老橋箱梁加固施工工法

1、老橋箱梁加固施工工法老橋箱梁加固施工工法湯年生 邊飛龍 葉鳴 （浙江華新交通工程有限公司）1 前言 橋梁維修與加固是橋梁養(yǎng)護管理的一項重要內(nèi)容，是保證橋梁正常工作的有力手段。由于歷史和資金方面的原因，我國大部分二十世紀六七十年代甚或五十年代修建的橋梁仍在運營使用，因設計荷載標準偏低和橋梁寬度偏小等因素，這些橋梁已成為交通運輸中的潛在隱患。此外由于設計、施工質(zhì)量及養(yǎng)護等方面的原因，使得橋梁的維修和加固顯得日益重要。這些都使得橋梁的維修和加固成為亟待解決的一個課題。橋梁不能正常使用的狀況和加固的方法有多種，通常以某種加固方法為主，其他方法為輔。下面結合富春江第一大橋加固維修實例闡述老橋箱梁加固施工

2、工法。富春江第一大橋自建成以來，隨著汽車保有量增加，車流量與日俱增，超載車輛頻頻。2002年經(jīng)檢測主橋箱梁存在較多的結構性和非結構性裂縫，最大裂縫寬度大于設計要求的容許值，發(fā)現(xiàn)裂縫達625條，且裂縫一直處于活動狀態(tài)。箱梁腹板及頂?shù)装寰辛芽p，腹板裂縫居多且以跨中兩側各30米相對集中，以斜裂縫為主，頂板以縱向裂縫為主，底板局部出現(xiàn)橫向裂縫。裂縫寬度以腹板的斜裂縫為最大0.50.8mm。豎向預應力孔道空腔滲水、漏水50多處。嚴重危及大橋的安全度和耐久性，2005年6月對大橋進行修補和加固。2 工法特點 2.1 加固目的2.2.1 對腹板和底板進行補強，改善其受力狀態(tài)，限制裂縫進一步發(fā)展；2.2.2

3、 對裂縫封閉和對缺陷修補，提高橋梁的耐久性；2.2.3 增強箱梁的整體受力性能；2.2.4 更換橋面鋪裝、伸縮縫及欄桿，改善橋梁的使用性能。 2.2 箱梁裂縫處理箱梁裂縫將使結構剛度降低，加速鋼筋和預應力鋼束的銹蝕，減弱結構的耐久性。同時使截面應力發(fā)生重分布，導致箱梁較為薄弱的部位產(chǎn)生新的裂縫，并使原有裂縫的長度和寬度繼續(xù)發(fā)展。因此，盡快修復混凝土缺陷，鑿除疏松混凝土，封閉箱梁腹板、頂板、底板裂縫，提高結構剛度和整體性。縫寬小于0.10mm的裂縫用環(huán)氧樹脂表面涂抹封閉，大于0.1mm裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。 2.3 碳纖維片補強 箱梁腹板開裂嚴重，表明開裂區(qū)混凝土應力已大大超過混凝土抗裂強度。僅對

4、現(xiàn)有裂縫進行封閉不能提高該區(qū)段混凝土的抗拉能力，也不能阻止該區(qū)段出現(xiàn)新的裂縫，必須對開裂區(qū)進行補強。在邊跨近岸支點至3L/4及中跨L/8至7L/8范圍內(nèi)腹板內(nèi)外表面粘貼豎向碳纖維片，碳纖維片貼過頂?shù)坠Ｒ浮?2.4 箱內(nèi)加勁鋼架安裝 為了改善腹板和底板的受力狀態(tài)，增加封閉式加勁鋼架，然后在鋼架的豎向張拉豎向拉桿，減少底板因自重產(chǎn)生的撓曲，以及改善成橋狀態(tài)下腹板內(nèi)側的豎橋向拉應力。 2.5 豎向預應力檢查及補漿 豎向預應力筋施工質(zhì)量較難保證，張拉不足或孔道灌漿不充分都會影響豎向預應力的實際作用效果。施工時檢查豎向預應力筋的壓漿情況，必要時重新壓漿，以提高主橋的抗剪性能。3 適用范圍3.1 本工法適

