□文/趙建新 王振峰

天津永和大橋是津漢公路跨永定新河的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，1987年12月建成通車。全橋長512.4 m，寬14.5 m，結(jié)構(gòu)為雙塔雙索面、主梁連續(xù)的斜拉橋，塔高55.5 m。主梁架設(shè)采用長線臺(tái)座匹配澆注塊件施工方法，兩岸端跨為現(xiàn)澆段，中間主梁由74個(gè)預(yù)制節(jié)段及跨中合龍段組成。多年來由于運(yùn)行車輛嚴(yán)重超載，使得橋體受到極大損傷，拉索、橋塔、拉力支座、跨中合龍段及主梁均受到不同程度損壞。交通部公路工程檢測(cè)中心對(duì)該橋進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)與鑒定，主梁部位的問題主要是預(yù)制節(jié)段接縫工作狀況不良，全橋施工節(jié)段之間接縫共78條，檢查發(fā)現(xiàn)其中43條節(jié)段接縫的混凝土剝落，環(huán)氧樹脂膠體老化，接縫縫寬0.2～2mm；主梁梁體斜腹板、直腹板、頂板出現(xiàn)裂縫，寬0.2～0.4mm的裂縫共計(jì)228條，嚴(yán)重地消弱了主梁承載能力。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，需要對(duì)全橋出現(xiàn)裂縫較多的中長索區(qū)及長索區(qū)的主梁預(yù)制節(jié)段接縫及主梁受損部位進(jìn)行粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)；索塔塔根裂縫等需要大面積粘貼鋼板處理。

裂縫粘貼鋼板法加固設(shè)計(jì)

粘貼鋼板法加固舊橋是使用拉、壓受力性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)膠將抗拉強(qiáng)度高的鋼板粘貼在混凝土構(gòu)件的表面，使之與結(jié)構(gòu)形成整體共同受力。

外貼鋼板相當(dāng)于提高了混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量，起到減少裂縫擴(kuò)展，改善原結(jié)構(gòu)受力，提高結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪、抗偏心受拉、抗偏心受壓能力的作用。根據(jù)TJ 22-2008《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》、TG/TJ 23-2008《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》和CECS 25-1990《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合永和大橋破損情況做出維修加固的設(shè)計(jì)。

全橋長、中索區(qū)預(yù)制節(jié)段裂縫均在主梁斷面的斜腹板、底板、直腹板上?？v向帶形粘貼鋼板，用厚度為6mm、寬60mm、長2 700mm的鋼板帶補(bǔ)強(qiáng)加固。邊跨現(xiàn)澆段底板混凝土開裂部分在底板縱向粘貼帶形鋼板，用厚度為10mm、寬300mm、長4 800mm的鋼板帶補(bǔ)強(qiáng)加固。主梁寬度＞0.4mm的裂縫縱向粘貼帶形鋼板，用厚度為6mm、寬60mm、長8 500mm的鋼板帶補(bǔ)強(qiáng)加固。

維修加固設(shè)計(jì)時(shí)，鋼板作為鋼筋斷面進(jìn)行考慮，將鋼板折算為鋼筋，按不同受力階段，計(jì)算主梁和加貼鋼板所承擔(dān)的荷載。鋼板設(shè)計(jì)長度應(yīng)將兩端延伸到低應(yīng)力區(qū)一定長度，以避免鋼板錨固端的粘結(jié)應(yīng)力集中，防止粘結(jié)部位混凝土再次出現(xiàn)裂縫或粘貼鋼板被拉脫現(xiàn)象發(fā)生。

除考慮鋼板具有足夠的粘結(jié)錨固長度外，粘結(jié)劑是否具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性更是重要環(huán)節(jié)。為避免鋼板在自由端脫膠拉開，端部必須進(jìn)行增強(qiáng)的固定設(shè)計(jì)。粘貼鋼板端部根據(jù)不同受力情況，在鋼板上按50～100mm間距（無鋼筋區(qū)，300～400mm間距離）進(jìn)行錨固螺栓固定并加灌環(huán)氧膠，錨固鉆孔直徑要大于錨栓直徑1～2mm，螺栓錨固孔深160mm，以保證鋼板與混凝土之間的粘結(jié)力，滿足抗拉或抗剪強(qiáng)度的需要。

原材料質(zhì)量控制

熱壓扁鋼性能指標(biāo)

熱壓扁鋼材料性能指標(biāo)要求見表1。

表1 熱壓扁鋼材料性能指標(biāo)

環(huán)氧膠性能指標(biāo)

選取結(jié)構(gòu)膠是粘貼鋼板法加固橋梁極為重要的一環(huán)。除高強(qiáng)度混凝土外，結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)強(qiáng)度總是大于混凝土的強(qiáng)度，然而膠的彈性模量僅為混凝土的幾分之一到幾十分之一，膠的線膨脹系數(shù)卻為混凝土的6～7倍，因此結(jié)構(gòu)加固用膠應(yīng)選用彈性模量高，溫度變形較小的剛性膠品種。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠中含有羥基醚鍵、環(huán)氧基等極性基團(tuán)，對(duì)金屬、混凝土的表面有很好的粘結(jié)性。本工程所用環(huán)氧膠性能指標(biāo)見表2

