装配式预应力混凝土T型梁横隔板加固技术

文

装配式预应力混凝土T型梁因其受力合理，施工简便、快速，节省投资等，在我国桥梁建设中得到了广泛的应用，例如郑州黄河公路大桥、刘江黄河公路大桥、焦作黄河公路大桥、苏通长江大桥及上海卢浦大桥等。在经过长时间的运营后，部分桥梁出现病害，其病害呈现集中性和共同性，即T型梁病害以横隔板病害最为典型。作为横向连接的重要构件，横隔板出现损坏后，梁体之间横向连接减弱，单梁受力加大，长时间荷载运营使桥梁处于危险状态。所以，对T梁横隔板加固技术的研究是十分必要的。

装配式预应力T型梁横隔板病害

根据焦作黄河公路大桥及郑州黄河公路大桥桥梁定期检测可知，预应力混凝土T型梁横隔板病害主要有以下几种。

裂缝

横隔板裂缝主要出现在横隔板中部。对于挖孔横隔板，裂缝主要出现在T梁腹板部位两侧并且形成竖向及斜向裂缝，宽度通常在0.15mm～0.25mm之间。对于实心横隔板，产生的裂缝主要对称分布在T梁梁肋横向至梁连接部位，竖向及斜向裂缝宽度均在0.10mm～0.25mm之间，少量横隔板裂缝斜向向下延伸至横隔板底部。如图1所示。

混凝土剥落、钢板外露

横隔板混凝土剥落多出现在连接处。主要表现为钢板表面及内部混凝土与钢板剥离，且产生较多较大裂缝，导致混凝土松动甚至掉落，最终露出钢板。如图2所示。

图1 横隔板裂缝

图2 横隔板混凝土剥落、钢板外露

图3 横隔板钢板开焊、混凝土碎落

钢板开焊，混凝土碎落

横隔板钢板开焊、钢筋剪断，主要表现在横隔板下部。实心横隔板无开焊表现，空心横隔板则以下部斜向钢筋与钢板开焊起始，直至钢筋与钢板连接完全被破坏结束，最终横隔板失效。在此过程中，部分横隔板钢筋被剪断导致横隔板完全脱落，T型梁横向连接为零。如图3所示。

病害产生原因

设计方面

T型梁横隔板是保证主梁共同受力的重要构件，因此要求横隔板本身或装配式接头应具有足够的强度。由于跨中横隔板的自重会增加主梁荷载，所以在设计横隔板时容易造成横隔板设计尺寸偏小，在原设计中横隔板中部厚度仅为16cm，横向联接刚度不足，极易造成横隔板破损、开裂；T型梁横隔板理论计算按照偏心原理计算结构内力，但在动载作用下，T型梁会发生扭转，但扭转力在设计中未考虑；装配式T型梁横隔板连接采用焊接钢板进行连接，在长期动荷载作用下，钢板焊缝易产生疲劳破坏。

施工方面

T型梁横隔板因为纵断面尺寸较小钢筋布置较密，浇筑混凝土时振捣不便，横隔板混凝土密实度则会受到影响；由于预制及吊装过程中的施工误差，在横隔板连接轴处产生位置偏差，导致横隔板连接不共面；预埋三角钢板焊接于钢筋之上，现浇段连接钢板焊接于预埋钢板之上，两处焊接接触面积较小，焊接质量不易达标，则会严重影响该横隔板结构受力。

车辆超载

超限或者超载车辆经过一次对桥面的损害相当于普通车辆的7倍到20倍，如果超载车辆增多，对T梁横隔板的损坏将会加剧，形成横隔板开裂、混凝土脱落等病害。

养护管理欠缺

管理制度不完善；养护管理工作受到环境、资金影响，浮于表面，流于形式；养护管理人员水平欠缺，经验处理较为普遍，科学合理性难以保证；定期与经常检查不及时，发现问题任其发展，导致病害升级。

桥面铺装过薄

桥面铺装厚度偏薄，钢筋布置间距偏大，长期荷载运营，桥面铺装易发生破坏；铺装破坏后使桥面整体性减弱，分布于T梁的荷载局部增大，导致横隔板受力增大。

由于以上原因，横隔板成为薄弱部位，极易产生病害，导致上部结构整体受力减弱，影响结构安全。

横隔板加固方案

预应力T型梁横隔板加固方法目前主要有：

（1）粘贴钢板；

（2）将横隔板连接变为湿接缝连接；

（3）将原T型梁变为箱型梁。

图4 实心横隔板钢板加固图

图5 空心横隔板钢板加固图

上述（2）、（3）两种加固方法均需要中断交通，并且施工难度较大、造价较高，综合比较分析，采用在横隔板两侧及底部粘贴钢板的加固方案，下面介绍T型梁横隔板粘贴钢板的加固方案。

