阳延峰 阳桃峰
(浙江天一交通建设有限公司,浙江台州 318000)
浅谈外粘钢板法在桥梁受压构件加固处理的应用
阳延峰 阳桃峰
(浙江天一交通建设有限公司,浙江台州 318000)
在桥梁施工过程中或老桥加固处理中需对部分桥梁的受压构件进行加固补强处理,结合二广高速湖南段某连接线公路施工处理经验,介绍外粘钢板法在桥梁受压构件加固处理中的应用。
桥梁施工 老桥加固 外粘钢板法 受压构件 加固处理
旧桥加固改造工程或桥梁施工中,常遇到部分桥梁构件混凝土强度满足不了设计强度要求,直接影响到桥梁的正常使用要求的问题,但由于某些原因不宜采用凿除处理,此时,需对存在问题的构件进行补强加固处理,使之加固处理后能满足设计使用要求。本文结合二广高速湖南段某连接线公路施工处理经验,介绍外粘钢板法在桥梁受压构件加固处理中的应用。
1 工程概况
二广高速湖南段某连接线公路某桥梁工程,桥梁结构型式为3*20m的现浇混凝土箱梁桥,在交工验收预检中,经取芯试验检测发现该桥2#墩2号立柱(D=1.4m,H=8米)存在混凝土强度偏低的现象,原设计该立柱C30混凝土,经取芯检测2-2#立柱混凝土平均强度为23.7Mpa。由于得到试验结果时,上部现浇箱梁已施工完毕。返工处理非常困难,且造成的经济损失巨大,工期也不允许。经多方论证,决定对该立柱进行加固补强。
2 加固方案与设计
2.1 加固方案的确定
钢筋混凝土结构在我国公路中得到了非常广泛的应用。但由于诸多原因,造成混凝土结构工程不能满足正常的使用要求,因而需要对原有钢筋混凝土结构进行加固。目前对混凝土结构工程加固方法比较多,主要加固方法有增大截面法、外包钢法、预应力法、外粘钢板法、外粘玻璃钢法、碳纤维(CFRP)加固法等方法。
根据本工程的实际情况,可采用增大截面法、外包钢法、外粘钢板法、碳纤维(CFRP)加固法。在施工方面确定方面,我们采用筛除法,对上述几种方法进行比选：(1)碳纤维加固法主要用于保护层厚度不足,对构件的补强作用不大,我们首先予以了排除。(2)增大截面法由于需进行大量植筋,已确保补强构件的对原结构存在一定的破坏,且由于原桥梁立柱下部为系梁,为确保所受承载力的有效传递,需改系梁为承台作为增大部分的支撑,工程量大,所耗费时间长,造价高,所以该方法也予以了排除。(3)在外包钢法由于需要大量植筋,对原有构件破坏比较大,考虑到主要受力还是在原构件上。如补强中又对原构件破坏,那就舍本逐末。且施工较为繁琐,对施工水平要求也比较高,我们也予以了排除。最后本着可靠,尽量不破坏原构件,施工简单快速,效果可靠的原则,采用外粘钢板法进行该立柱的处理。外贴钢板法,该施工工艺对粘结所用的胶要求比较高,依照《公路桥梁加固设计规范》JTG/TJ22-20084.6.1条“桥梁加固用胶黏剂,根据所加固的重要程度分A级胶和B级胶;其中A级胶用于重要构件的加固,B级胶用于一般结构的构件的加固。”4.6.5条“粘贴钢板或型钢用的胶黏剂,其安全指标必须符合4.6.5的规定。”为了保险起见,我们选用了规范上A级胶,采购时选用了正规厂家,胶水进场后按规范进行送检试验,合格后方投入使用。为确保所贴钢板整体受力粘接好后,我们有用钢条对各钢板进行了连接。
图1
图2
表1 2-2#立柱外贴钢板厚度、长度与间距计算结果
表2 外贴钢板施工质量检验内容、方法
图3 机械型锚栓施工工艺流程图
2.2 加固设计
外粘钢板法是一种常用的方法,因此在桥梁工程中得到广泛的运用。外粘钢板法有注入施工法和压贴施工法,施工要求大致相同,本工程采用注入法。
2.2.1 加固材料要求
(1)加固所用粘结剂一般采用结构胶,其各项强度指标必须符合《公路桥梁加固设计规范》JTG/TJ22-2008中的有关规定。
(2)加固钢板通常采用3号钢,钢板厚度常为2～8mm。钢板连接螺栓及焊缝的强度设计值应符合《公路桥梁加固设计规范》JTG/TJ22-2008的要求。
2.2.2 加固钢板厚度、长度、间距的确定
依据《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-200中8)式5.3.1-1,2-2#立柱钢板采用4块8mm厚Q345钢板,内径1.4m,弧度长0.84m,间距26CM,高度和原构件等高;锚栓采用5.8级或以上碳素钢锚栓,横向间距35CM,纵向间距100CM,距边7CM;胶黏剂采用A级胶。具体计算结果见表1。设计施工图见图1。
