正交异性板结合箱内钢桁架技术在桥梁加固中的应用
2016-03-18张志明陈兆龙
张志明，陈兆龙
（安徽省芜宣高速公路管理有限责任公司，安徽 芜湖 241000）
正交异性板结合箱内钢桁架技术在桥梁加固中的应用
张志明，陈兆龙
（安徽省芜宣高速公路管理有限责任公司，安徽 芜湖 241000）
结合桥梁底板加固工程实际，介绍正交异性板结合箱内钢桁架加固技术主要特点以及该技术在加固后效果。
正交异性板；钢桁架；加固
1 桥梁概况
桥梁主桥上部结构采用变截面预应力混凝土连续箱梁，跨径组合为（30+9×52+30）m，箱梁横截面为单箱单室，主桥箱梁采用C50混凝土，采用三向预应力体系。主桥下部结构采用轻型钢筋混凝土独柱式桥墩，柱经为2.2m。实体承台，钻孔灌注桩基础，桩径为1.5m。
2 病害情况
定期检查中发现右幅主桥的第5、第6跨箱梁底板合拢段出现混凝土层状剥离且有纵向和横向的裂缝，其中第6跨箱梁底板合拢段病害较为严重，有一道横向裂缝贯通底板且混凝土分层剥离较为严重。经特殊检查，检查结果表明：控制截面处于较好的单行工作状态，承载能力满足要求，主桥竖向刚度满足设计要求，但是底板空鼓和裂缝对结构刚度存在一定的影响，测试数据无规律性，与设计值存在较大差异，需对底板进行加固处理。2013年委托设计单位对该桥主桥右幅第5、6跨病害进行加固设计并组织了加固维修。
3 加固方案
针对病害最初拟采用腹板加厚配合底板混凝土置换加固方案，方案首先植筋绑扎钢筋网，浇筑跨中腹板加厚区混凝土，然后分段置换底板混凝土。
通过论证审查此方案有以下缺点：中腹板处理区域较小，且与原桥腹板加固区域分离，在全桥容易形成薄弱断面；在增加桥梁自重增加较多；加固区域较小，材料用量少，不易采购；新增混凝土的收缩开裂较难控制。经综合考虑，取消底板混凝土置换，在合拢段底板范围安装2块2.3m×5m钢板，在合龙段底板中心留了80cm的观测区域，同时在箱内增加钢桁架与底板正交异性板连接的加固方案。
4 主要施工工艺
4.1松散混凝土凿除及缺陷维修
现场确定混凝土松散和空鼓区域，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，对缺陷采用环氧砂浆进行修补、抹平。
4.2桥面预压
粘贴钢板前，在桥面进行预压，预压使用沙袋加载，预压重量为30t。施工右幅第6跨前，在右幅第5及7跨跨中合拢段中心线位置对称同步预压。施工右幅第5跨前，在右幅第4及6跨跨中进行预压。
4.3正交异性板制作与安装
①梁底找平及清理
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。由于梁底部有一定弧度，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。清除表面浮浆，剔除表层疏松物，并用丙酮清理表面。
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，种植螺栓。
③钢板加工、安装
依据现场混凝土上的实际放样进行粘贴钢板下料，先对待粘贴的钢板进行配套打孔，然后对钢板的粘贴面进行除锈和打磨，打磨纹路与钢板受力方向垂直。加工完成后吊运至施工平台，通过化学螺栓将钢板固定在加固区域，螺栓暂不拧紧，保证钢板与梁底之间有一定的间隙。
⑤ 焊接纵横肋
根据设计图纸，在钢板表面焊接横向和纵向加劲肋，如加劲肋位置与钢板表面实际打孔位置有冲突，可对加劲肋位置进行适当调整。焊接从焊件中部开始，向两端进行。
⑥紧固螺栓
在加劲肋焊接完成后，拧紧钢板上的螺栓，使钢板与梁底尽量贴合，其间隙留2mm。
⑦封边
将注入嘴粘结在钢板的注入孔上，注入嘴布置间距为50～60cm。再在钢板角点处及钢板边缘插入排气管，排气孔间距30～40cm，在螺杆上罩上盖碗，然后用钢板封边胶封闭钢板边缘，完成封边。
