既有跨海桥梁上部结构全断面综合加固施工技术探究

朱 楠，赵艺涛

（中交一公局集团有限公司，北京 100024）

在车流纵横的今天，日益严峻的交通压力导致修建已久的桥梁早已不堪重负，一般的桥梁养护修补方式难以为老旧桥梁焕发新的生机，为了提升桥梁整体的承载能力，衍生出了各式各样的既有桥梁改造加固方法。

在众多桥梁加固方式中，以桥梁裂缝修补、粘贴碳纤维布、梁体粘贴钢板这三种加固修补方法最为直接，裂缝修补可以显著恢复并提高梁体结构的防水性和耐久性，以及起到修饰美观的作用；碳纤维布重量轻，以其优越的材质性能可以适应箱室内各种复杂工况，并对修补过的进行有效封闭；梁底粘贴钢板经多年来的建筑加固工程实践证明，粘钢加固工程合格率为100%，能保证加固工程的质量，加固结构的强度及刚度都能满足设计的要求。

国内将这三种加固方式放到一座桥梁加以实施的项目实属罕见，兼并这以上三种加固方式的特点，由中交一公局厦门工程有限公司承建的厦门大桥改造加固项目结合现场实际，制定了属于厦门大桥改造特有的一套加固方案，并由此总结为既有跨海桥梁上部结构全断面综合加固施工技术。

1 技术原理

本技术采用压力灌注法将裂缝补用胶注射进入桥梁原有裂缝内部，避免外部空气与桥梁内部结构接触，据此对结构进行加固，对宽度小于0.15 mm的裂缝采用自动低压渗注修复，对宽度大于等于0.15 mm的裂缝采用压力灌注结构胶进行处理；采用高性能的胶粘剂作为底层基础分层粉刷到结构面，碳纤维布作为结合材料，使两者充分结合，利用碳纤维布的优秀力学性能，从而增强结构刚度及承载能力；采用适合开裂混凝土的特殊倒锥型化学锚栓植入需加固的结构面，注入锚固胶，待胶体达到施工强度时，将钢板与锚栓相固定，拧紧螺母，后利用压力灌注法将环氧结构胶注入钢板与结构面的缝隙中，使得整体结构补强，从而提升桥梁的整体耐久性。本技术适用于结构类型的梁桥加固，可有效提高桥梁承载能力，延长桥梁的营运时间，提高桥梁整体的安全性、耐久性，具有一定的推广价值。

2 裂缝修补法施工工艺流程

三种加固方式有各自的优点与适用范围，施工流程也大有不同。其中，桥梁裂缝修补法可有效改善桥梁的结构承载能力，被广泛应用于桥梁加固中。根据裂缝宽度的不同分为裂缝封闭法和压力灌注法。

2.1 裂纹闭合

对于厚度在0.15 mm以下的裂纹，可使用环氧树脂修补，使其修复，增强其耐久性能及抗渗透性能。

（1）检验和标记裂纹。根据检验报告上所标明的要修复的地方，对裂缝的数量、长度和宽度进行现场验证，并将那些要修复的裂缝标示出来。在0.15 mm以下的裂纹被标记为蓝色。超过0.15 mm的裂纹被标记为红色。为防止工程中出现的遗漏和数据错误，对裂纹进行明显的标记。

（2）地面清扫。用蓝线标记裂纹首先用铁锹，凿去裂纹周围的杂物、灰尘。用钢丝擦去缝边的尘土，并用0.2 MPa或更高压力的压缩空气吹去。

（3）V形切割和清除。利用角度研磨工具，在裂纹上切割出一个宽10～20 mm，深5 mm的V形沟槽。首先，采用高压喷嘴将V形沟槽和周围的灰尘全部吹净，然后，使用工业丙酮或工业乙醇对沟槽内部进行认真清洁，并将沿着缝隙方向5 cm左右的水泥地面上的杂质全部清扫干净，使用0.2 MPa的压力（或使用稍微湿润的毛巾）将缝隙中的灰尘全部清扫干净，并沿着缝隙长度，使用工业丙酮或工业乙醇擦拭，并将其擦拭干净。清洁时要小心别把缝隙堵死，并且要在缝隙两侧20～30 mm以内清洁干净。若有水迹，应待其完全干燥后再使用电吹风进行干燥。在干透后，再涂上一层密封底漆。