5、用于公路、鐵路、市政等橋梁維修和加固工程。4 工藝原理 水玻璃類材料、甲基丙烯酸酯類材料(甲凝)、聚氨酯類材料、丙烯酰胺類材料(丙凝)、鉻木素和環(huán)氧樹脂類材料等，作為裂縫化學灌漿修補材料具有流動性好、強度高,抗震性抗沖擊性好等優(yōu)點。碳纖維布具有極高的抗拉強度和彈性模量，由它和樹脂結合的復合材料重量輕、施工便捷、強度高、施工效率高、不需要大型施工機具等特點。在加固維修中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構的承載能力和延性，改善其受力性能，達到高效加固補強的目的，特別是在要求提高承載能力而不允許增加過多橋梁恒載的工程中特別適用。加固的梁式橋大多是由于主梁截面承載能力不足(截面尺寸

6、偏小或配筋偏少)，不能適應交通運輸發(fā)展的要求。因此，最直接的加固方法就是通過增大主梁截面的慣性矩來提高截面的承載能力。若這種加固方法在技術或經(jīng)濟上不夠合理，則可增強主梁間的橫向聯(lián)系，結構的受拉區(qū)增設鋼結構支撐，以減小主梁中的內(nèi)力，提高其剛度，改善鋼筋及混凝土的應力狀態(tài)，提高梁的承載能力，以達到補強效果。公路舊混凝土橋梁的加固方法，在工程上應用效果較好的是綜合法，即以某種加固方法為主，輔以其它方法。依照橋梁現(xiàn)場的外觀檢查、技術狀況評定和加固設計要求而定。 5 施工工藝流程及操作要點 5.1 加固施工順序施工順序依次為：5.1.1 橋面卸載及豎向預應力管道壓漿；5.1.2 裂縫封閉及箱梁腹板粘貼碳

7、纖維片；5.1.3 錨固拼接加勁鋼架；5.1.4 橋面防水處理，橋梁附屬設施更換。 5.2 裂縫封閉對不同裂縫寬度加固時不同對待。寬度小于0.1 mm裂縫表面開V性槽，采用環(huán)氧水泥表面封閉，大于0.1mm裂縫進行壓漿，表面不開V型槽。23 圖1 寬度小于0.01mm裂縫開V型槽封閉裂縫封閉采用“壁可”法施工，該方法是利用注入器橡膠管的壓力，保持低壓持續(xù)灌注，從而改變了以往人工的方式。其最突出的優(yōu)點就是能將灌注材料可靠地注入到裂縫最小的末端中，以實現(xiàn)結構完美的恢復。 圖2 安裝壓漿孔、出氣孔 施工工藝如下：5.2.1裂紋表面處理 用砂輪機、鋼絲刷沿裂紋走向寬約35cm范圍打磨混凝土表面，清除水泥

8、浮塵、砂粒及疏松的混凝土塊，如有油污要用丙酮擦凈，如果潮濕要用噴燈吹干。5.2.2 粘膠注入裂縫 將環(huán)氧樹脂水少許在注入座底面四周，將注入孔正對裂紋中心施壓，使其從相鄰出氣孔中擠出，注意防止堵塞注入孔。根椐裂紋和深度，沿裂紋走向按3040cm間距布置注入座，裂縫分岔處布置注漿孔。5.2.3 裂紋封閉 采用環(huán)氧樹脂沿裂紋走向密封35cm，要求涂抹層厚度1.5mm應盡量一次完成，避免反復涂抹。5.2.4 封閉材料環(huán)氧樹脂的固化 經(jīng)1024h其自行硬化。5.2.5 注入BLGROUT混合粘接劑 將注入器安裝在注入座上，用黃油槍或小型類工具注入BLGROUT(環(huán)氧樹脂注入滲透型粘接劑)混合劑。當橡膠管