根据对装配式预应力混凝土T型梁横隔板受力分析与结构计算，结合实际情况对中间挖孔的横隔板在底部粘贴厚度为6mm的Q345-B钢板，在横隔板上部与下部两侧粘贴8mm厚钢板，钢板的高度和长度按照力学计算确定。对于不挖孔的横隔板在底部粘贴6mm厚钢板，对于横隔板上部、下部两侧采用8mm厚钢板，同时在实心横隔板两侧粘贴斜向8mm厚钢板，以加强横隔板抗拉性能以及结构整体性，如图4、图5所示。粘贴钢板的具体尺寸，按照结构现状分析确定。为了钢板与横隔板粘贴密实，能够形成共同受力，按设计要求采用高强度锚栓进行锚固。锚固完成后在钢板表面涂刷防锈漆保护，保护年限应在15年至20年以上。对于钢板表面及两侧钢板间隙之间的混凝土破损情况，将破损混凝土清理后，用环氧砂浆和环氧混凝土填充修复。

对于横隔板侧面出现裂缝的情况，采用改性环氧溶液进行修补。对与横隔板部分混凝土破损、剥离等情况采用环氧砂浆修复，对原预埋连接钢板开焊部位，清除焊渣，进行内焊。

横隔板加固施工技术及案例

图6 焦作黄河大桥

横隔板加固施工是T型梁横隔板加固的关键环节，横隔板加固技术严格按照《公路桥梁加固施工规范》《公路桥梁养护规范》要求进行，对于横隔板加固中所用材料（钢板、粘结胶、高强度螺栓、环氧砂浆及防腐涂料）均严格按照设计文件和《公路桥梁加固设计规范》《公路桥梁加固施工规范》的要求进行制作和采购，横隔板加固施工工序，按照下列步骤进行。基本步骤为：横隔板表面处理—划线钻孔、植埋螺栓—配胶—粘贴钢板—防腐—检验。具体施工工序如下。

表面处理

对需要粘贴钢板的位置进行表面找平处理，如出现混凝土的破损现象，应先将破损混凝土清除，破损部分可用环氧砂浆找平；对出现孔洞、麻面等问题的混凝土，使用环氧砂浆进行修补找平；对钢板连接轴出现偏差情况，在混凝土表面使用环氧混凝土进行找平，然后再粘贴钢板；对钢板开焊情况，凿除钢板表面及两钢板之间混凝土，对钢板表面用喷砂、砂布或者平砂轮打磨，直至出现金属光泽，务必清除钢板油渍及铁锈，对开焊钢板进行补焊，后使用环氧混凝土进行修补找平。找平完成后，应打磨掉2mm～3mm厚表层，露出粗集料富集的新面，后使用压缩空气除去表面粉尘，这样可保证粘钢胶与混凝土黏结效果。

钻孔预埋螺栓

根据横隔板加固施工图纸对需要粘贴钢板的位置划线布局，严格按照图纸要求，垂直打孔，打孔前应根据原始设计图纸明确钢筋布置位置，钻孔时避免碰及钢筋。横隔板钻孔完成后根据空洞位置对钢板标记，后对钢板单独打孔。打孔完成后清理横隔板螺栓孔，将螺栓穿过孔洞，两边注入密实锚固胶，在固化过程中避免扰动。

配胶

横隔板粘贴钢板使用A级胶，使用时按照产品说明书中要求比例配置粘钢胶，配置完成后须搅拌均匀，且超过使用说明规定时间后，该结构胶不得再使用，需进行重新配胶。在使用之前对该批粘结胶抽样检验，必须满足规范要求抗拉强度大于30MPa,抗拉弹性模量大于3500MPa的要求。

粘贴钢板

根据图纸要求，将胶粘剂涂抹至钢板黏合面及处理好的混凝土黏合面，为使胶能充分浸润、扩散、粘附于黏合面，宜先用少量胶于黏合面来回涂抹，少量多次涂抹至1mm～3mm厚，涂至中间厚，边缘薄，然后将钢板贴至预定位置。随后尽快检查钢板与混凝土表面是否粘贴密实，若出现空洞则应剥下钢板、补胶重新粘贴。检查无误后立即旋紧螺帽进行加压，使胶粘剂从钢板边缘挤出为准。完成后在常温常压下完成固化，固化过程避免扰动。

防腐

钢板防腐处理，首先人工打磨钢板对钢板除锈，至露出金属光泽。完成后涂刷两层环氧富锌底漆，将钢板粘贴完成后对底漆掉落部分补漆，最后涂刷两层灰云铁氯化橡胶面漆，总厚度不得少于240µm。防锈漆应将钢板外露表面全部涂刷，不得出现空缺。

检验

敲击粘贴完成的钢板，检验钢板有效黏结面积，大于90%即为合格。检查涂刷防腐漆，如出现空缺则应补漆。

结语

本加固技术在郑州黄河公路大桥及焦作黄河大桥横隔板加固中得以应用，其中郑州黄河公路大桥全长5549.86m，自横隔板加固完成现已运营6年；焦作黄河大桥全长3010.13m，横隔板加固完成至今运营已2年，桥梁运营状态良好。使用该方法加固完成的横隔板均满足其梁体共同受力、加强结构整体性的要求，充分体现该加固方案施工便捷、快速，造价节省且无需中断交通的优点。黄河大桥横隔板加固成功也为加固T型梁横隔板提供了一定的参考价值。