公路濑溪河大桥维修加固措施

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

一、概述

    濑溪河大桥位于成渝高速公路K241+350m处，主跨一孔80m钢筋混凝土箱型肋拱桥，矢跨比1／7，拱轴系数m＝1.756，采用等截面悬链线无铰拱，主拱肋箱高1.5m，箱宽1.6m，顶板0.24m（预制6cm，现浇18cm），底板及腹板厚0.2m。每孔半幅2条拱肋，肋间距6.6m。上部设置双柱式排架支承纵梁，于纵梁上设横置桥面板，板厚0.3m。桥面铺装层为6cm厚水泥混凝土，面层为4cm沥青砼。下部构造为石砌圬工基础，重力式桥台。一九九五年五月一日建成通车。详见桥型总体布置图：

二、桥梁病害状况内力验算及成因分析

    二OO二年一月中旬，右幅桥面产生严重裂缝，积水渗漏严重。该月下旬经再次检查，桥面横置板间裂缝达53条（占全桥35％），最大裂缝宽为50－70mm，缝深度贯穿板厚，桥面积水向桥下倾泻如注。重车通过桥上，横置板跨中扰度最大达30mm以上，桥面变形及振动异常明显。左幅桥面有少量裂缝，裂纹宽度甚小，仍有少量桥面积水渗入横置板缝滴入河内。
    二OO二年二月由重庆公路质量检测中心对该桥进行检测，检测结果为拱肋底板、腹板及顶板均产生有纵向裂缝，缝宽0.1－0.5mm，长度为1.0m－4.5m。横置板跨中裂缝0.1－0.3mm。横置板与纵梁或垫墙支承处脱空现象均较严重，最大达50mm以上；部分板于脱空间隙内填塞有钢板，且混凝土与钢板接触面局部压碎现象严重，除钢板接触处外仍为脱空。
    本桥维修加固由四川省交通厅公路规划勘察设计研究院进行设计。设计中对原设计图进行了内力验算，其结论为：主拱圈拱顶截面在荷载组合I、II、III时计入偏心增大系数时，截面抗力均不能满足规范要求。纵梁跨中截面不能满足抗弯要求，支点截面不能满足抗弯和斜截面抗剪要求。位于伸缩缝处两侧的端板截面不能满足抗弯和斜截面抗剪要求。
    除上述病害工程检测情况及内力验算外，桥梁产生严重损坏的成因还有下列重要因素。
    1、右幅桥位于弯道下坡（纵坡均为3.0％）300m处，且下坡中桥面纵坡为0.3％，由于车速原因及受车辆冲击荷载的影响导致桥面严重损坏；而左幅进入桥面之前处于弯道延长直线段，车辆进入桥面为0.3％上坡行驶过程中，桥面受车辆冲击荷载的影响远小于右幅，因此左幅桥面仅产生微小裂缝。
    2、桥面铺装现浇6cm混凝土，铺装层内布Ф6@20cm×20cm钢筋网，板间铰缝仅用2Ф8纵向筋与预制板预留伸出筋搭接，其上铺4cm沥青混凝土；属半刚性柔性桥面，桥面铺装层及铰缝刚度不够，不能有效传递荷载作用力分布，致使绞缝严重损坏，车道板产生裂缝或断板。
    3、 行车道板由双柱式排架支承纵梁，其上设横置桥面板，呈П型单跨双悬臂车道板，行车方向由П横置板通过铰缝形成桥面结构。当车辆活载沿桥纵向行驶时，由于车辆荷载于桥上行驶沿桥面纵、横向位置的不断变化，车辆活载沿桥面纵、横向分布系数也随之变化，沿桥纵向横置板之间的企口铰缝随车辆行驶将全部承受车辆活载作用。加之桥面铺装层及企口铰缝刚度差，不能满足活载纵向传递刚度，更不能将车辆活载较均匀的分布在桥面系相应的范围内。
    4、桥面横置板与纵梁及垫墙接触面为砂浆连接，板的受力不明确且桥面板的振动及挠度较大，部分横置板支承处底部严重脱空，不能使板与纵梁或垫墙之间有效接触和传力，部分横置板与纵梁或垫墙间用钢板填塞，形成局部混凝土压碎，无法将横置板所受力均匀有效传递。导致悬臂横置板支承处顶面产生横向裂纹或断板现象。
    5、桥面伸缩缝构造简单，原设计为板式橡胶伸缩缝，使用中虽将其改造为型钢缝，但其与桥面板锚固不牢，缝内未设传力杆，当车辆移动活载作用于桥面时，沿桥面纵向活载无法传递于伸缩缝两侧相邻行车道板，致使伸缩缝两侧车道板产生不均匀的扰度，导致车道板损坏严重。