（4）涂刷封闭液。封闭底胶固化后，在裂缝V型槽上用刮刀沿划线（宽度30～50 mm）均匀涂抹一层封闭胶，并使其平面与混凝土面齐平。

2.2 压力灌注法封闭裂缝

压力灌注法常用于处理修补裂缝较深的桥梁上部结构，并可有效确保裂缝的密封性和结构的稳固性。需要注意的是，为保证修补效果，结构的裂缝宽度应大于或等于0.15 mm。

（1）裂缝基面清理。在进行压力灌浆前，应先对裂缝封口表面进行处理，使工作面平顺、干燥、无油污。首先清理混凝土表面，使裂缝走向两侧范围露出坚实平整的混凝土表面，清除表面浮尘，表面清理范围以裂缝位置拓宽30～50 mm为原则，然后使用高压无油空气清除缝内的灰尘等杂物，并用工业酒精试剂擦洗表面。

（2）安装注浆嘴。清理结束后，需使用封口胶等材料对裂缝表面进行封闭，从而防止灌浆无效流失。同时，需在封口处附近的底座面的四边设立注浆嘴或导流管，以便灌浆的填充施工。值得注意的是，在灌注过程中将对底座产生较大作用力，因此需使用封口材料充分固定底座于目标混凝土上。另一方面，为保证灌浆效果，注浆口应沿着裂缝的走向合理布置，并保证每处目标裂缝均设有注浆口。

（3）封口工艺。首先，使用密封胶泥将其涂压平坦，胶泥厚度不少于1 mm，其宽度为20～30 mm，在避免出现气孔漏浆裂缝关闭之后，应该对其展开压气试漏，以检测其密封效果。测试渗漏应在密封胶水达到一定的强度后进行。在试漏前端的缝隙上抹上一层肥皂液，从灌浆口注入0.4 MPa的不含油脂的压缩空气，一旦有泄漏，用补丁将其封闭，直到不泄漏。当封口结束时，要让封口胶体自行凝固，在凝固期间不能沾湿。硫化过程：20 ℃左右（12 ℃），30 ℃左右（6 ℃）。

（4）水压灌浆。在灌浆之前，必须对灌浆设备和管道进行全面的检查，确保运转良好后才能投入工作。裂缝灌注胶的配制要根据每日的温度进行调节，一次用量要根据泥浆的固化时间和入浆速率来决定。

在进行压力注浆的时候，应该从下往上进行，以浆液的流动性为依据来选择注浆压力，通常情况下，注浆压力应该在0.1～0.4 MPa，如果使用了灌浆泵来进行的话，那么通常情况下，在使用了灌浆泵来进行的时候，压力应该是从小到大，逐渐地从低到高，在到达了预定的压力之后，再将其维持在一个稳定的状态。一直到灌浆饱和为止，当最后一个注浆嘴喷出浆的时候，要维持恒压，持续进行灌浆，当进浆速度低于0.1 L/min时，再持续注入5 min后，就会停止灌浆。然后将堵口机上的注浆阀关掉，使得缝隙中的泥浆在压力作用下凝结成胶。灌浆完毕后，要对加固后的加固情况进行检测，对加固后的加固情况进行处理。

（5）缝的闭合。当泥浆聚合物凝固后，取下注浆喷头，用改良的环氧粘结剂进行平整，然后在各裂纹处重新涂上改良的环氧粘结剂；一定要把它围得很紧，并且要尽可能地把它的色彩和水泥构造相协调。

3 用CFRP胶布粘结的施工过程

粘贴CFRP的施工过程是：基础表面处理→打底涂料→粘贴CFRP。

（1）基础表面。使水泥表面剥落，松散，空洞；除去锈蚀和其他退化的部分，并对其进行清洁和打磨，待其表面变得干燥后，再用找平的物质对其进行修补和平整。若发现有毛边，则用砂纸将其磨平。找到平整的地方，用手摸一摸，觉得干透了，就可以进行下一步的工作了。在粘贴的地方，阳角需被打磨出一个圆形的弧形，而在阴角用修复剂填充，形成一个圆形的弧形，这个弧形的半径不能少于25 mm。

（2）基底涂料的喷涂。配制好的粘结剂要立即应用，并且要用一次性柔软的刷子或专用的辊子把粘结剂均匀地涂在水泥地面上，不得漏刷、流淌，或起泡。待底粘合剂凝固后，对粘合剂表面进行检测，若粘合剂表面出现毛刺，则用砂纸将其抛光平整，防止粘合剂表面出现磨损；在进行下一步之前，必须再次进行涂布和硬化处理。当底层粘合剂凝固后，必须立即进行下一步的施工，如果施工周期大于7 d，则必须将原有的底层粘合剂清理干净，并用砂轮机将其打磨掉，然后再进行施工。

