粘貼鋼板法在舊橋加固工程中的應(yīng)用
1.前言
近年來我國橋梁加固技術(shù)發(fā)展迅速，其中粘貼鋼板加固法由于施工周期短、施工工藝簡單快捷、粘貼材料占用空間小、對交通影響小，受到工程人員的青睞，在橋梁加固中逐步推廣開來。
2006年，應(yīng)廣東省某縣政府的邀請，我公司工程技術(shù)人員采用粘貼鋼板加固法新工藝對該縣一舊橋進(jìn)行了加固，經(jīng)過近兩年的跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)加固效果完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，原有病害得到有效控制。本文詳細(xì)介紹了工程中采用的加固施工方案及施工工藝，以供同行們參考。
2.工程簡況
該舊橋系一座跨河涌小橋，小橋結(jié)構(gòu)為單跨整體式斜交板橋，橋梁凈跨31m、橋?qū)?m，橋臺為重力式橋臺，該橋的設(shè)計(jì)荷載為汽-20、掛-100。
2006年有關(guān)部門在對該橋的橋況調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該橋板底沿橋的橫向較均勻地出現(xiàn)了5條與于行車方向斜交的板底裂縫，裂縫長度約5m，寬度超過0.2mm，少數(shù)裂縫有明顯水跡；另在板底還發(fā)現(xiàn)4處小范圍蜂窩病害。在過往的舊路工程改造中，在該橋原有鋪裝層的基礎(chǔ)上又新鋪設(shè)了厚度近20cm的瀝青混凝土。經(jīng)設(shè)計(jì)部門驗(yàn)算，并考慮到該橋的行車荷載實(shí)際已超過汽-20，該橋的承載力無法滿足現(xiàn)有行車要求，必須進(jìn)行加固。
3.技術(shù)方案
針對該橋的現(xiàn)有橋況，施工單位采用了粘貼鋼板法對全橋進(jìn)行加固。作為一種廣泛應(yīng)用的橋梁加固技術(shù)手段，粘貼鋼板法的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：一是相同條件下，采用粘貼鋼板加固更能有效提高梁的抗剪承載力，提高鋼板的強(qiáng)度利用率；二是粘貼鋼板能改善了梁的延性，提高構(gòu)件及整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)；三是粘貼鋼板加固法施工方便，施工質(zhì)量更容易得到保證；四是粘貼鋼板加固在施工過程中在鋼板內(nèi)產(chǎn)生一定的預(yù)拉應(yīng)力，有利于提高被加固結(jié)構(gòu)抵抗重復(fù)荷載的作用。具體加固方案分為兩個(gè)部分：
(1)已有病害修補(bǔ)：采用氣球注漿法對該橋已有裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，并用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)已有蜂窩。
(2)粘貼條形鋼板加固：根據(jù)設(shè)計(jì)部門計(jì)算結(jié)果粘貼單層條形鋼板，粘貼鋼板的方法以螺栓錨固鋼板和灌注鋼板粘合劑相結(jié)合，鋼板的布置及錨固螺栓及注漿嘴布置如圖1所示。其中用于抗彎能力補(bǔ)強(qiáng)的鋼板尺寸應(yīng)盡可能薄而寬、厚度一般為4-6mm，較薄的鋼板可有足夠的彈性來適應(yīng)構(gòu)件表面形狀。用于提高抗剪能力的鋼板厚度宜厚，其設(shè)計(jì)依實(shí)際情況而定，一般宜采用10-15mm。
4.主要施工工藝
4.1已有病害修補(bǔ)
根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的橋梁病害情況，本次加固工程中已有病害修補(bǔ)主要包括裂縫修補(bǔ)和混凝土蜂窩修補(bǔ)。
