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【摘 要】在处理桥跨结构裂缝病害的方案中,粘贴钢板法应用较为广泛,但由于其质控标准不健全等因素,使得部分工程加固效果不理想。笔者结合工程实例,就粘贴钢板法加固桥跨结构实施过程中的若干技术问题进行探讨。
【关键词】桥跨结构;裂缝;粘贴钢板
Some technique problem glued to stick a steel plate method to reinforce bridge to across structure
Li Wei
(Fuyang City highway engineering limited liability company Fuyang Anhui 236112)
【Abstract】Glue to stick a steel plate method application in the processing bridge across the structure crack the disease harm of the project more extensive, but because of its quality control standard not sound etc. factor, make the parts of engineering reinforce effect ignore to think.The writer combine the engineering solid example, glue to stick a steel plate method to reinforce bridge to across a structure implement process in of some technique problem carry on study.
【Key words】The bridge across structure;Crack;Glue to stick steel plate
1. 引言
由于国民经济的飞速发展,交通运输量大幅度增长,行车密度及车辆载重越来越大,大多数运营多年的公路桥梁尤其是中小桥逐渐出现各种病害,桥跨结构裂缝是较为突出的病害表现,部分桥梁的裂缝已超出规范标准,开裂处有钢筋锈蚀严重,桥面通过重车时振动较大,明显感觉到梁体挠度增大,严重影响桥梁通行安全。粘贴钢板法因其在技术性、经济性、运营影响程度等多方面的优势,在桥跨结构加固中应用较为广泛,但由于其加固实施过程缺乏量化指标控制、质量控制及检评标准不健全,使得加固作业随意性较大,部分工程加固效果不理想。为规范加固作业的操作过程,提高加固效果,现就粘贴钢板法加固桥跨结构实施过程中的若干技术问题进行探讨。
2. 工程概况
阜临路八十里河桥为省道102路线上,上部结构为单孔16米普通钢筋混凝土空心板,基础及下部结构为扩大基础、重力式墩台,由于长期超负荷运营,出现了以下主要病害:
(1)空心板梁底及边梁梁侧出现多处不规则横向细小裂缝,并有发展趋势;
(2)梁底局部出现保护层脱落露筋现象;
(3)桥面铺装出现裂缝;
(4)伸缩缝区域混凝土出现不同程度的破坏。
在以上主要病害中,梁底裂缝严重影响桥梁通行安全,需作为关键病害进行处理,业主会同专家及设计人员经现场察看后,确定采用粘贴钢板法进行加固。
3. 加固原理
桥跨结构出现裂缝导致承载力下降,采用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在桥跨结构的受拉缘或薄弱部位,使其与桥跨结构组成整体,部分或整体替代桥跨结构钢筋的抗拉作用,充分发挥钢材抗拉强度高的优点。通过钢板预拉、调整挠度等方法,可以更一步提高原桥跨结构的承载能力,达到理想的加固效果。
4. 加固作业程序
4.1 准备工作。
