加固技术在农村公路危桥改造中的应用策略

2023-03-22王晓熙

建材与装饰 2023年6期

王晓熙

（开远市地方公路管理段，云南开远 661699）

1 工程概况

以危桥改造工程项目开远市农村公路玉带桥为例，该桥位于开远市大庄—马鞍底公路K15+123 处，为实腹式圬工拱桥，实测跨径2×7m，桥梁总长20m。根据《公路桥梁技术状况评定标准》，检测评定为4 类桥梁。为跨大庄河而设，是大庄—马鞍底线上的重要桥梁，该桥是大庄乡与羊街乡连接的重要通道，对当地交通运输、农村经济发展起到重要作用。随着地方经济发展，该桥的全年交通量大幅增长，超重、超限车辆日益增多，桥梁运营负荷日益加重，其拱圈、拱上侧墙、桥面铺装、桥台等构件均出现了不同程度的病害。为了确保该桥的质量和安全性，对桥梁实施危桥改造加固，为促进地方经济发展，推动乡村振兴提供交通基础保障。

2 该桥病害情况和产生原因

（1）拱顶病害情况：拱顶整体结构完好，仅存在部分灰缝脱落。原因分析：由于常年累月河水冲刷的原因，导致拱圈砌缝砂浆受水侵蚀，加上汽车荷载反复作用扰动影响，导致拱圈表层灰缝逐渐松动脱落。长期如此反复作用，便可能会引起砌缝内砂浆逐渐松动脱落。

（2）拱脚病害情况：拱脚存在混凝土剥落、灰缝脱落现象。原因分析：拱脚灰缝在历经多年的风吹、河水冲涮之后，出现不同程度的灰缝脱落现象。

（3）桥台病害情况：桥台基础杂草兹生、存在冲刷、并有掏空现象。原因分析：桥梁自建成后未进行过维修；砖石砌体桥台除长年受干燥、潮湿、寒暑等气候条件的影响外，还受河水冲刷，且桥台基础处杂草兹生，漂浮物等河道垃圾长期堆积，河水浸蚀的酸、碱作用[1]。

（4）桥面病害情况：桥面铺装存在磨光、脱皮、露骨及纵横裂缝现象，纵横裂缝宽度为0.5～1.5cm 宽。原因分析：①磨光。铺装层被行驶的车轮所磨耗，形成平滑的状态，铺装层骨料抗磨性能差或交通量过大。②脱皮、露骨。由于施工时没有一次成型，或者由于产生裂缝后在车辆冲击的作用下，表层产生脱皮或局部破损露骨。③裂缝。桥梁开裂是由于施工期间温度变化大、车辆行驶频率高和混凝土配制不科学所产生的，温度变化以及桥面或重载交通量大所致。

3 该桥加固的技术方案

（1）拱顶。在原有桥涵内放置一道或几道钢波纹管涵，原涵与波纹管顶部用高压泵送膨胀混凝土。采用压浆对桥梁结构裂缝进行修补，增强桥台及拱圈的整体性。采用钢波钢板拱加固，型号 YTHG-（650×270）-9，壁厚9mm，波纹钢管材质为Q345，加工成型后表面热浸镀锌，单面镀锌量不小于600g/m2。波纹钢板拱形桥涵采用4～5 块波纹板搭接而成，波纹板用高强螺栓紧固，板缝及螺栓采用密封垫密封。波纹管圆周向连接螺栓均采用10.9 级φ24 高强度螺栓，要求螺杆帽带肋（爪），以防松脱。施工前，应先对原主拱圈拱腹松散、剥落的表层砂浆进行清理，并对其表面采用高压水泵水冲洗干净，空洞位置进行压浆抹面。产品执行交通行业标准《冷弯波纹钢管》（GB/T 34567—2017）。

（2）拱脚。拱脚加固先清除基础砌缝中植物，对表面的风化、松动的及灰尘先清除后用高压水冲洗干净后，浇筑100cm×40cm 的钢筋混凝土桥台前墙，使钢波纹板基础落于新建的钢筋混凝土顶面，钢波纹板施工完成后再浇筑40cm×20cm 的混凝土包裹其基础，基底采用40cm 片石+10cm 碎石+20cm 钢筋混凝土铺砌。

（3）桥面灌缝。桥面铺装存在纵横裂缝现象，纵横裂缝宽度为0.5～1.5cm 宽，对纵横裂缝进行灌缝处理。

（4）桥梁裂缝、灰缝脱落。加固对拱上结构裂缝及砌体灰缝脱落严重部位，用改性环氧树脂进行修补。对有病害部位，凿除松动砌缝，清除浮尘，喷涂界面剂，涂抹聚合物水泥基材料（采用改性环氧树脂）进行修补[2]。

