富春江第一大桥加固工程浅议

富春江第一大桥加固维修工程监理工作浅议杭州交通工程监理咨询有限公司2005-6-232富春江第一大桥加固维修工程监理工作浅议（富春江第一大桥加固维修工程驻地监理办）摘要：本文着重介绍富春江第一大桥加固维修工程采用裂缝处理、粘贴碳纤维条、加劲钢架安装等新材料、新工艺、新技术，以及质量控制重点和监理工作体会，以供参考。关键词：大桥加固裂缝处理碳纤维条加劲钢架质量要点工作体会一、工程概况1、工程概况与背景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52m＋3×80m＋52m预应力砼变截面连续箱梁，引桥为15×30m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。大桥自建成以来已10多年，随着汽车保有量增加，车流量与日俱增，超载车辆频频。主桥箱梁裂缝发育，桥面破损严重。为了掌握桥梁的实际运营状况，2002年浙江大学土木工程测试中心曾对该桥进行基本的静力荷载试验和动力荷载试验，对主桥连续箱梁内外表面进行了裂缝检查，其检查报告显示：连续箱梁部分的刚度、强度基本符合设计要求。但是，箱梁上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，需要进行修补和加固。2004年重新对大桥进行全面检查，发现裂缝达625条，而且裂缝数量、宽度、长度较上次调查均有明显增加。鉴于第一大桥开裂严重，且裂缝一直处于活动状态，严重危及大桥的安全度和耐久性，富阳市交通局决定对大桥加固维修。委托浙江省交通规划设计院设计，杭州交通集团有限公司施工，我公司承担大桥加固维修工程全面施工监理。2、大桥现状及病害调查桥梁在试验荷载作用下，处于弹性工作状态，试验实测挠度值小于设计理论计算值，具有较好的刚度。应变测量结果的变化规律符合连续箱梁桥及简支T梁桥结构的截面受力特征，主桥第二跨的抗弯强度有一定下降，其强度性能略低于设计要求。简支T梁桥上未发现结构性裂缝。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3裂缝。裂缝宽度以腹板的斜裂缝为最大0.5～0.8mm。从裂缝检测结果中可以看到，在各工况试验荷载作用下，箱梁内表面裂缝宽度没有明显变化，即裂缝大体上没有明显展开，而处于较为稳定的状态。施工单位和监理人员进场后，立即进行施工图的消化吸收，同时由监理单位组织人员对大桥的病害进行全面复查。由于工期仅4个月，这项工作极为紧张，而且需要极好的耐心和细致入微的工作。复查后发现裂缝数量较最近一次调查超出一倍，箱梁内渗水、漏水50多处，竖向预应力孔道空腔大于设计前调查的数量，混凝土表面存在麻面、蜂窝露筋和表层脱空现象。大桥桥面破损严重，行车道混凝土破裂形成的坑洼很多，伸缩缝存在露筋及下陷，局部人行道板整体破损、下陷。详细的复查工作为加固工程打下良好的工作基础，为进一步施工组织、质量控制重点、选择适宜工艺方法提供了定量的依据。（箱梁内部裂缝复查情况表）二、加固方案1、加固目的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对裂缝封闭和对缺陷修补，提高桥梁的耐久性；③增强箱梁的整体受力性能；④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4粘贴竖向碳纤维条，碳纤维条贴过顶底梗腋。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。6、桥面系改造如前面所述桥面系破损对主梁的受力不利，同时保持与下游刚刚建成的新桥桥面景观一致，因此，对主桥、引桥的桥面铺装、伸缩缝及栏杆一并更换。三、加固维修的主要工艺1、加固施工顺序施工顺序依次为：①桥面卸载及竖向预应力管道压浆；②裂缝封闭及箱梁腹板粘贴碳纤维片；③锚固拼接加劲钢架；④桥面防水处理，桥梁附属设施更换。2、裂缝封闭对不同裂缝宽度加固时不同对待。宽度小于0.1mm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。本项工程裂缝封闭采用“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。施工工艺如下：①裂纹表面处理用砂轮机、钢丝刷沿裂纹走向宽约3～5cm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。②粘胶注入裂缝5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30～40cm间距布置注入座，裂缝分岔处布置注浆孔。③裂纹封闭采用环氧树脂沿裂纹走向密封3～5cm，要求涂抹层厚度＞1.5mm应尽量一次完成，避免反复涂抹。④封闭材料环氧树脂的固化经10～24h其自行硬化。⑤注入BL－GROUT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BL—GROUT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。⑥注入材料BL—GROUT的固化一般经10～24h自行硬化。硬化后敲掉注入器和注入座。工序顺序：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3、粘贴碳纤维片碳纤维是目前世界上已知的工程材料中，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。