为便于桥跨下作业,应准备平坦宽敞的作业面,如桥下有水,需通过围堰、筑岛、搭设工作平台等方法实现,为后续梁底粘贴钢板及砂浆喷护工作提供作业条件。
4.2 混凝土粘贴面处理。
混凝土构件应先用硬毛刷或钢丝刷刷除表面污垢,必要时可使用洗涤剂,然后对表面进行打磨,磨去2-3mm厚表层,露出新鲜混凝土面,最用压缩空气吹净粉尘。
混凝土粘贴面如有小坑槽需采用环氧胶泥抹平,如有大面积坑槽或较大空洞,应采用小石子环氧混凝土修复。环氧胶泥和小石子环氧混凝土的配比可参考表1:环氧类混合料配合比表。
4.3 梁板挠度调整
该工序的主要目的是通过减小跨中挠度从而减小跨中弯矩,使加固后的梁板在正常受力状态下的弯矩首先通过钢板承受,避免梁板长期处于超应力状态,防止裂缝进一步发展。
4.3.1 挠度控制指标。
按照《桥规》规定,对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥,以汽车荷载(不计冲击力)计算的上部结构跨中最大竖向挠度,不应超过L/600,其中L为计算跨径。如跨中实际挠度大于规范允许值,必须进行挠度调整,以保证桥梁安全,并充分发挥粘贴钢板的作用。
4.3.2 挠度调整的步骤。
(1)在梁板跨中正下方1米宽度范围内采用碎石铺垫,碎石垫层需整平夯实,厚度10cm,长度为桥面宽度两侧各加1米。碎石垫层上铺设20cm厚C25混凝土带,作为梁板顶支的支点,混凝土带宽度为80cm,长度同碎石垫层。
(2)在混凝土带上拼接立体钢桁架,桁架拼接完成后,在桥面上两侧采用手拉葫芦整体吊起钢桁架,在每片钢桁架中间设置钢板凳支撑,钢板凳上设千斤顶顶支钢桁架,钢桁架上部采用方木顶支在梁板中部,避免钢桁架直接与梁底接触,以防止破坏梁底混凝土。
(3)适当顶高钢桁架,通过调整方木高度或增加木垫板,使所有梁底均与方木密贴,使千斤顶在顶起过程中整跨全部梁板能够均匀提升,防止绞缝混凝土受剪破坏。
(4)缓慢均匀地顶支钢桁架,并在桥面跨中部位进行高程观测,跨中高程提升量即挠度减小量按1cm控制。
4.4 锚固钢板。
4.4.1 加固用钢板的加工。
加固用钢板采用3号钢或16锰钢为宜,厚度为5mm,长度约为2/3/跨径,成条带状,钢板的宽度大致与梁板单侧腹板厚度相同,且不宜大于钢板厚度的50倍。
钢板下料宜采用工厂自动、半自动切割方法,切割边缘表面光滑,无毛刺、咬口及翘曲等缺陷。钢板下料、切割完成后,需对钢板黏合面进行处理,可用喷砂或平砂轮打磨直至露出金属光泽,打磨纹路应与钢板受力方向垂直,钢板黏结面应有一定的粗糙度。
4.4.2 钢带预拉。
采用冷拉方法对各条钢带进行预拉,以防止钢带受力过程中因塑性变形引起应力损失。预拉应力按钢带的屈服强度控制。
4.4.3 钢带锚固。
(1)钢带须对称于跨中进行锚固,首先标注出钢带的锚固位置。
(2)采用植筋法预埋螺栓。在钻孔前使用钢筋探测仪探明钢筋位置,并作出标记,当钻孔与钢筋位置冲突时,可适当调整孔位进行钻孔。用洁净的压缩空气清除孔内粉屑,保持干燥,并不得有油污。
(3)使用透明纸覆盖在混凝土面上画出锚栓孔位置,然后覆盖在钢板黏合面上用电钻钻取相应锚栓孔,将钢板覆盖到梁板的混凝土黏合面上进行孔位交合,如有偏差则对钢板上的栓孔进行修正,并清除栓孔边缘的毛刺。
(4)使用专用工具埋入螺栓,安装就位后,螺栓套筒顶端至混凝土表面的距离约为1mm。
(5)使用抹刀将专用胶黏剂均匀地涂抹在清洁的混凝土和钢带黏结面上,且使胶液中间厚边缘薄,然后将钢带贴于预定位置。粘贴后,用手锤沿黏贴面轻轻敲击钢板,如无空洞声,表明已粘贴密实,否则应剥下钢板,重新补胶粘贴。
(6)安装螺帽固紧钢带,使钢带与混凝土表面贴实,以胶液刚从钢板边缘挤出为度。在粘贴钢板及胶浆固化的过程中,应进行交通管制,避免重载车辆通行。
4.5 防护处理。
为防止钢板锈蚀,需先对钢板进行特殊防护处理。
(1)首先清除钢板表面的绣斑和尘污,然后涂一层环氧树脂薄浆罩面,再涂两层防绣漆进行保护。
