老桥箱梁加固施工工法要点

老桥箱梁加固施工工法老桥箱梁加固施工工法汤年生 边飞龙 叶鸣 （浙江华新交通工程有限公司）1 前言 桥梁维修与加固是桥梁养护管理的一项重要内容，是保证桥梁正常工作的有力手段。由于历史和资金方面的原因，我国大部分二十世纪六七十年代甚或五十年代修建的桥梁仍在运营使用，因设计荷载标准偏低和桥梁宽度偏小等因素，这些桥梁已成为交通运输中的潜在隐患。此外由于设计、施工质量及养护等方面的原因，使得桥梁的维修和加固显得日益重要。这些都使得桥梁的维修和加固成为亟待解决的一个课题。桥梁不能正常使用的状况和加固的方法有多种，通常以某种加固方法为主，其他方法为辅。下面结合富春江第一大桥加固维修实例阐述老桥箱梁加固施工工法。富春江第一大桥自建成以来，随着汽车保有量增加，车流量与日俱增，超载车辆频频。2002年经检测主桥箱梁存在较多的结构性和非结构性裂缝，最大裂缝宽度大于设计要求的容许值，发现裂缝达625条，且裂缝一直处于活动状态。箱梁腹板及顶底板均有裂缝，腹板裂缝居多且以跨中两侧各30米相对集中，以斜裂缝为主，顶板以纵向裂缝为主，底板局部出现横向裂缝。裂缝宽度以腹板的斜裂缝为最大0.50.8mm。竖向预应力孔道空腔渗水、漏水50多处。严重危及大桥的安全度和耐久性，2005年6月对大桥进行修补和加固。2 工法特点 2.1 加固目的2.2.1 对腹板和底板进行补强，改善其受力状态，限制裂缝进一步发展；2.2.2 对裂缝封闭和对缺陷修补，提高桥梁的耐久性；2.2.3 增强箱梁的整体受力性能；2.2.4 更换桥面铺装、伸缩缝及栏杆，改善桥梁的使用性能。 2.2 箱梁裂缝处理箱梁裂缝将使结构刚度降低，加速钢筋和预应力钢束的锈蚀，减弱结构的耐久性。同时使截面应力发生重分布，导致箱梁较为薄弱的部位产生新的裂缝，并使原有裂缝的长度和宽度继续发展。因此，尽快修复混凝土缺陷，凿除疏松混凝土，封闭箱梁腹板、顶板、底板裂缝，提高结构刚度和整体性。缝宽小于0.10mm的裂缝用环氧树脂表面涂抹封闭，大于0.1mm裂缝用环氧树脂灌缝。 2.3 碳纤维片补强 箱梁腹板开裂严重，表明开裂区混凝土应力已大大超过混凝土抗裂强度。仅对现有裂缝进行封闭不能提高该区段混凝土的抗拉能力，也不能阻止该区段出现新的裂缝，必须对开裂区进行补强。在边跨近岸支点至3L/4及中跨L/8至7L/8范围内腹板内外表面粘贴竖向碳纤维片，碳纤维片贴过顶底梗腋。 2.4 箱内加劲钢架安装 为了改善腹板和底板的受力状态，增加封闭式加劲钢架，然后在钢架的竖向张拉竖向拉杆，减少底板因自重产生的挠曲，以及改善成桥状态下腹板内侧的竖桥向拉应力。 2.5 竖向预应力检查及补浆 竖向预应力筋施工质量较难保证，张拉不足或孔道灌浆不充分都会影响竖向预应力的实际作用效果。施工时检查竖向预应力筋的压浆情况，必要时重新压浆，以提高主桥的抗剪性能。3 适用范围3.1 本工法适用于公路、铁路、市政等桥梁维修和加固工程。4 工艺原理 水玻璃类材料、甲基丙烯酸酯类材料(甲凝)、聚氨酯类材料、丙烯酰胺类材料(丙凝)、铬木素和环氧树脂类材料等，作为裂缝化学灌浆修补材料具有流动性好、强度高,抗震性抗冲击性好等优点。碳纤维布具有极高的抗拉强度和弹性模量，由它和树脂结合的复合材料重量轻、施工便捷、强度高、施工效率高、不需要大型施工机具等特点。