⑧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0.1MPa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10min以上。
⑨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。
4.4箱内钢桁架制作、安装
①钢材制作
钢桁架使用材料主要有Q345D槽钢、Q345D12mm厚钢板和高强螺栓。
②箱内混凝土基面处理
对于箱内混凝土凹凸不平影响钢结构安装的，人工打磨平整，凹陷处，使用环氧砂浆进行修补。
③上下弦杆安装
通过M20对拉螺杆使钢桁架下弦杆与梁底钢板连接。如果钻到波纹管和主要钢筋时，应在旁边重新钻孔，并使用环氧砂浆修补旧空洞。
安装固定上下弦杆完成后，对不平整区域进行灌胶，灌胶方法同正交异性板灌胶方法。
④安装横撑和腹杆
在2片钢桁架之间，通过焊接和高强螺栓连接横撑。横撑采用背靠背的形式连接在上下弦杆上，腹杆采用背靠背的形式焊接在节点板上，腹杆角度可根据箱梁内的实际情况进行微调。
⑤防腐涂装
与底板钢板工艺相同。
5 加固后观测与效果评价
5.1后期观测
施工时在大桥右幅主桥箱梁底板钢筋上共布设9个传感器，同时在对应位置的钢板上也布设了9个传感器。
分析采集的数据，钢板上的传感器在解除桥面预压后，应变均有不同程度的增大，说明钢板已与箱梁协同受力。在通车后，钢板上有7个传感器的数据不同程度减小，说明钢板对箱梁底板的协同受力是有效的。
5.2效果评价
加固后组织对该桥右幅主桥5#、6#跨进行了一次静载试验，通过与加固前荷载试验数据对比，进一步证实了加固效果。
5、6两跨共布置4个测试断面，分别为：5#跨跨中断面；6#跨墩顶附近断面、6#跨L/4断面、6#跨跨中断面。在上述4个测试断面中，各跨中断面分别测试了应变和挠度，墩顶附近断面及L/4断面只测试了应变。
静力试验荷载加载方式是采用单辆重约300kN的三轴载重汽车作为等效荷载，在试验过程中模拟设计活载所产生的内力值。
荷载试验工况：
工况1和工况2：检测右幅桥A-A截面在最不利汽车荷载中载和偏载作用下的最大正弯矩和挠度效应；
工况3和工况4：检测右幅桥B-B截面在最不利汽车荷载中载和偏载作用下的最大正弯矩和挠度效应；
工况5和工况6：检测右幅桥D-D截面在最不利汽车荷载中载和偏载作用下最大正弯矩作用效应；
工况7：检测右幅桥E-E截面在最不利汽车荷载（中载）作用下最大负弯矩作用效应；
①挠度测试结果
在工况1～4满载作用下，右幅桥主梁A-A、B-B截面实测挠度均小于计算值，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6.3%，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。
②应变测试结果
在各工况满载作用下，实测值小于或接近于计算值，说明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18.75%，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。
6 结论
此次加固之后，根据特殊检查结果以及后期运营观察，正交异性板结合钢桁架加固技术效果显著，为同类变截面连续箱梁底板加固提供了一项新的加固思路。
[1]韩涛，徐鑫.大跨径连续箱梁桥合龙段底板病害修复技术[J].交通科技，2015（3）.
[2] 魏乐永，沈旭东，肖汝诚，谭红梅.预应力混凝土连续箱梁底板崩裂破坏的机理及其对策[J].结构工程师，2007（23）.
U445.7+2
B
1007-7359(2016)03-0191-03
10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.070