表2 環(huán)氧膠主要技術(shù)指標(biāo)性能 MPa

施工質(zhì)量控制

鋼板制作及表面處理

按現(xiàn)場(chǎng)需粘貼鋼板部分的混凝土表面實(shí)際放樣進(jìn)行鋼板下料，鋼板帶盡量采用通長布置，若下料板材長度小于粘貼鋼板帶長度，可采用對(duì)接焊將其焊接成整體。粘貼面用磨光砂輪機(jī)或鋼絲刷磨光機(jī)進(jìn)行除銹和糙化處理，以增加粘貼性能。除銹后的鋼板表面應(yīng)顯露出金屬光澤，糙化的紋路越大越好，紋路方向應(yīng)該與構(gòu)件受力方向垂直，之后用脫脂棉沾取甲苯將鋼板表面擦拭干凈。

粘鋼區(qū)域混凝土表面處理

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)定位情況，在粘鋼加固補(bǔ)強(qiáng)區(qū)表面放出扁鋼帶位置定位線。為方便施工管理，順橋方向分3個(gè)階段進(jìn)行施工，見圖1。

圖1 粘貼鋼板步序示意

先鑿除粘鋼區(qū)域表面6～8mm厚的表層砂漿，使堅(jiān)實(shí)的混凝土石外露并形成平整的粗糙面，表面不平處應(yīng)輕鑿整齊；再清除表面浮掛物，剔除表層疏松物；最后用壓縮空氣吹凈表面粉塵并用苯或工業(yè)丙酮擦拭表面。

粘鋼區(qū)域混凝土現(xiàn)場(chǎng)打孔并埋植螺栓

根據(jù)設(shè)計(jì)位置在混凝土表面進(jìn)行鉆孔。植埋螺桿鉆孔打盲孔前，用鋼筋混凝土保護(hù)層測(cè)試儀查明梁腹鋼筋布置，避免鉆孔打盲孔時(shí)碰及鋼筋，盲孔孔徑和孔深嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。鉆孔時(shí)采用沖擊鉆一次成孔，成孔后用空壓機(jī)或高壓水槍清洗孔內(nèi)。干燥后埋植全螺紋膨脹螺栓，其距鋼板邊緣的距離應(yīng)控制在50～100mm之間。

封邊

用環(huán)氧膠封閉板邊緣，待封邊膠完全固化（約12 h）具有一定的強(qiáng)度后，沿鋼板邊緣涂刷一層肥皂水，從低處的灌膠嘴中通入氣壓為0.2～0.4 MPa的壓縮空氣，以檢驗(yàn)鋼板的封邊是否良好。如果發(fā)現(xiàn)封閉帶上有氣泡出現(xiàn)，說明該部位漏氣，對(duì)漏氣部位應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)封處理。

壓注粘鋼灌注液

用注膠泵以0.2～0.3 MPa的壓力將粘鋼灌注膠灌注到鋼板與混凝土的間隙中，壓力應(yīng)保持穩(wěn)定。灌注工作持續(xù)到同一塊鋼板的所有排氣孔均有膠體溢出后，不能立即，而是將所有排氣孔用封邊膠封閉后，再以較低的壓力維持10～15 min。在灌注過程中，用橡皮錘敲打鋼板表面以確認(rèn)是否灌注密實(shí)。

加固

在混凝土與鋼板之間放置3mm墊片，將鋼板套在螺栓上進(jìn)行調(diào)整水平和固定，固定好后收緊螺栓，使多余的液砂沿板縫擠出，達(dá)到密貼程度，加壓固定的壓力≮0.15 MPa。同時(shí)要不斷輕輕敲打扁鋼帶并及時(shí)檢查扁鋼帶下膠液的飽滿性。

固化養(yǎng)護(hù)

灌注工作結(jié)束后，必須進(jìn)行72 h靜置養(yǎng)護(hù)，等待液體固化。

施工質(zhì)量檢驗(yàn)

在完成粘貼扁鋼帶24 h后，沿粘貼面輕輕敲擊鋼板，從音響判斷粘貼固化效果，如無空洞聲，則表示灌注密實(shí)，否則應(yīng)在鋼板空鼓處重新打孔用針筒灌膠。若發(fā)現(xiàn)鋼帶粘貼固化面積＜90%，則此粘貼扁鋼帶無效，應(yīng)剝下重新粘貼，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)。

經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)鋼板帶粘貼固化效果符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，再對(duì)外露鋼板進(jìn)行防腐處理涂裝。首先對(duì)粘貼鋼板帶進(jìn)行手工除銹，按設(shè)計(jì)要求和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行手工涂刷無機(jī)富新底漆1道，涂刷環(huán)氧封閉漆1道，厚度為75 μm；再涂刷環(huán)氧云鐵中間漆2道，聚氨酯面漆2道，厚度為2 μm×50 μm。涂刷面積應(yīng)大于鋼板面積。

結(jié)語

本次維修加固施工粘貼鋼板帶的面積之大在國內(nèi)尚屬首次。通過對(duì)主梁混凝土裂縫粘貼鋼板法維修補(bǔ)強(qiáng)加固，提高了主梁預(yù)制節(jié)段之間和主梁出現(xiàn)裂縫部位的結(jié)合力，恢復(fù)了預(yù)制節(jié)段主梁和整個(gè)主梁的整體剛度及整體力學(xué)性能。但是，維修后的永和大橋最為重要的是對(duì)超載超限車輛的限制，杜絕超載后惡劣情況的發(fā)生。