4.1.1裂縫修補(bǔ)
本工程中引進(jìn)了某日本公司專利技術(shù)氣球注漿法對該橋已有裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，該法是通過橡膠管收縮自動(dòng)完成膠體注入，從而改變了以前注漿施工靠人工注入的方式。具體的施工方法如下：
(1)表面處理：用砂輪機(jī)對裂縫兩側(cè)混凝土面的污染物、碳化層和薄弱層進(jìn)行清理，清理寬度不小于裂縫每側(cè)2.5cm，作為注膠施工的密封區(qū)。
(2)注入座粘接：將固態(tài)密封材料注入裂縫的中心，注入座的設(shè)置間隔不大于0.5m。
(3)密封裂縫：把密封材料注入座的周圍及已處理完畢的裂縫密封區(qū)。
(4)安裝注入器：在密封材料固化后在注入座上安裝注入器，固化時(shí)間不少于12小時(shí)。該注入器的兩端設(shè)有注入頭，中部是特制塑料膠管，前端注入頭與卡口式注入座連接，后端注入頭用以將灌注膠體注入注入器。
(5)注膠：采用高分子樹脂作為裂縫灌注粘合劑，將該樹脂的主劑和固化劑充分混合后，由低壓泵將混合物壓入注入器中，注入器的橡膠管膨脹，當(dāng)材料充滿注入器(外徑達(dá)到注入器的限制套)即停止注入，注入器將靠自身橡膠管的內(nèi)部持續(xù)壓力，將膠體注入裂縫中。如注入器橡膠管回復(fù)原有直徑則應(yīng)再次重復(fù)上述過程，直至裂縫內(nèi)膠體飽滿，橡膠管直徑略大于原有直徑且不再縮小。
4.1.2混凝土蜂窩修補(bǔ)
由于本工程中小橋板底的混凝土蜂窩面積和深度均不大，因此在鑿除蜂窩處混凝土后，施工人員采用了普通環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。
4.2鋼板粘貼
本工程中鋼板粘貼施工采用的鋼板粘合劑為日本某公司生產(chǎn)的高分子樹脂，其它密封材料及螺栓粘結(jié)材料均采用同一公司配套材料，根據(jù)這些材料的特點(diǎn)，提出和實(shí)施了更為簡化的施工工藝。
4.2.1表面處理
由于小橋?yàn)榭绾佑繕颍瑯虻谆炷撩娲嬖谳p微的碳化現(xiàn)象，因此用鋼絲刷、砂輪機(jī)對粘貼鋼板位置的板底混凝土面進(jìn)行清理和打磨。輕微鑿掉混凝土松散層，使混凝土表面大致平整，然后用角向磨光機(jī)將與鋼板粘結(jié)面相連的混凝土打磨平整， 并用鋼絲刷將表面浮渣刷去，粘貼鋼板前用空壓機(jī)將粘結(jié)面吹干凈。對于混凝土表面凹陷過大的部位，應(yīng)用修補(bǔ)材料將表面處理平整。確保粘貼的鋼板盡量與混凝土面貼合，防止鋼板安裝后與混凝土面的間隙過大，影響加固效果、浪費(fèi)粘結(jié)材料。
4.2.2鋼板剪裁和錨固螺栓種植
根據(jù)加固方案要求進(jìn)行鋼板剪裁，根據(jù)錨貼鋼板要求的規(guī)格和尺寸將鋼板制作成鋼板條。鋼板條的制作要求基本平整， 如果制成鋼箍時(shí)要求成型后的鋼板箍比構(gòu)件外包尺寸大1-1.5mm。在待加固混凝土板底彈線確定錨固螺栓位置，并按鉚釘鉚接位置在鋼板上用沖擊鉆鉆孔。鉆孔直徑為φ14，比錨固螺栓的直徑φl2稍大，鉆孔深度不小于12cm。鉆孔完成后用壓縮空氣吹孔，清除孔內(nèi)灰塵。
采用高分子樹脂作為螺栓種植的接合劑，將該樹脂的主劑和固化劑充分混合后，將接合劑均勻抹于螺栓植入混凝土板的一端。種植前先向鉆孔內(nèi)填入部分接合劑，然后將螺栓涂抹了混合物的一端插入孔內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)和上下拉動(dòng)螺栓，使孔內(nèi)接合劑飽滿。螺栓種植完成后24小時(shí)，樹脂固化，即可進(jìn)入鋼板安裝工序。