9、膨脹充滿限制套時停止注入；如注入器膨脹后很快收縮，說明縫內(nèi)空間大，需灌補。5.2.6 注入材料BLGROUT的固化一般經(jīng)1024h自行硬化。硬化后敲掉注入器和注入座。工序流程：裂縫檢查及標注鉆灌漿導向孔清孔及裂縫表面處理粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉壓氣試驗灌注環(huán)氧漿灌漿嘴拆除粘貼灌漿嘴處用環(huán)氧膠泥抹平 5.3 粘貼碳纖維片5.3.1 基層處理在采用“壁可”法對裂縫進行壓注充填封閉處理后，對油污出一律用丙酮清洗，再去除損傷的劣化混凝土，表面打磨平整。 圖3 表面打磨整平5.3.2 涂平基底樹脂，膩子整平結構表面 圖4 粘貼碳纖維條涂抹底層膠5.3.3 涂刮找平膠，表面做砂光處理。5.3.4 滾刷浸漬

10、膠，粘貼碳纖維。當鋪設多層時，滾刷第一層浸漬膠，粘貼第一層碳纖維片，在滾刷第二層浸漬膠，粘貼第二層碳纖維片，直致粘貼完設計要求的層數(shù)，要求粘貼的碳纖維片內(nèi)無氣泡、空隙，一旦發(fā)現(xiàn)則壓注灌注膠乃至鑿除重做。碳纖維布的分割長度最長為3m要求的搭接長度為10cm。 圖5 箱梁外側已完成的碳纖維5.3.5 表面滲浸漬膠，再拋洗沙作壓面處理。5.3.6 整飾工作，如涂裝、抹砂漿等。 5.4 錨固拼接鋼結構 將H型鋼錨固在頂、底、腹板上。先采用環(huán)氧砂漿將H型鋼粘貼，然后植錨固螺栓固定。將錨固后H 型鋼用高強鏍桿和焊接連成整體，形成整體加勁鋼圈。 圖6 加勁鋼架 圖7 碳纖維與鋼結構 5.5 豎向預應力檢查及

11、補漿 逐一檢查豎向預應力筋的壓漿情況，對滲漏水嚴重或孔道空腔的全部進行應力補強和重新壓漿，以提高主橋的抗剪性能。 圖8 箱梁內(nèi)豎向預應力筋壓漿孔滲水現(xiàn)象 圖9 豎向預應力筋補漿新開出氣孔6 材料與設備 6.1 本工程選用日本東麗牌30型碳纖維布（厚度0.167mm），粘結劑選用臺灣巨翰粘貼樹脂。粘結劑有3種，包括：1. CFP（主要作用為增強混凝土粘結面強度的同時提高碳纖維片與混凝土之間的可粘結性）；2. CFE（作用是找平并修補混凝土表面缺陷）；3. CFR（作用是粘結碳纖維片）。碳纖維布和粘結劑的性能指標見表1、表2。碳纖維布的性能指標 表1碳纖維布纖維方向單位面積重量（g/m2）比重（g

12、/m2）設計厚度（mm）抗拉強度（Mpa）彈性模量（Mpa）30型單方向3001.80.16730002.1×105粘結劑CFR的性能指標 表2抗拉強度（Mpa）抗剪強度（Mpa）粘結強度（Mpa）適用溫度（）可使用時間（min）20103.553520120 6.2 環(huán)氧砂漿、環(huán)氧樹脂、丙酮、H型鋼、高強螺栓。 6.3 龍門架懸吊工作平臺、空氣壓縮泵、張拉設備、千斤頂。7 質(zhì)量控制 7.1 箱梁裂縫灌漿和封閉質(zhì)量控制要點7.1.1 對裂縫數(shù)量、寬度調(diào)查清楚無遺漏；7.1.2 表面處理要清除水泥浮塵、砂粒及疏松的混凝土塊，如有油污要用丙酮擦凈，如果潮濕要用噴燈吹干；7.1.3 根據(jù)裂