在加固维修中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构的承载能力和延性，改善其受力性能，达到高效加固补强的目的，特别是在要求提高承载能力而不允许增加过多桥梁恒载的工程中特别适用。加固的梁式桥大多是由于主梁截面承载能力不足(截面尺寸偏小或配筋偏少)，不能适应交通运输发展的要求。因此，最直接的加固方法就是通过增大主梁截面的惯性矩来提高截面的承载能力。若这种加固方法在技术或经济上不够合理，则可增强主梁间的横向联系，结构的受拉区增设钢结构支撑，以减小主梁中的内力，提高其刚度，改善钢筋及混凝土的应力状态，提高梁的承载能力，以达到补强效果。公路旧混凝土桥梁的加固方法，在工程上应用效果较好的是综合法，即以某种加固方法为主，辅以其它方法。依照桥梁现场的外观检查、技术状况评定和加固设计要求而定。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 加固施工顺序施工顺序依次为：5.1.1 桥面卸载及竖向预应力管道压浆；5.1.2 裂缝封闭及箱梁腹板粘贴碳纤维片；5.1.3 锚固拼接加劲钢架；5.1.4 桥面防水处理，桥梁附属设施更换。 5.2 裂缝封闭对不同裂缝宽度加固时不同对待。宽度小于0.1 mm裂缝表面开V性槽，采用环氧水泥表面封闭，大于0.1mm裂缝进行压浆，表面不开V型槽。 图1 宽度小于0.01mm裂缝开V型槽封闭裂缝封闭采用“壁可”法施工，该方法是利用注入器橡胶管的压力，保持低压持续灌注，从而改变了以往人工的方式。其最突出的优点就是能将灌注材料可靠地注入到裂缝最小的末端中，以实现结构完美的恢复。 图2 安装压浆孔、出气孔 施工工艺如下：5.2.1裂纹表面处理 用砂轮机、钢丝刷沿裂纹走向宽约35cm范围打磨混凝土表面，清除水泥浮尘、砂粒及疏松的混凝土块，如有油污要用丙酮擦净，如果潮湿要用喷灯吹干。5.2.2 粘胶注入裂缝 将环氧树脂水少许在注入座底面四周，将注入孔正对裂纹中心施压，使其从相邻出气孔中挤出，注意防止堵塞注入孔。根椐裂纹和深度，沿裂纹走向按3040cm间距布置注入座，裂缝分岔处布置注浆孔。5.2.3 裂纹封闭 采用环氧树脂沿裂纹走向密封35cm，要求涂抹层厚度1.5mm应尽量一次完成，避免反复涂抹。5.2.4 封闭材料环氧树脂的固化 经1024h其自行硬化。5.2.5 注入BLGROUT混合粘接剂 将注入器安装在注入座上，用黄油枪或小型类工具注入BLGROUT(环氧树脂注入渗透型粘接剂)混合剂。当橡胶管膨胀充满限制套时停止注入；如注入器膨胀后很快收缩，说明缝内空间大，需灌补。5.2.6 注入材料BLGROUT的固化一般经1024h自行硬化。硬化后敲掉注入器和注入座。工序流程：裂缝检查及标注钻灌浆导向孔清孔及裂缝表面处理粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭压气试验灌注环氧浆灌浆嘴拆除粘贴灌浆嘴处用环氧胶泥抹平 5.3 粘贴碳纤维片5.3.1 基层处理在采用“壁可”法对裂缝进行压注充填封闭处理后，对油污出一律用丙酮清洗，再去除损伤的劣化混凝土，表面打磨平整。 图3 表面打磨整平5.3.2 涂平基底树脂，腻子整平结构表面 图4 粘贴碳纤维条涂抹底层胶5.3.3 涂刮找平胶，表面做砂光处理。5.3.4 滚刷浸渍胶，粘贴碳纤维。当铺设多层时，滚刷第一层浸渍胶，粘贴第一层碳纤维片，在滚刷第二层浸渍胶，粘贴第二层碳纤维片，直致粘贴完设计要求的层数，要求粘贴的碳纤维片内无气泡、空隙，一旦发现则压注灌注胶乃至凿除重做。