4.2.3鋼板安裝
用砂輪機(jī)打磨鋼板與膠體的接觸面，直至露出金屬光澤，打磨方向需保證鋼板粘貼后垂直行車方向，然后用膠水粘貼直徑4mm的短鋼絲。將預(yù)制好的鋼板對孔穿入錨固好的錨固螺栓，上螺帽初步固定鋼板。調(diào)整鋼板與混凝土板面間隙的距離，使其間距基本保持3-5mm。鋼板安裝完成后，用壓縮空氣吹除鋼板與混凝土面問的灰塵。
4.2.4注入座安裝及鋼板霧封
在鋼板上為注入座預(yù)留空洞位置，并將密封材料注入座的周邊。用密封材料密封鋼板及錨固螺栓的周邊，同時(shí)按加固方案要求安置排氣管。
4.2.5注膠
采用高分子樹脂作為鋼板粘貼的粘結(jié)劑，該樹脂在混合固化前呈液態(tài)，采用壓注法灌入鋼板與混凝土板之間的空隙中，固化后將鋼板和混凝土板粘合成整體。
壓注粘結(jié)劑前首先將主劑和固化劑充分混合，然后倒入壓力罐內(nèi)，壓力罐出膠口 和設(shè)置在鋼板上的注入口用透明塑料軟管聯(lián)接，接口處綁扎密實(shí)，通過給壓力罐施加低壓，將罐內(nèi)粘結(jié)劑壓入鋼板與混凝土板之間的空隙中。待注膠的注入座四角透氣管均開始流膠時(shí)，封閉這些透氣管，并取下透明膠管，用封堵管封堵注入座，開始下一注入座位置的灌膠。
在注膠過程中及完成后，及時(shí)用小錘敲打鋼板，檢查粘結(jié)劑的飽滿程度，如發(fā)現(xiàn)不飽滿，則應(yīng)重新灌膠。粘結(jié)劑的飽滿度不小于整個(gè)灌膠面積的90%。灌膠完成24小時(shí)后，粘結(jié)劑即可基本固化。
4.2.6鋼板表面油漆
鏟除所有透氣管和注入座，并將有關(guān)表面打磨平順，同時(shí)清除鋼板裸露表面的污物和銹斑，涂紅丹底漆兩度、環(huán)氧富鋅面漆一度。
5.技術(shù)小結(jié)
本次加固工程采用了在裂縫修補(bǔ)和鋼板粘貼加固領(lǐng)域的進(jìn)口系列產(chǎn)品，使鋼板粘貼加固的施工工藝得到進(jìn)一步優(yōu)化，加固后整個(gè)體系受力更為合理，效果顯著，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：
(1)采用氣球注漿法修補(bǔ)裂縫，不需要把裂縫擴(kuò)大為v型和預(yù)埋管，施工工藝簡單，同時(shí)依靠注入器橡膠管的壓力注膠，壓力均勻可靠，注膠可持續(xù)時(shí)間長，注膠是否飽滿容易確認(rèn)，因此注膠飽滿度較一般注膠施工方法更易保證。
(2)在粘合鋼板時(shí)采用錨固螺栓固定鋼板，較一般粘貼方法減少了鋼板支頂這道工序，施工難度大為減少，待灌入的鋼板粘結(jié)劑固化后，螺栓和粘結(jié)層共同傳遞混凝土與鋼板之問的剪應(yīng)力及其它內(nèi)力，充分考慮整體受力問題，可有效防止粘結(jié)層和混凝土板之間的界面出現(xiàn)撕裂破壞、鋼板剝離現(xiàn)象，從而使整個(gè)受力體系更為合理、可靠。
(3)粘結(jié)劑采用灌注法注入鋼板和混凝土板之間的空隙，較傳統(tǒng)施工中將粘結(jié)劑涂抹在混凝土表面和鋼板面上再進(jìn)行粘貼的施工工藝，能更好地適應(yīng)混凝土構(gòu)件
表底平整度差、高差大的情況。在灌注過程中，用橡膠小錘在鋼板面上不斷敲擊，排出氣泡，并使膠液充分流動(dòng)，完全充滿鋼板與混凝土的問隙。同時(shí)如發(fā)現(xiàn)粘結(jié)劑飽和度不夠，不需剝下鋼板重新粘貼，只需局部再次灌膠，因此這種工藝更為方便、有效，能更好地控制粘結(jié)劑的飽和度及節(jié)約用膠量。
參考文獻(xiàn)：
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