13、縫的寬度和深度，沿裂縫走向按 3040cm間距，裂縫分叉處布置注入座；7.1.4 沿裂縫走向封閉35cm 寬度范圍，要求涂抹層厚度大于1.5mm , 應盡量一次完成，避免反復涂抹；7.1.5 壓注材料或配比的力學性質(zhì)必須符合設計要求，灌注要飽滿，必要時需補灌；7.1.6 壓注環(huán)氧漿在固化前梁體不得激烈振動和行車擾動 7.2 粘貼碳纖維片質(zhì)量控制要點7.2.1 粘貼位置要準確，每段長度不大于6m ,順長方向搭接長度10cm 以上，各層之間的搭接部位不得位于同一條線上，必須錯開至少50cm；7.2.2 處理好砼基底，清除被加固范圍內(nèi)表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣質(zhì)砼，表面必須打磨平整，且干凈干燥，

14、表面整平要求做到混凝土表面無棱角、凸凹、受力方向平順過渡，轉角處為光滑圓弧，半徑不小于20 mm；7.2.3 樹脂的主劑和固化劑比例稱量準確，攪拌均勻，一次性使用。底層涂料固化后，用砂紙打磨掉凸起部分；7.2.4 氣溫5以下，相對濕度85%以上，砼表面含水率8%以上沒有有效措施不得施工。7.2.5 粘貼碳纖維片1. 在儲運、保存、粘貼過程中嚴禁彎折，防止碳纖維布受損。貼片在現(xiàn)場用剛直尺或壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維片，超長片材時要精心防止彎折，滲浸過程中必須加倍謹慎操作，片材裁切數(shù)量以當日用完為宜。2. 粘片前用滾筒均勻涂抹環(huán)氧樹脂，下涂量標準為：規(guī)格為300 g/m1的纖維片采用500-600

15、g/m1 。3. 纖維片施工30分鐘后方可上涂，上涂標準為：規(guī)格為300 g/m1的纖維片采用100-300g/m1 。4. 要求粘貼的碳纖維內(nèi)無氣泡、空隙，一旦發(fā)現(xiàn)則壓注膠乃至鑿除重做。5. 粘貼后需自然養(yǎng)護14小時達到固化，保證固化期間不受干擾。6. 每道工序以后樹脂硬化之前，易用塑料薄膜遮擋以防止風沙或雨水侵襲。7. 粘貼后達到設計強度需12周，在此期間應防止貼片部分受到硬性沖擊。8. 粘貼后在外表面進行噴砂裝飾，使表面顏色與周圍混凝土協(xié)調(diào)。 圖8 碳纖維拉拔試驗 7.3 鋼結構施工質(zhì)量控制要點7.3.1 按設計給定位置、數(shù)量架設鋼架，注意植錨固螺栓時，嚴禁打傷預應力鋼筋，可順梁縱向移動

16、孔位，但不得大于10cm。 圖9 底板M24化學錨栓拉拔試驗7.3.2 結構膠基本要求：凝固時間短，流動性?。敯邋^孔注入后不倒流）。粘度高，在拉拔試驗中，鋼架體與環(huán)氧砂漿間粘結面和環(huán)氧砂漿與混凝土粘結面不先于混凝土產(chǎn)生破壞。植入100mm的錨桿單根抗拔力不得小于5 噸，200 mm錨桿不小于10 噸?？篃嵝阅芎茫觿配摷芎附訒r膠不被燒壞。耐久性滿足橋梁使用要求，一般建議采用喜力得結構膠結構膠。7.3.3 焊接質(zhì)量和高強鏍桿質(zhì)量滿足施工規(guī)范要求。7.3.4 箱梁內(nèi)鋼結構進行防腐處理應滿足橋梁的使用要求。7.3.5 施加豎向拉力時，采用扭矩扳手，應二次補強，補強間隔不少于3天，如二次補強后損失不

17、大可進行固定，如損失較大，應重復補拉，直至滿足要求后用螺母固定。 8 安全措施8.1 施工現(xiàn)場宜采用封閉施工，禁止非施工人員進入施工現(xiàn)場，并在顯著位置設置安全、文明施工標牌、條幅。8.2 機械操作人員必須身體健康，施工場地必須戴好安全帽，嚴禁酒后操作和施工。正確使用個人防護用品，水上高空作業(yè)必須戴好安全帶穿上救生服，非專業(yè)人員禁止操作機械。8.3 施工中每道工序按各項安全操作規(guī)程進行作業(yè)，非工作人員禁止進入工作半徑范圍之內(nèi)，建立機械定期檢查、保養(yǎng)制度。9 環(huán)保措施9.1 施工中所發(fā)生的生活、生產(chǎn)垃圾，幾種收集及時集中清運，不得任意裸露處置污染環(huán)境。9.2 洗刷施工機械、設備及工具的廢水、廢油等