4 农村公路危桥主要病害处治方法

4.1 常见品质问题解决方法

4.1.1 裂缝处置

农村公路桥梁裂缝治理，通常采用桥面喷涂法。首先进行清缝处理，除去多余的杂质和污垢，确保漆面清洁光滑。其次在裂缝部位喷涂高密度、高黏度的水泥砂浆，从而形成严密完整的防护层，最终达到危桥裂缝修复需求。

4.1.2 表面处置

通过对农村公路危桥现场调查，发现很多细微的小裂缝，一般采用简易表面处理方法，即选用具有良好防水和弹性的材料，对其表面进行处理，从而使农村公路危桥得到彻底修复。

4.1.3 注浆处置

在农村公路桥墩开裂时，灌浆法是比较有效的填充方式，通常采用水泥、树脂等材料作为填料，这种材料可以提高桥梁的稳定性，从而延长桥梁使用寿命，防止裂缝问题进一步恶化。对于乡村道路上的较深、较宽的裂缝，一般采用树脂、沥青、水泥砂浆等作为填充原料，从而提高公路危桥的修复效果[3]。

4.2 铺装处置

由于农村公路桥梁年代较久，建筑工艺粗糙，很多工程资料不够完备，因此在拆除桥墩时，必须先了解桥墩的组成和结构，以免造成桥身损坏，对桥墩护栏进行修补，从而确保桥面的铺设效果。正式铺装之前，由施工人员对铺装层的黏结性进行测试，从而保证良好的铺装效果。

4.3 截面处置

农村公路危桥改造工程，横断面施工工艺相对简单，即在原有公路桥梁基础上，采用不同厚度的混凝土浇筑策略，提高桥墩结构的刚度、承载力和抗压能力，确保工程竣工后能快速投入使用。

4.4 加固处置

在危桥原有构件中，钢筋质量性能比较完备，采取桥面加固处理的方法和手段，对原有的桥梁结构造成一定损伤，通常在桥梁受到严重破坏时，加固处理可以增强桥梁质量性能。

5 加固技术在农村公路危桥改造中的实际应用

5.1 增大截面加固法

采用扩大断面加固方法，可以有效提升桥梁承载能力，提高构件刚度或者强度。在整体加固时，应综合考虑桥梁的刚度、强度、抗裂性，确保其在交通运输中的正常使用。在进行加固之前，必须对钢筋的配筋率进行检测，并对钢筋的配筋数目进行合理评价。在实际施工中，随着钢筋强度的改变，弯曲构件的正截面所受承载力也相应增大[4]。

5.2 加固施工

通过对危桥改造项目进行实地检查，数据结果显示，在车流量持续增长的条件下，拱肋、横梁均有混凝土剥落现象，因此需要对该部位的公路桥梁进行加固处理。为此，按照公路桥梁有关规范标准，编制加固设计方案，结合实际，制订出一套科学合理的施工方案和建设计划，对桥梁拱肋、横梁植筋进行加固操作，确保桥梁横断面加固效果达到预期目标，增强桥墩横向连接强度和承载能力。

5.2.1 拱肋加固

以西湖坝桥调查结果为例，原来的拱肋断面尺寸为20cm×25cm，外部扩大断面尺寸为52cm×45cm，主钢筋为160cm；在实际加固过程中，两边各有6 根，下端8根，每组间隔25cm；在拱肋的两边均埋置钢筋，埋设深度8cm；在拱脚位置，插补的钢筋直径为406mm，钢筋长度90cm，在灌注完毕后，把新旧钢筋焊接在一起，以确保钢筋实际埋设效果。

5.2.2 横梁加固

以梁桥调查结果为例，目前的横梁尺寸是10cm×10cm，外部增加的断面尺寸是40cm×25cm；在工程建设中，在危桥的两边各设置了4 个单层钢筋，在桥下设置6 个钢筋，每个钢筋之间的间隔为20cm，同时在梁的两边分别植入了一个L 形钢筋。

5.3 加固方案的选取

以农村公路危桥锅铲坡桥改造工程为例，桥梁状况比较严峻，设计人员充分考虑桥面行驶条件、加固措施等，以保证危桥加固方案的科学性和合理性，并根据公路桥梁规范标准，对危桥等级进行评定，参考实际情况，采用扩大断面法进行加固。由于公路大桥自身有许多缺陷，受交通流量、泄洪、公路桥体结构等因素的影响，在一定程度上会造成施工质量下降，因此，在具体施工中，应根据具体情况，进行最优比较，并在实施方案时，对施工方案进行优化，加深设计流程，进行多种方案的可行性比较，从而有效地解决施工中的难点，确保工程方案的进一步优化，增强加固效果。在制订危桥加固方案的过程中，施工企业要及时发现并改正设计中的缺陷，以免影响工程整体建设质量。