(2)用高压水冲洗梁底,充分湿润拟喷表面,以利喷射砂浆与原结构的粘结。待表面无积水时,即可施喷。
(3)使用砂浆拌喷射机对梁底进行整体砂浆喷护。
(4)砂浆喷护层终凝2小时后,及时进行喷水养护。养生时间不少于7d。
5. 质量检验
对于粘贴钢板法,目前尚无权威的质量检验标准,一般依靠工程经验进行质量检验,主要采用无破损检验或现场做粘结试验两种形式。
(1)一般情况下,可采用无破损检验法,该方法操作简便,效果直观。
主要检验方法:外观检查钢板边缘溢胶状况,用小锤敲击钢板,检验钢板粘结密实度。
主要技术要求:锚固区有效粘结面积不得小于90%,非锚固区有效粘结面积不少于70%。
(2)当结构要求较高时,可采用现场粘结试验检验,该方法检验结果较为精确,但操作复杂。
主要检验方法:首先分别在每块100×100mm钢板中心位置焊一根800mm长的钢筋,而后按粘贴钢板的工艺要求将三块钢板分别粘在混凝土基面上,待胶固化后(72小时)用现场拉拔仪进行抗拉和抗剪试验。
主要技术要求:如粘钢试验破坏发生在混凝土上,则粘钢试验属于合格或符合设计要求,否则为不合格。
6. 结语
粘贴钢板法与传统加固方法相比工艺简单,周期短,能明显延长桥梁使用寿命,提高桥梁承载力,具有显著的技术优势,应用前景较为广泛,目前已有在简支梁桥、连续梁桥、刚架拱桥等多种桥型结构加固的应用实例。
参考文献
[1] 《桥梁工程》姚玲森,人民交通出版社
[2] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)
[3] 《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
[4] 《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)
[5] 《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)
[文章编号]1006-7619(2010)07-17-154
[作者简介] 李伟(1976-),男, 工程师,安徽涡阳县人,阜阳市公路工程有限责任公司。
【关键词】桥跨结构;裂缝;粘贴钢板
Some technique problem glued to stick a steel plate method to reinforce bridge to across structure
Li Wei
(Fuyang City highway engineering limited liability company Fuyang Anhui 236112)
【Abstract】Glue to stick a steel plate method application in the processing bridge across the structure crack the disease harm of the project more extensive, but because of its quality control standard not sound etc. factor, make the parts of engineering reinforce effect ignore to think.The writer combine the engineering solid example, glue to stick a steel plate method to reinforce bridge to across a structure implement process in of some technique problem carry on study.
【Key words】The bridge across structure;Crack;Glue to stick steel plate
1. 引言