18、有害物質(zhì)和生活污水，不得直接排放于河流或其他水域中，也不得傾倒于飲用水源附近的土地上，以防污染水質(zhì)和土壤。9.3 施工中應做好地表的排水工作，通過設置排水溝及積水坑等，防止雨水沖刷施工場地。10 資源節(jié)約 該工法可以延長橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿足交通量的需求，緩和橋梁投資的集中性。綠色環(huán)保經(jīng)濟有效，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。11 效益分析 采用適當?shù)募庸萄a強措施，對恢復和提高舊橋的承載能力和通過能力，延長使用壽命，滿足現(xiàn)代交通運輸?shù)男乱笫强梢赞k到的，還可以節(jié)約大量的建橋資金，社會經(jīng)濟效益可觀。加固橋梁卻可以預防和避免橋梁的坍塌造成物資和人身傷亡，避免政治、經(jīng)濟上的災難。根

19、據(jù)實際情況對橋梁因地制宜地采取加固措施，確保道路的暢通，于國于民都具有積極的意義。12 應用實例12.1 浙江省富陽市富春江第一大橋拓寬工程富春江第一大橋位于富陽市區(qū)東部，是市區(qū)南北兩岸的主要通道。橋梁全長872.2米，主橋為52m3×80m52m預應力砼變截面連續(xù)箱梁，引橋為15×30m簡支T梁，原橋面寬13m。橋梁設計荷載為:汽20,掛100,人群3.5KN/m2。于1992年建成通車。 2004年對大橋進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)裂縫達625條，裂縫開裂嚴重，且一直處于活動狀態(tài)，嚴重危及大橋的安全度和耐久性，2005年對大橋進行加固維修。12.2 浙江省杭州市西興大橋西興大橋（

20、錢江三橋），位于杭州復興大橋、慶春路過江隧道之間，總長5700米，主橋1280米，南北高架引橋4420米，雙向6車道。 主橋橋型為雙獨塔等跨單索面預應力混凝土斜拉橋，其主墩上兩座矩形索塔高百米，平行的15對拉索呈豎琴狀。于1993年12月開工，1997年1月通車。日流量6萬輛 。2005年10月6日，西興大橋開始進行第一次大修，為期9個月。這是自1997年1月建成通車后9年來進行的首次大修。此次三橋維修主要是主橋（不含二側引橋），包括橋面系改造、索力調(diào)整及景觀改造等。2009年5月16日零時起，西興大橋再次進行封閉式施工，著重在橋體加固、景觀照明等方面進行維護和改善。 附件2：公路工程工法申報

21、表 （2011年度）工法編號 GGG(浙)C-2012 工法名稱 老橋箱梁加固施工工法 申報單位 浙江華新交通工程有限公司（公章） 申報時間 2012年10月 中國公路建設行業(yè)協(xié)會制填寫說明1封面“申報單位”欄應填寫工法編寫的主要完成單位。2工法編號由申報單位參照工法編號說明自行編制，該編號不含工法順序代號 。3 “主要完成單位”欄:最多填寫3家，并應當與“主要完成單位意見”欄中的簽章一致。4.“通訊地址”及“聯(lián)系人”：指申報單位的地址和聯(lián)系人。5.“主要完成人”欄：最多填寫5人。6.“工法應用工程名稱及時間”欄：最少填寫2項工程，如工程應用少于2項，應填寫申報表中“工法成熟、可靠性說明”欄。