碳纤维布的分割长度最长为3m要求的搭接长度为10cm。 图5 箱梁外侧已完成的碳纤维5.3.5 表面渗浸渍胶，再抛洗沙作压面处理。5.3.6 整饰工作，如涂装、抹砂浆等。 5.4 锚固拼接钢结构 将H型钢锚固在顶、底、腹板上。先采用环氧砂浆将H型钢粘贴，然后植锚固螺栓固定。将锚固后H 型钢用高强镙杆和焊接连成整体，形成整体加劲钢圈。 图6 加劲钢架 图7 碳纤维与钢结构 5.5 竖向预应力检查及补浆 逐一检查竖向预应力筋的压浆情况，对渗漏水严重或孔道空腔的全部进行应力补强和重新压浆，以提高主桥的抗剪性能。 图8 箱梁内竖向预应力筋压浆孔渗水现象 图9 竖向预应力筋补浆新开出气孔6 材料与设备 6.1 本工程选用日本东丽牌30型碳纤维布（厚度0.167mm），粘结剂选用台湾巨翰粘贴树脂。粘结剂有3种，包括：1. CFP（主要作用为增强混凝土粘结面强度的同时提高碳纤维片与混凝土之间的可粘结性）；2. CFE（作用是找平并修补混凝土表面缺陷）；3. CFR（作用是粘结碳纤维片）。碳纤维布和粘结剂的性能指标见表1、表2。碳纤维布的性能指标 表1碳纤维布纤维方向单位面积重量（g/m2）比重（g/m2）设计厚度（mm）抗拉强度（Mpa）弹性模量（Mpa）30型单方向3001.80.16730002.1105粘结剂CFR的性能指标 表2抗拉强度（Mpa）抗剪强度（Mpa）粘结强度（Mpa）适用温度（）可使用时间（min）20103.553520120 6.2 环氧砂浆、环氧树脂、丙酮、H型钢、高强螺栓。 6.3 龙门架悬吊工作平台、空气压缩泵、张拉设备、千斤顶。7 质量控制 7.1 箱梁裂缝灌浆和封闭质量控制要点7.1.1 对裂缝数量、宽度调查清楚无遗漏；7.1.2 表面处理要清除水泥浮尘、砂粒及疏松的混凝土块，如有油污要用丙酮擦净，如果潮湿要用喷灯吹干；7.1.3 根据裂缝的宽度和深度，沿裂缝走向按 3040cm间距，裂缝分叉处布置注入座；7.1.4 沿裂缝走向封闭35cm 宽度范围，要求涂抹层厚度大于1.5mm , 应尽量一次完成，避免反复涂抹；7.1.5 压注材料或配比的力学性质必须符合设计要求，灌注要饱满，必要时需补灌；7.1.6 压注环氧浆在固化前梁体不得激烈振动和行车扰动 7.2 粘贴碳纤维片质量控制要点7.2.1 粘贴位置要准确，每段长度不大于6m ,顺长方向搭接长度10cm 以上，各层之间的搭接部位不得位于同一条线上，必须错开至少50cm；7.2.2 处理好砼基底，清除被加固范围内表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣质砼，表面必须打磨平整，且干净干燥，表面整平要求做到混凝土表面无棱角、凸凹、受力方向平顺过渡，转角处为光滑圆弧，半径不小于20 mm；7.2.3 树脂的主剂和固化剂比例称量准确，搅拌均匀，一次性使用。底层涂料固化后，用砂纸打磨掉凸起部分；7.2.4 气温5以下，相对湿度85%以上，砼表面含水率8%以上没有有效措施不得施工。7.2.5 粘贴碳纤维片1. 在储运、保存、粘贴过程中严禁弯折，防止碳纤维布受损。贴片在现场用刚直尺或壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维片，超长片材时要精心防止弯折，渗浸过程中必须加倍谨慎操作，片材裁切数量以当日用完为宜。