系數(shù)介于0.61～0.95之間，說明結(jié)構(gòu)現(xiàn)有狀況豎向剛度能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，應(yīng)變檢驗(yàn)系數(shù)介于0.37～1.00之間，說明結(jié)構(gòu)現(xiàn)有狀況能夠滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)作用下的使用要求。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，鋼板表面應(yīng)變與相近測(cè)區(qū)混凝土表面應(yīng)變接近，說明鋼板能夠參與到結(jié)構(gòu)受力中。總體評(píng)價(jià)該橋的加固達(dá)到了預(yù)期的效果，是非常成功的。