危桥混凝土墩柱外包钢板技术分析

刘文远

（上饶市余干公路事业发展中心，江西上饶335100）

0 引言

混凝土桥梁在长时间运营的阶段中，受到自然环境因素以及车辆通行荷载的影响就会出现各种质量问题，严重的还会因为桥墩裂缝、桥台裂缝引发安全事故。因此，在混凝土桥梁养护工程项目开展的阶段，需要积极地选择处理技术提高桥梁结构的安全性以及稳定性。桥梁混凝土墩柱质量的高低直接关系到桥梁结构的稳定性，因此对危桥混凝土墩柱外包钢技术内容进行分析，选择合理的加固方法，提高结构的稳定性是此次的研究方向。

1 技术特点及适用范围

外包钢板加固技术操作比较简单、方便，不会受到施工环境的干扰和影响，同时建设成本较低，且不会明显地增加原结构的截面尺寸与自重，能够有效地提升结构承载性能，符合工程的运行标准。从实际应用效果分析，外包钢板的处理方式使得受压构件的性能得到很大的提升，比如刚度、强度等，并且在湿度大、化学腐蚀的环境中依然可以达到良好的应用效果。

2 项目概况

某个桥梁结构的上部结构应用7～30m 装配式建筑结构形式，先简支后的预应力混凝土箱梁结构，左幅下部则采用钢筋混凝土实心墩形式，右幅下部采用钢筋混凝土双柱实心墩的形式。根据设计方案的要求，通过滑模、翻模施工方式进行。经过现场的考察和分析，滑模施工的矩形实心墩有竖向、横向裂缝存在，还有部分位置出现了露筋、空洞的问题，内部结构损坏比较严重，极大地影响运行性能，危险性比较大[1]。

3 主要病害及原因分析

3.1 主要病害

在施工前，全面检查桥墩的结构，了解存在的病害问题，该项目中以左幅3 号墩作为案例进行分析。经过现场的外观检测，同时进行敲击反应，发现该桥墩的盖梁下部墩柱的损坏比较明显，竖向裂缝比较常见，宽度一般在0.5mm 以上。墩柱自地面开始，出现了较多的裂缝问题，给结构性能造成不利影响。有少数的墩身横桥的方向出现横向裂缝，且为不闭合的形式，宽度在0.1～0.15mm。主筋结构保护层损坏较为严重，有些位置其保护层厚度仅为0.5cm；墩柱竖向裂缝和主筋以对称形式存在，且裂缝的深度较大；墩柱上部主筋保护层的厚度平均在10cm 以上。竖向主筋的定位相对比较差，疏密度相差很大，主筋密集的位置上其间隔距离平均为0.5～2cm 之间，稀疏的位置上距离在30cm 以上，甚至有些已经超过130cm。主筋外露的情况比较明显，结构损坏严重，而现场检查发现并未布置有复合箍筋的结构，所以总体性能比较低。同时在该项目工程检查中，空鼓区域完全凿除以后，并未发现完整性的箍筋，现有的横向钢筋与纵向钢筋均未能形成有效的封闭圈。通过观察发现，下部结构的主要钢筋和周围的混凝土黏结性不强，存在脱落问题；观察凿除空鼓区还发现后部钢筋外凸3cm，初步判断认定该桥墩损伤面积达到了1/4，由于破损面积比较大，给桥梁结构安全性与稳定性造成很大影响[2]。

3.2 原因分析

经过以上的桥梁结构调查分析，研究确定病害出现的原因，了解到滑模作业阶段，模板提升间隔时间比较长，出现了结构变形，导致混凝土结构质量变差。由于桥梁是在冲沟的位置上建设施工，查阅当地的气候条件资料发现，该地区发生过泥石流等严重的地质灾害，所以造成桥墩结构的损坏比较严重。此外，在施工之后，没有根据设计方案要求布置箍筋。由于竖向钢筋的定位与紧箍的效果比较差，所以混凝土浇筑阶段造成比较大的病害问题，结构防护效果不足，极大地影响总体效果，威胁项目的运行质量。按照相关规范标准的要求，该桥墩在设计时应当按照标准设置一定的箍筋量，但是由于当时技术缺陷，设计和施工环节并未从实际情况分析混凝土结构强度性能，浇筑作业施工后，由于约束效果不足，导致混凝土浇筑后出现钢筋变形的情况，久而久之就会出现混凝土空鼓，发生裂缝问题[3]。