2. 粘片前用滚筒均匀涂抹环氧树脂，下涂量标准为：规格为300 g/m1的纤维片采用500-600g/m1 。3. 纤维片施工30分钟后方可上涂，上涂标准为：规格为300 g/m1的纤维片采用100-300g/m1 。4. 要求粘贴的碳纤维内无气泡、空隙，一旦发现则压注胶乃至凿除重做。5. 粘贴后需自然养护14小时达到固化，保证固化期间不受干扰。6. 每道工序以后树脂硬化之前，易用塑料薄膜遮挡以防止风沙或雨水侵袭。7. 粘贴后达到设计强度需12周，在此期间应防止贴片部分受到硬性冲击。8. 粘贴后在外表面进行喷砂装饰，使表面颜色与周围混凝土协调。 图8 碳纤维拉拔试验 7.3 钢结构施工质量控制要点7.3.1 按设计给定位置、数量架设钢架，注意植锚固螺栓时，严禁打伤预应力钢筋，可顺梁纵向移动孔位，但不得大于10cm。 图9 底板M24化学锚栓拉拔试验7.3.2 结构胶基本要求：凝固时间短，流动性小（顶板锚孔注入后不倒流）。粘度高，在拉拔试验中，钢架体与环氧砂浆间粘结面和环氧砂浆与混凝土粘结面不先于混凝土产生破坏。植入100mm的锚杆单根抗拔力不得小于5 吨，200 mm锚杆不小于10 吨。抗热性能好，加劲钢架焊接时胶不被烧坏。耐久性满足桥梁使用要求，一般建议采用喜力得结构胶结构胶。7.3.3 焊接质量和高强镙杆质量满足施工规范要求。7.3.4 箱梁内钢结构进行防腐处理应满足桥梁的使用要求。7.3.5 施加竖向拉力时，采用扭矩扳手，应二次补强，补强间隔不少于3天，如二次补强后损失不大可进行固定，如损失较大，应重复补拉，直至满足要求后用螺母固定。 8 安全措施8.1 施工现场宜采用封闭施工，禁止非施工人员进入施工现场，并在显著位置设置安全、文明施工标牌、条幅。8.2 机械操作人员必须身体健康，施工场地必须戴好安全帽，严禁酒后操作和施工。正确使用个人防护用品，水上高空作业必须戴好安全带穿上救生服，非专业人员禁止操作机械。8.3 施工中每道工序按各项安全操作规程进行作业，非工作人员禁止进入工作半径范围之内，建立机械定期检查、保养制度。9 环保措施9.1 施工中所发生的生活、生产垃圾，几种收集及时集中清运，不得任意裸露处置污染环境。9.2 洗刷施工机械、设备及工具的废水、废油等有害物质和生活污水，不得直接排放于河流或其他水域中，也不得倾倒于饮用水源附近的土地上，以防污染水质和土壤。9.3 施工中应做好地表的排水工作，通过设置排水沟及积水坑等，防止雨水冲刷施工场地。10 资源节约 该工法可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，缓和桥梁投资的集中性。绿色环保经济有效，具有良好的社会和经济效益。11 效益分析 采用适当的加固补强措施，对恢复和提高旧桥的承载能力和通过能力，延长使用寿命，满足现代交通运输的新要求是可以办到的，还可以节约大量的建桥资金，社会经济效益可观。加固桥梁却可以预防和避免桥梁的坍塌造成物资和人身伤亡，避免政治、经济上的灾难。根据实际情况对桥梁因地制宜地采取加固措施，确保道路的畅通，于国于民都具有积极的意义。12 应用实例12.1 浙江省富阳市富春江第一大桥拓宽工程富春江第一大桥位于富阳市区东部，是市区南北两岸的主要通道。桥梁全长872.2米，主桥为52m380m52m预应力砼变截面连续箱梁，引桥为1530m简支T梁，原桥面宽13m。