粘贴碳纤维的施工工艺如下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。②涂平基底树脂，腻子整平结构表面③涂刮找平胶，表面做砂光处理。④滚刷浸渍胶，粘贴碳纤维。6当铺设多层时，滚刷第一层浸渍胶，粘贴第一层碳纤维布，在滚刷第二层浸渍胶，粘贴第二层碳纤维布，直致粘贴完设计要求的层数，要求粘贴的碳纤维布内无气泡、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.⑤表面渗浸渍胶，再抛洗沙作压面处理。⑥整饰工作，如涂装、抹砂浆等。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，然后用植锚固螺栓固定。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。5、箱梁顶板混凝土处理及桥面铺装略。四、加固工程的质量控制要点1、箱梁裂缝灌浆和封闭质量控制要点①对裂缝数量、宽度调查清楚无遗漏；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；③根据裂缝的宽度和深度，沿裂缝走向按30～40cm间距，裂缝分叉处布置注入座；④沿裂缝走向封闭3～5cm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；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；⑥压注环氧浆在固化前梁体不得激烈振动和行车扰动2、粘贴碳纤维片质量控制要点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；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20mm；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，7用砂纸打磨掉凸起部分；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。⑤粘贴碳纤维布a、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。b、粘片前用滚筒均匀涂抹环氧树脂，下涂量标准为：规格为300g/m1的纤维片采用500-600g/m1。c、纤维片施工30分钟后方可上涂，上涂标准为：规格为300g/m1的纤维片采用100-300g/m1。d、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。e、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。f、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。g、粘贴后达到设计强度需1～2周，在此期间应防止贴片部分受到硬性冲击。h、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。⑥碳纤维片粘贴的质量标准：下涂和上涂渗浸入碳纤维束良好，碳纤维片粘结密实；直径10～30mm的空鼓——小于10个/m1合格，大于10个/m1不合格；直径30mm以上的空鼓——不合格；粘贴位置与设计偏差不大于1cm；碳纤维片规格、粘片长度、宽度、纤维方向、层数符合设计规定。3、钢结构施工质量控制要点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。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，钢筋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，100mm锚杆单根抗拔力不得小于5吨，200mm锚杆不小于10吨。抗热性能好，加劲钢架焊接时胶不被烧坏。8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。③焊接质量和高强镙杆质量满足施工规范要求。④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。⑤箱梁内钢结构进行防腐处理应满足桥梁的使用要求。五、工作体会1、宽度0.1～0.2mm间裂缝灌浆的可行性。设计要求0.1mm以上的裂缝进行灌缝，从裂缝灌浆材料和技术上应该能够实施，但是在本桥进行裂缝灌注时0.2mm以下不理想，灌浆胶结材料比重降至0.9，比水还要轻，效果仍不满意。通过反复试验和裂缝解剖调查分析，一条裂缝通常是多个首尾相接的裂缝组成，腹板斜向裂缝更为明显，由近似雁行排列短小裂缝组成，呈明显剪切作用的特征，这种特点的裂缝基本特点是整条裂缝不导通，闭合距离短，按设计和工艺要求灌浆分布间距为0.3～0.5m，实际工作中间距0.15～0.20m仍达不到目的。另外，裂缝开口大而深度小，造成灌浆材料流动空间过小，通常裂缝深度在0.5～2.5cm，当宽度度小于0.2mm时，压力增加到1MPa以上，只能封闭裂缝表层。经过多方分析研究，针对实际情况改为0.2mm以上的裂缝灌浆，0.2mm以下裂缝开V型槽用环氧树脂填充封闭。而施工中发现一些细小裂缝在表面处理过程中可以打磨清除掉，用封闭粘结材料进行表面处理效果较好。2、墩顶结构