3.3 方案比选

3.3.1 外包钢板加固

根据现场的要求，将原墩柱空洞结构进行全面的清理处理，及时通过表面应用环氧树脂砂浆的方法修复，且外侧应该包裹一层钢板结构，保证整体性能符合使用标准。钢板和墩柱中间存在10cm 间距，填充C40 膨胀混凝土达到整体效果要求。承台结构加厚处理，应用法兰盘和桥墩外侧钢板连接形成整体。

3.3.2 增大桥墩截面

将原墩柱结构表面损坏的部分清理干净，然后在原墩柱周边空间内浇筑新的混凝土材料，以实现增加桥墩截面尺寸的效果，从而可以促进结构的承载性能提升。

3.3.3 方案比较

加固施工结束后，进行桥梁墩柱承载性能的计算，采用外包钢板加固和增大桥墩截面法加固施工完全可以达到桥墩承载性能的要求，抗弯强度也符合要求。外包钢板加固的总体施工效果合格，成本较低，外观美观性好。增加桥墩截面加固方式也有明显的优势，但是成本较高，美观性不足。综合分析后，确定使用外包钢板加固[4]。

3.4 外包钢板受力模式及计算

3.4.1 承载力计算

外包钢板实施桥墩加固作业之后，应该结合现场的设计情况计算确定桥墩承载性能，混凝土结构强度合格，作为约束条件存在，同时确保其技术指标参数符合要求，并且在抗压、抗弯的过程中，外包角钢乘以强度降低系数0.85。通过本次桥墩结构的承载力参数计算后发现，外包钢板桥梁加固方式让桥墩结构的性能提升比较明显，承载力性能完全符合标准，可以达到桥梁的运行要求，不会出现事故问题。

3.4.2 抗弯刚度计算

外包钢板加固方式在施工之后，要进行现场的抗弯刚度技术参数确定，一般是代入公式计算，数据精度高，不会受到人为因素影响。本次加固施工，抗弯刚度数据符合要求。

3.5 维修方案

3.5.1 修补原有墩柱

确保墩柱结构的性能有所提升，达到运行的要求。在原墩柱空洞混凝土清理干净之后，需要使用合格的环氧树脂砂浆或者聚合物进行现场的修补处理，及时修复墩柱结构，保证主筋和混凝土结构的黏结效果满足要求。

3.5.2 外包钢板补强

因为原墩柱结构的混凝土空鼓相对严重，进行修复处理后，结构整体性合格，但是还不能达到原设计方案的要求，所以还要进行外包钢板补强处理。

3.5.3 主要板件的焊接

外包钢板是整个结构的传力构建形式，纵、横连接结构焊缝执行工艺技术要求达到全焊透的标准，且焊缝部位不会有任何的缺陷问题，焊接完毕后及时打磨处理，防止发生应力集中而出现结构损坏的问题。钢板焊接严格执行焊接工艺技术标准，做好现场的控制，保证焊接质量合格。钢板是主要的施工结构部件，保证钢板的性能合格，全面分析了解板材压缩弹性变形补偿值参数，拼接作业环节，需要落实焊缝质量控制措施，保证收缩量符合要求，节段之间顶板拼缝宽度满足要求，达到竖曲线变形控制的要求。因为钢板焊接采用的是全焊透的方式，所以焊缝的数量较多，容易形成较多的焊接变形、残余应力，所以在焊接时应该选择变形小、收缩小的焊接工艺技术方案，确定合适的焊接技术参数，保证各个熔透的对接焊缝与连接焊缝的质量合格，达到结构连接性能的要求[5]。

3.6 主要维修措施

空鼓位置加强修复处理；经过外包钢板处理后，其与原桥墩外表面有10cm 的空隙，浇筑混凝土材料形成整体结构；承台的结构厚度增加80cm，同时需要植入钢筋以保证和旧承台的连接性能达标；原桥墩和后加钢板利用植入钢筋的方式形成整体结构，确保钢板和桥墩组合形成整体结构；盖梁横桥向采用钢板粘贴的方法处理，墩身外包钢板焊接组合形成整体结构，满足结构强度、刚性的标准要求。

4 结语

总的来说，桥墩一旦出现裂缝问题就会失去承载能力，若得不到及时的修复处理很容易引发安全事故。因此在混凝土桥墩处理时，需要合理地采取科学技术改善桥墩的现状，提升结构的安全性与稳定性。在本文中，对某混凝土桥梁工程进行了研究，通过对桥墩病害的分析研究后可知：在桥墩滑模工程施工中，提升的时间不能过长，因为时间过长会导致模板变形，最终导致混凝土裂缝问题；外包钢板技术具备施工效率高、技术好、成本低等特点，并且可以在不增加原始结构面积的基础上，提升桥墩结构的承载能力。