桥梁设计荷载为:汽20,挂100,人群3.5KN/m2。于1992年建成通车。 2004年对大桥进行全面检查，发现裂缝达625条，裂缝开裂严重，且一直处于活动状态，严重危及大桥的安全度和耐久性，2005年对大桥进行加固维修。12.2 浙江省杭州市西兴大桥西兴大桥（钱江三桥），位于杭州复兴大桥、庆春路过江隧道之间，总长5700米，主桥1280米，南北高架引桥4420米，双向6车道。 主桥桥型为双独塔等跨单索面预应力混凝土斜拉桥，其主墩上两座矩形索塔高百米，平行的15对拉索呈竖琴状。于1993年12月开工，1997年1月通车。日流量6万辆 。2005年10月6日，西兴大桥开始进行第一次大修，为期9个月。这是自1997年1月建成通车后9年来进行的首次大修。此次三桥维修主要是主桥（不含二侧引桥），包括桥面系改造、索力调整及景观改造等。2009年5月16日零时起，西兴大桥再次进行封闭式施工，着重在桥体加固、景观照明等方面进行维护和改善。 附件2：公路工程工法申报表 （2011年度）工法编号 GGG(浙)C-2012 工法名称 老桥箱梁加固施工工法 申报单位 浙江华新交通工程有限公司（公章） 申报时间 2012年10月 中国公路建设行业协会制填写说明1封面“申报单位”栏应填写工法编写的主要完成单位。2工法编号由申报单位参照工法编号说明自行编制，该编号不含工法顺序代号 。3 “主要完成单位”栏:最多填写3家，并应当与“主要完成单位意见”栏中的签章一致。4.“通讯地址”及“联系人”：指申报单位的地址和联系人。5.“主要完成人”栏：最多填写5人。6.“工法应用工程名称及时间”栏：最少填写2项工程，如工程应用少于2项，应填写申报表中“工法成熟、可靠性说明”栏。7表中内容填写不下时，可自行加页。工法名称老桥箱梁加固施工工法主要完成单位浙江华新交通工程有限公司通讯地址浙江省富阳市朱山路9号邮 编311400联系人韩栋华电 话主 要 完 成 人姓 名职 务职 称工 作 单 位汤年生顾问工程师浙江华新交通工程有限公司边飞龙总经理高级工程师浙江华新交通工程有限公司叶 鸣高级工程师浙江华新交通工程有限公司工法应用的工程名称及时间浙江省富阳市富春江第一大桥浙江省杭州市西兴大桥工法关键技术名称、组织评审的单位和时间老桥箱梁加固施工工法关键技术获科技成果奖的情况无工法内容简述： 1 加固目的对腹板和底板进行补强，改善其受力状态，限制裂缝进一步发展；对裂缝封闭和对缺陷修补，提高桥梁的耐久性； 增强箱梁的整体受力性能；更换桥面铺装、伸缩缝及栏杆，改善桥梁的使用性能。 2 箱梁裂缝处理箱梁裂缝将使结构刚度降低，加速钢筋和预应力钢束的锈蚀，减弱结构的耐久性。同时使截面应力发生重分布，导致箱梁较为薄弱的部位产生新的裂缝，并使原有裂缝的长度和宽度继续发展。因此应尽快修复混凝土缺陷，凿除疏松混凝土，封闭箱梁腹板、顶板、底板裂缝，提高结构刚度和整体性。缝宽小于0.10mm的裂缝用环氧树脂表面涂抹封闭，大于0.1mm裂缝用环氧树脂灌缝。 3 碳纤维片补强 箱梁腹板开裂严重，表明开裂区混凝土应力已大大超过混凝土抗裂强度。仅对现有裂缝进行封闭不能提高该区段混凝土的抗拉能力，也不能阻止该区段出现新的裂缝，必须对开裂区进行补强。在边跨近岸支点至3L/4及中跨L/8至7L/8范围内腹板内外表面粘贴竖向碳纤维片，碳纤维片贴过顶底梗腋。 