（3）胶合CFRP。根据设计图，对被补强的混凝土进行放样，并对补强的部位进行定位。并根据所需的规格对其进行切割，其拼接长度不得少于100 mm，拼接的部位要尽量避免在应力集中的区域。切下的纤维布要按一定的顺序排列，并按一定的顺序进行编号。经切割后的复合纤维应该尽可能早地应用。胶粘剂在胶粘剂上之前，必须先将胶粘剂的胶粘剂再擦拭一遍，以保证胶粘剂的胶粘剂表面没有灰尘。在水泥基体上进行胶水涂布时，要保证胶水不流淌，涂布不偏离控制线，涂布均匀。对纵纹纤维布压条的粘接加强，用手摸一摸横纹纤维布的表面，感觉干燥后，马上使用胶粘剂进行纵纹的粘接。在纤维布粘贴施工完成后，将一层浸渍树脂（面层保护）均匀地涂敷在其表面，使之自然风干。见图1。

图1 粘贴碳布

4 粘贴钢板法施工工艺流程

（1）施工放样及结构面清理。在进行现场梁底粘贴位置放样前，需要对混凝土表面进行彻底清理和处理。首先，使用扫帚、吸尘器或者高压水枪等工具清除混凝土表面杂物，对于油垢等污物，还需要使用清洁剂和刷子进行清洁。待确保表面干净无杂物后，应使用铲子、刮刀及角磨机等工具去除并打磨粉饰层。当结构出现明显凹陷时，还需使用找平胶进行修补，确保表面平整。最后，使用压缩空气清洁表面上的浮尘。等待粘贴面完全干燥后即可进行下一步操作。

（2）钻孔及清孔。钢板粘贴前也需使用铲子、刮刀及角磨机等工具进行打磨处理，以保证钢板与目标混凝土可充分贴合。按照钢板孔位在梁底标记钻孔位置，利用四刃钻头进行钻孔（四刃钻头可钻穿钢筋），孔径及深度满足设计要求。

（3）植入锚栓。钻孔施工结束后，将进行锚栓植入作业，为保证施工作业正常进行，还应使用压缩空气或用酒精清洗清除孔道表面灰尘杂物；待孔内干燥之后，打入锚固胶，植入螺栓，此时需要将其旋转着缓慢插入，使胶和螺栓全面粘贴，并防止孔内胶外溢。按照固化时间规定进行操作，插好固定后的螺栓不可再扰动。

（4）钢板安装、孔隙封闭。一旦螺栓胶固化，即可将钢板悬挂在各螺栓上并拧紧螺母。为了确保注胶层的均匀厚度，可以在每个螺栓周围垫上3 mm厚的垫片。此外，可在粘贴面周边每隔50 cm左右插入内径为7 mm、长约12 cm的软管作为排气管，插入钢板内约8 cm，同时在钢板的四角处也应设排气管。接下来，按比例称取环氧胶泥，使用抹刀将钢板周边的缝隙、螺栓和注胶管周围进行严密封闭。在进行密封时，务必要非常仔细，确保不会出现气泡、沙眼或者密封不严的情况。

（5）注胶。密封24 h后，按照灌注胶比例准确称取A、B两组胶液，采用少量、多次配胶原则，且配好的胶液应立即进行注胶施工；注胶过程中，胶液将由压力灌胶机由管道注入、从注胶嘴中导出，需要注意的是，在灌胶的过程中，需要保持稳定的压力和流量，确保胶水充分填满孔口或管道内部。同时，在灌注过程中应时刻观察各裂缝的注胶嘴情况。若相邻注胶嘴有液体流出，说明所在裂缝已充分填充完成。当目标排气管中出现胶液时，需及时封闭此段排气管，防止胶液回流。施工中，注胶速度不宜过快，注胶顺序合理，以防形成气囊。见图2。

图2 粘贴钢板

5 结论

在厦门大桥上部结构改造加固施工过程中，得益于裂缝修补、粘贴碳纤维布、粘贴钢板三种施工工艺的应用，使得整体项目高效安全完成，并提前一百余天交付，经过实践证明了本技术的可行性，在控制裂缝、梁体加固方面效果显著。对于丰富行业的施工工艺，提高桥梁加固的施工标准化、规范化，提升整个领域的技术水平意义重大，社会效果显著。

本技术推动了综合性加固技术在桥梁加固领域的推广，培养了一批专业的桥梁加固方面的技术人才，为综合性加固技术大面积推广起到了关键性作用。获得了各方的高度赞扬。