22、7表中內(nèi)容填寫不下時，可自行加頁。工法名稱老橋箱梁加固施工工法主要完成單位浙江華新交通工程有限公司通訊地址浙江省富陽市朱山路9號郵 編311400聯(lián)系人韓棟華電 要 完 成 人姓 名職 務職 稱工 作 單 位湯年生顧問工程師浙江華新交通工程有限公司邊飛龍總經(jīng)理高級工程師浙江華新交通工程有限公司葉 鳴高級工程師浙江華新交通工程有限公司工法應用的工程名稱及時間浙江省富陽市富春江第一大橋浙江省杭州市西興大橋工法關鍵技術名稱、組織評審的單位和時間老橋箱梁加固施工工法關鍵技術獲科技成果獎的情況無工法內(nèi)容簡述： 1 加固目的對腹板和底板進行補強，改善其受力狀態(tài)，限制裂縫進一步發(fā)

23、展；對裂縫封閉和對缺陷修補，提高橋梁的耐久性； 增強箱梁的整體受力性能；更換橋面鋪裝、伸縮縫及欄桿，改善橋梁的使用性能。 2 箱梁裂縫處理箱梁裂縫將使結構剛度降低，加速鋼筋和預應力鋼束的銹蝕，減弱結構的耐久性。同時使截面應力發(fā)生重分布，導致箱梁較為薄弱的部位產(chǎn)生新的裂縫，并使原有裂縫的長度和寬度繼續(xù)發(fā)展。因此應盡快修復混凝土缺陷，鑿除疏松混凝土，封閉箱梁腹板、頂板、底板裂縫，提高結構剛度和整體性。縫寬小于0.10mm的裂縫用環(huán)氧樹脂表面涂抹封閉，大于0.1mm裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。 3 碳纖維片補強 箱梁腹板開裂嚴重，表明開裂區(qū)混凝土應力已大大超過混凝土抗裂強度。僅對現(xiàn)有裂縫進行封閉不能提高該區(qū)

24、段混凝土的抗拉能力，也不能阻止該區(qū)段出現(xiàn)新的裂縫，必須對開裂區(qū)進行補強。在邊跨近岸支點至3L/4及中跨L/8至7L/8范圍內(nèi)腹板內(nèi)外表面粘貼豎向碳纖維片，碳纖維片貼過頂?shù)坠Ｒ浮?4 箱內(nèi)加勁鋼架安裝 為了改善腹板和底板的受力狀態(tài)，增加封閉式加勁鋼架，然后在鋼架的豎向張拉豎向拉桿，減少底板因自重產(chǎn)生的撓曲，以及改善成橋狀態(tài)下腹板內(nèi)側的豎橋向拉應力。 5 豎向預應力檢查及補漿 豎向預應力筋施工質(zhì)量較難保證，張拉不足或孔道灌漿不充分都會影響豎向預應力的實際作用效果。施工時檢查豎向預應力筋的壓漿情況，必要時重新壓漿，以提高主橋的抗剪性能。關鍵技術及保密點（如有專利權，請注明專利號）： 1. 裂縫處理的

25、壓注材料或配比的力學性質(zhì)必須符合設計要求，灌注要飽滿，必要時需補灌，壓注環(huán)氧漿在固化前梁體不得激烈振動和行車擾動。2. 粘貼碳纖維片處理好砼基底，清除被加固范圍內(nèi)表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣質(zhì)砼，表面必須打磨平整，且干凈干燥，表面整平要求做到混凝土表面無棱角、凸凹、受力方向平順過渡，轉角處為光滑圓弧，半徑不小于20 mm。3. 樹脂的主劑和固化劑比例稱量準確，攪拌均勻，一次性使用。底層涂料固化后，用砂紙打磨掉凸起部分。4. 粘貼碳纖維片時氣溫5以下，相對濕度85%以上，砼表面含水率8%以上沒有有效措施不得施工。5. 結構膠應凝固時間短，流動性小，粘度高，在拉拔試驗中，鋼架體與環(huán)氧砂漿間粘結面和環(huán)氧砂漿與混凝土粘結面不先于混凝土產(chǎn)生破壞。植入100mm的錨桿單根抗拔力不得小于5 噸，200 mm錨桿不小于10 噸。要求抗熱性能好，加勁鋼