3 施工工艺与质量控制
3.1 施工工艺
粘钢加固混凝土承重结构时,注入法施工应按下列框图的程序进行。(图2所示)
(1)材料准备。1)钢板制作：(a)钢板下料宜采用半自动切割方法,切割边缘表面光滑,无毛刺、咬口及翘曲等缺陷。(b)钢板黏合面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,钢板外露面必须除锈至呈现金属光泽并保持干燥。(c)按锚栓设计位置对钢板钻孔。孔的边缘应清除毛刺。2)胶黏剂：胶黏剂应满足设计要求的各项力学指标和耐久性要求。其质量应符合《公路桥梁加固设计规范》(JTC/TJ22-2008)第4章的相关规定的A级胶。
(2)施工前应该按设计图纸,在加固部位放线定位。
(3)检查需粘钢的混凝土表面,如有裂缝应先按有关规定予以修补。被粘混凝土表面应除去疏松、浮渣和油垢污物。然后进行打磨除去表层2～3mm,直至露出新面,并用压缩空气吹去粉粒。如用水冲刷需待完全干燥后再用丙酮擦拭表面。对于龄期在3个月内的混凝土,或湿度较大的混凝土,须进行人工干燥处理。
(4)检查钢板尺寸是否与设计图纸相符。对钢板粘接面,须进行除锈和粗糙处理。对微锈和不锈钢板可用喷砂、砂布或平砂轮打磨,直至出现金属光泽。粗糙程度越高越好,打磨纹路应与钢板受力方向垂直。对锈蚀严重钢板,应先用适度盐酸浸泡20mim,使锈层脱落,再用石灰水冲洗,中和,最后用平砂轮打磨出纹路。
(5)采用机械型锚栓固定,用冲击钻在钢板和混凝土被粘接面上钻孔。钻孔后,在混凝土面上安装膨胀螺栓。应注意钢板和混凝土粘接面清洁。机械型锚栓施工工艺流程图如图3所示。
(6)粘结剂配制应由专人负责,按产品说明书的规定配制。搅拌时不得有任何杂质和水混入。应根据施工现场气温,配制每次数量。胶水分封口胶和黏结胶,先用抹刀将钢板周围裂缝、螺栓及注浆嘴周围间隙用封口胶密封,不允许出现密封不严现象。密封施工一天(25℃)后即可进行灌浆粘贴施工,注胶由下至上,边注边用榔头敲打检查密实效果,如无空洞声,表示粘贴密实,否则,应剥下钢板重新补胶粘贴。注胶不宜过快,防治形成气囊。
(7)钢板粘贴后,则迅速拧紧膨胀螺栓。适当加压,以胶液刚从钢板边溢出为度。静置,固化。
(8)根据粘胶剂产品说明书,固化时间结束(一般约3天)方可使用。
(9)对相邻钢板的钢板用钢条搭接焊接,间距100CM,使之整体受力。
(10)粘接钢板表面应进行防锈保护。并应根据有关规范和设计要求做(防火或其他)面层。如钢板面积较大,为利于砂浆粘结,可粘一层铅丝网或点粘一层豆石。
(11)用螺栓固定时,螺栓帽应用环氧树脂水泥砂浆封住。
3.2 施工质量控制
外贴钢板施工质量检验内容、方法见表2。
3.3 施工安全及环境保护
(1)桥梁加固施工,必须严格遵守安全操作规程,建立健全安全生产管理制度。
(2)采用化学材料施工时,应符合以下规定：1)配制化学浆液的易燃原料应密封保存、远离火源。2)配制及使用场地必须通风良好,操作人员防护应符合有关劳动保护规定。3)工作场地严禁吸烟、明火取暖,并配备相关的消防设施。4)施工完成后,现场及结构内不应遗留有害化学物质。
(3)桥梁加固施工应严格控制对原结构的损伤。
(4)桥梁加固施工宜在晴天和白天进行。必须在不良天气或夜间施工时,应有相应的施工保障措施。
(5)桥梁加固施工,应采取必要措施保护生态环境。
4 结语
在选择加固处理方案时应本着可靠、尽量不破坏原有构件、施工相对简单与效果可靠等原则来综合选择。贴钢法在受拉构件中采用较为普遍,在事前经过多方论证,查询相关规范的基础上,本文突出在受压构件中采用,也是一种尝试,该桥通车运营两年来,经长期跟踪观察,该加固工程无任何异样变化,表明处理效果良好,对同类工程具有一定的借鉴意义。
[1]中华人民共和国行业标准.JTG/T J23-2008.《公路桥梁加固施工技术规范[S].北京：人民交通出版社,2008.
[2]中华人民共和国行业标准.JTG/T J22-2008.《公路桥梁加固设计规范》[S].北京：人民交通出版社,2008.