由于国民经济的飞速发展,交通运输量大幅度增长,行车密度及车辆载重越来越大,大多数运营多年的公路桥梁尤其是中小桥逐渐出现各种病害,桥跨结构裂缝是较为突出的病害表现,部分桥梁的裂缝已超出规范标准,开裂处有钢筋锈蚀严重,桥面通过重车时振动较大,明显感觉到梁体挠度增大,严重影响桥梁通行安全。粘贴钢板法因其在技术性、经济性、运营影响程度等多方面的优势,在桥跨结构加固中应用较为广泛,但由于其加固实施过程缺乏量化指标控制、质量控制及检评标准不健全,使得加固作业随意性较大,部分工程加固效果不理想。为规范加固作业的操作过程,提高加固效果,现就粘贴钢板法加固桥跨结构实施过程中的若干技术问题进行探讨。
2. 工程概况
阜临路八十里河桥为省道102路线上,上部结构为单孔16米普通钢筋混凝土空心板,基础及下部结构为扩大基础、重力式墩台,由于长期超负荷运营,出现了以下主要病害:
(1)空心板梁底及边梁梁侧出现多处不规则横向细小裂缝,并有发展趋势;
(2)梁底局部出现保护层脱落露筋现象;
(3)桥面铺装出现裂缝;
(4)伸缩缝区域混凝土出现不同程度的破坏。
在以上主要病害中,梁底裂缝严重影响桥梁通行安全,需作为关键病害进行处理,业主会同专家及设计人员经现场察看后,确定采用粘贴钢板法进行加固。
3. 加固原理
桥跨结构出现裂缝导致承载力下降,采用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在桥跨结构的受拉缘或薄弱部位,使其与桥跨结构组成整体,部分或整体替代桥跨结构钢筋的抗拉作用,充分发挥钢材抗拉强度高的优点。通过钢板预拉、调整挠度等方法,可以更一步提高原桥跨结构的承载能力,达到理想的加固效果。
4. 加固作业程序
4.1 准备工作。
为便于桥跨下作业,应准备平坦宽敞的作业面,如桥下有水,需通过围堰、筑岛、搭设工作平台等方法实现,为后续梁底粘贴钢板及砂浆喷护工作提供作业条件。
4.2 混凝土粘贴面处理。
混凝土构件应先用硬毛刷或钢丝刷刷除表面污垢,必要时可使用洗涤剂,然后对表面进行打磨,磨去2-3mm厚表层,露出新鲜混凝土面,最用压缩空气吹净粉尘。
混凝土粘贴面如有小坑槽需采用环氧胶泥抹平,如有大面积坑槽或较大空洞,应采用小石子环氧混凝土修复。环氧胶泥和小石子环氧混凝土的配比可参考表1:环氧类混合料配合比表。
4.3 梁板挠度调整
该工序的主要目的是通过减小跨中挠度从而减小跨中弯矩,使加固后的梁板在正常受力状态下的弯矩首先通过钢板承受,避免梁板长期处于超应力状态,防止裂缝进一步发展。
4.3.1 挠度控制指标。
按照《桥规》规定,对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥,以汽车荷载(不计冲击力)计算的上部结构跨中最大竖向挠度,不应超过L/600,其中L为计算跨径。如跨中实际挠度大于规范允许值,必须进行挠度调整,以保证桥梁安全,并充分发挥粘贴钢板的作用。
4.3.2 挠度调整的步骤。
(1)在梁板跨中正下方1米宽度范围内采用碎石铺垫,碎石垫层需整平夯实,厚度10cm,长度为桥面宽度两侧各加1米。碎石垫层上铺设20cm厚C25混凝土带,作为梁板顶支的支点,混凝土带宽度为80cm,长度同碎石垫层。
(2)在混凝土带上拼接立体钢桁架,桁架拼接完成后,在桥面上两侧采用手拉葫芦整体吊起钢桁架,在每片钢桁架中间设置钢板凳支撑,钢板凳上设千斤顶顶支钢桁架,钢桁架上部采用方木顶支在梁板中部,避免钢桁架直接与梁底接触,以防止破坏梁底混凝土。
(3)适当顶高钢桁架,通过调整方木高度或增加木垫板,使所有梁底均与方木密贴,使千斤顶在顶起过程中整跨全部梁板能够均匀提升,防止绞缝混凝土受剪破坏。
(4)缓慢均匀地顶支钢桁架,并在桥面跨中部位进行高程观测,跨中高程提升量即挠度减小量按1cm控制。
4.4 锚固钢板。
4.4.1 加固用钢板的加工。