在制订补强设计方案时，有关设计人员需要考虑多种因素，对危桥本身的影响进行评价，防止因主观因素造成设计偏差。该工程采用C25 级混凝土、300MPa钢筋，缓解加固技术存在的不足和缺陷，同时根据周围实际情况，设计出完整的危桥加固方案，从而确保危桥加固效果不受影响[5]。

5.4 加固施工要点

（1）在施工之前，应清理道路桥面上的杂乱物体，将接触面清理干净，以促进新、老拱圈的连接，若原有的拱圈有裂纹，则用细石粉混凝土填补，以确保补强。

（2）在钻孔植筋之前，应先确定植筋孔的位置，避免裂缝，以保证拱圈的安全。

（3）选择专用工具，对钻孔进行加工。

（4）将钻孔孔径控制在5mm 以上，对于孔径较小的情况，可采用环氧树脂作为填料，保证钢筋强度不受影响。

（5）在植筋之前，先将井眼清洁，防止杂物堵塞钻孔，保持孔口湿润性和周围环境健康性。

（6）植箭环氧树脂的灌入量通常为孔深2/3，并根据规范要求进行处理，以确保注浆的质量。

（7）确保在错位置入之前钢筋的成形制造。为了确保植筋的质量，必须对植筋材料进行严格的检查，从源头上对植筋质量进行控制，以确保施工质量。

5.5 裂缝修复

5.5.1 封堵

对缝宽度小于0.1mm 的裂缝，可以采用基于聚合物水泥的修补材料进行密封，其密封方法如下。

（1）采用钢丝刷对裂纹方向进行表面清扫，清扫宽度应大于5cm，清除所有的杂物，包括灰尘、青苔等。如果表面质量不好则需适当扩大清理范围。

（2）用钢钎和铁锤将裂缝两边的砂砾和混凝土碎片清除干净，直至露出坚固的内部。

（3）清除粘在混凝土上的污渍和尘埃。

（4）根据所设计的配比进行黏合剂的配制。

（5）用丙酮溶液擦拭裂缝表面的混凝土，待达到干燥状态后，再涂上泥浆，中间隔3～5min。

5.5.2 裂缝灌注

当缝宽度大于0.10mm 时，应使用压力灌浆修补剂进行修复。

（1）在进行灌缝之前，用角磨机和钢丝刷清除裂纹表面的松散、灰尘、浮渣，并测量裂缝的宽度。然后用空压机清除缝隙中的灰尘和碎片，再用丙酮擦拭缝隙周边，从而达到清洁目的。

（2）确定注浆口的确切位置，如果缝隙宽度为0.1～1.0mm，按15～35cm 间距排列注浆喷嘴，缝隙宽度较小时，喷头间距要缩小，再对一个喷头进行注浆操作时，其他喷头可以适当放空。在安装好注浆口后，应采用5mm 厚的结构胶水对其内外表面进行密封和粘接。

（3）制备特殊的封缝黏合剂，在成型后均匀地涂于裂缝的表面，使裂缝提前闭合。当裂纹贯通后，两边要同时进行密封。根据裂缝的尺寸和灌注需要，进行缝合处理。对于较小的裂纹，可以采用环氧胶泥进行密封。如果出现漏水现象，可以采用水泥和水玻璃两种液体进行密封。封口质量的好坏直接关系到灌浆质量，因此有关部门要加强重视。

（4）为了确保密封后所形成的孔洞的压力和密封性能不受影响，必须仔细检查实际密封效果。在水泥砂浆和封口胶泥凝固后，把肥皂水涂抹在裂口上，然后再把一股压缩气体注入缝隙中，如果没有气泡，那就说明密封效果很好，可以进行后续操作，否则就需要进行修复处理。

（5）在灌浆之前，应按设计的配比进行浆料调配，注意配制数量的把控从而减少浪费现象。

（6）在灌浆开始之前，先开启灌浆口的灌浆阀，再用压缩气体吹扫管道和缝隙，仔细检查灌浆过程中所需的机械设备，确认无误后才能进行正式灌浆操作。根据不同的裂缝规格，采取不同灌浆方式。在灌浆过程中要保持一定的顺序性。注浆时要时刻关注压强变化是否合理。在注浆过程中，要持续观察邻近的注浆口，若有浆液溢出，表明已充分注浆。注浆完毕后，应立即拆除灌浆管道，同时进行有效清洗，防止残余泥浆凝固造成管道堵塞。

（7）注浆完毕后，需要根据浆液凝结情况，对灌浆材料和喷嘴进行有效清除，保持裂缝表面光滑效果。

（8）注浆后需要进行质量检验，根据实际情况不同所采取的方法手段也不尽相同，一旦发现问题需要立即更正。