4 箱内加劲钢架安装 为了改善腹板和底板的受力状态，增加封闭式加劲钢架，然后在钢架的竖向张拉竖向拉杆，减少底板因自重产生的挠曲，以及改善成桥状态下腹板内侧的竖桥向拉应力。 5 竖向预应力检查及补浆 竖向预应力筋施工质量较难保证，张拉不足或孔道灌浆不充分都会影响竖向预应力的实际作用效果。施工时检查竖向预应力筋的压浆情况，必要时重新压浆，以提高主桥的抗剪性能。关键技术及保密点（如有专利权，请注明专利号）： 1. 裂缝处理的压注材料或配比的力学性质必须符合设计要求，灌注要饱满，必要时需补灌，压注环氧浆在固化前梁体不得激烈振动和行车扰动。2. 粘贴碳纤维片处理好砼基底，清除被加固范围内表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣质砼，表面必须打磨平整，且干净干燥，表面整平要求做到混凝土表面无棱角、凸凹、受力方向平顺过渡，转角处为光滑圆弧，半径不小于20 mm。3. 树脂的主剂和固化剂比例称量准确，搅拌均匀，一次性使用。底层涂料固化后，用砂纸打磨掉凸起部分。4. 粘贴碳纤维片时气温5以下，相对湿度85%以上，砼表面含水率8%以上没有有效措施不得施工。5. 结构胶应凝固时间短，流动性小，粘度高，在拉拔试验中，钢架体与环氧砂浆间粘结面和环氧砂浆与混凝土粘结面不先于混凝土产生破坏。植入100mm的锚杆单根抗拔力不得小于5 吨，200 mm锚杆不小于10 吨。要求抗热性能好，加劲钢架焊接时胶不被烧坏。6. 施加竖向拉力时，采用扭矩扳手，应二次补强，补强间隔不少于3天，如二次补强后损失不大可进行固定，如损失较大，应重复补拉，直至满足要求后用螺母固定。技术水平和技术难度（与国内外同类技术水平比较）：无工法成熟、可靠性说明（工程应用少于2项时）：工法应用情况及应用前景：碳纤维布加固混凝土桥梁是一项新技术，适合公路桥梁加固期间尽量不影响桥梁正常营运的要求。碳纤维布轻、现场粘贴无需重型设备、施工便利，便于桥下的高空作业，可在公路桥梁上推广应用。加固钢筋砼结构，采用粘贴强度高和高弹性模量的碳纤维的办法，也能取得类似于钢板的同样加固效果，但其结构重量未增加，外表也轻巧美观有极好的耐久性，因加固只使用碳纤维和配套树脂，故不会出现锈蚀现象，并具有耐酸、碱、盐和大气环境腐蚀等性能，因此碳纤维有极好的抗化学作用。公路旧混凝土桥梁的加固方法，在工程上应用效果较好的是综合法，即以某种加固方法为主，辅以其它方法。依照桥梁现场的外观检查、技术状况评定和加固设计要求而定。经济效益和社会效益（包括节能和环保效益）： 该工法可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，缓和桥梁投资的集中性。绿色环保经济有效，具有良好的社会和经济效益。采用适当的加固补强措施，对恢复和提高旧桥的承载能力和通过能力，延长使用寿命，满足现代交通运输的新要求是可以办到的，还可以节约大量的建桥资金，社会经济效益可观。加固桥梁却可以预防和避免桥梁的坍塌造成物资和人身伤亡，避免政治、经济上的灾难。根据实际情况对桥梁因地制宜地采取加固措施，确保道路的畅通，于国于民都具有积极的意义。完成单位意见：主要完成单位(签 章) 年 月 日 参与完成单位（签章） 年月日参与成单位（签章） 年月日建设单位应用工法意见：（第一个应用实例）建设单位（签 章）年月日建设单位应用工法意见：（第二个应用实例）建设单位（签 章）2012年7月13日公路工程工法专业评审组意见：公路工程工法评审委员会意见：