加固用钢板采用3号钢或16锰钢为宜,厚度为5mm,长度约为2/3/跨径,成条带状,钢板的宽度大致与梁板单侧腹板厚度相同,且不宜大于钢板厚度的50倍。
钢板下料宜采用工厂自动、半自动切割方法,切割边缘表面光滑,无毛刺、咬口及翘曲等缺陷。钢板下料、切割完成后,需对钢板黏合面进行处理,可用喷砂或平砂轮打磨直至露出金属光泽,打磨纹路应与钢板受力方向垂直,钢板黏结面应有一定的粗糙度。
4.4.2 钢带预拉。
采用冷拉方法对各条钢带进行预拉,以防止钢带受力过程中因塑性变形引起应力损失。预拉应力按钢带的屈服强度控制。
4.4.3 钢带锚固。
(1)钢带须对称于跨中进行锚固,首先标注出钢带的锚固位置。
(2)采用植筋法预埋螺栓。在钻孔前使用钢筋探测仪探明钢筋位置,并作出标记,当钻孔与钢筋位置冲突时,可适当调整孔位进行钻孔。用洁净的压缩空气清除孔内粉屑,保持干燥,并不得有油污。
(3)使用透明纸覆盖在混凝土面上画出锚栓孔位置,然后覆盖在钢板黏合面上用电钻钻取相应锚栓孔,将钢板覆盖到梁板的混凝土黏合面上进行孔位交合,如有偏差则对钢板上的栓孔进行修正,并清除栓孔边缘的毛刺。
(4)使用专用工具埋入螺栓,安装就位后,螺栓套筒顶端至混凝土表面的距离约为1mm。
(5)使用抹刀将专用胶黏剂均匀地涂抹在清洁的混凝土和钢带黏结面上,且使胶液中间厚边缘薄,然后将钢带贴于预定位置。粘贴后,用手锤沿黏贴面轻轻敲击钢板,如无空洞声,表明已粘贴密实,否则应剥下钢板,重新补胶粘贴。
(6)安装螺帽固紧钢带,使钢带与混凝土表面贴实,以胶液刚从钢板边缘挤出为度。在粘贴钢板及胶浆固化的过程中,应进行交通管制,避免重载车辆通行。
4.5 防护处理。
为防止钢板锈蚀,需先对钢板进行特殊防护处理。
(1)首先清除钢板表面的绣斑和尘污,然后涂一层环氧树脂薄浆罩面,再涂两层防绣漆进行保护。
(2)用高压水冲洗梁底,充分湿润拟喷表面,以利喷射砂浆与原结构的粘结。待表面无积水时,即可施喷。
(3)使用砂浆拌喷射机对梁底进行整体砂浆喷护。
(4)砂浆喷护层终凝2小时后,及时进行喷水养护。养生时间不少于7d。
5. 质量检验
对于粘贴钢板法,目前尚无权威的质量检验标准,一般依靠工程经验进行质量检验,主要采用无破损检验或现场做粘结试验两种形式。
(1)一般情况下,可采用无破损检验法,该方法操作简便,效果直观。
主要检验方法:外观检查钢板边缘溢胶状况,用小锤敲击钢板,检验钢板粘结密实度。
主要技术要求:锚固区有效粘结面积不得小于90%,非锚固区有效粘结面积不少于70%。
(2)当结构要求较高时,可采用现场粘结试验检验,该方法检验结果较为精确,但操作复杂。
主要检验方法:首先分别在每块100×100mm钢板中心位置焊一根800mm长的钢筋,而后按粘贴钢板的工艺要求将三块钢板分别粘在混凝土基面上,待胶固化后(72小时)用现场拉拔仪进行抗拉和抗剪试验。
主要技术要求:如粘钢试验破坏发生在混凝土上,则粘钢试验属于合格或符合设计要求,否则为不合格。
6. 结语
粘贴钢板法与传统加固方法相比工艺简单,周期短,能明显延长桥梁使用寿命,提高桥梁承载力,具有显著的技术优势,应用前景较为广泛,目前已有在简支梁桥、连续梁桥、刚架拱桥等多种桥型结构加固的应用实例。
参考文献
[1] 《桥梁工程》姚玲森,人民交通出版社
[2] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)
[3] 《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
[4] 《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)
[5] 《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)
[文章编号]1006-7619(2010)07-17-154
[作者简介] 李伟(1976-),男, 工程师,安徽涡阳县人,阜阳市公路工程有限责任公司。