三、维修加固方案

    针对本桥现状及病害成因分析，设计中曾拟定多种方案，由重庆市交委主持，邀请重庆交通学院，公路设计、科研、质检部门专家进行了论证，形成二种方案进行比较：一是尽可能在现有桥梁状况下，针对不同部位、结构、构造进行维修加固；二是拆除纵梁，于立柱上加设帽梁形成框架，废弃现有横置板，于框架上设置纵向行车道板，增加桥面及引道标高的桥梁改造方案。经专家论证，第二种方案虽可行，但投资较大。第一种方案投资较少，经维修加固后仍可满足汽车––超20级，挂车––120荷载使用要求，因此决定采用第一种维修加固方案实施。其维修加固方案如下：

1、裂缝治理
    在对全桥进行补强之前，对于大于0.15mm的裂缝采用恒定低压压注改性环氧灌缝胶的方法，恢复结构整体性。对于0.15mm以下的裂缝采用封闭处理。

2、对拱肋的处理
    根据拱肋各部分受力不同，拱脚至拱上第一根立柱间采用上缘加厚30~20cm厚补强混凝土；配16ф32钢筋（单肋）。第一根立柱至拱上垫墙上缘加20cm厚补强混凝土；配16ф25钢筋（单肋），并延长经垫墙段与拱顶段内主钢筋焊接。拆除拱顶段15.2cm范围内桥面板及拱上垫墙，整体浇注其桥面板及垫墙，并与拱圈形成整体。为使拱肋顶板与现浇混凝土形成整体，采取凿毛新旧混凝土结合面，在原拱肋顶板上植入ф12连接钢筋与拱肋配筋焊接。
    在拱肋立柱根部采用A235钢板环抱立柱根部作为连接件，纵向钢筋焊接于连接钢板上，确保拱圈纵向主筋受力的连续性。详细见主拱圈加固构造图。

    拱圈拱脚处植入16ф32主筋的长度为100cm，为加强拱座处的受力连续性，由于原拱座配筋较弱，对全桥拱座凿毛，加铺一层ф12间距15cm的钢筋网，并植入一定数量的ф12cm架立钢筋，在原拱座上浇铺一层50cm厚的补强混凝土，防止拱座开裂。

3、对纵梁的处理
    采用加高、加厚纵梁增大其抗弯及抗剪刚度的方法，在纵梁底部浇筑20cm厚，侧面浇筑12cm厚补强混凝土，加配ф25纵向受力筋及U型箍筋，在原混凝土表面凿毛、植筋及局部焊接钢筋等方法增强新旧混凝土的结合。详见纵梁加固构造图。

4、对桥面板的处理
    ① 端板的处理
    对伸缩缝两侧1~3#板更换，增加板跨中厚度，更换板整体浇筑，端板间铰缝增设五处传力杆。详见端部桥面板构造图（图中：A、B、C、D切面尺寸及相应钢筋构造图略）

    ② 拱顶实腹段处理
    拱顶15.2m范围内桥面板设计为现浇板与垫墙、拱圈形成整体。详见拱顶现浇桥面板钢筋构造图。

    ③ 桥面板铰缝处理
    为保证桥面板按铰接板整体受力，对横置板铰缝进行改造；对保留行车道板的顶面、侧面进行清凿，露出石子，缝内增设螺旋钢筋、纵向钢筋及П型纵向钢筋；两相邻横置板植筋（ф12）及加设纵向筋与桥面铺装层钢筋网连接成整体，铰缝内再浇筑小石子混凝土。详见企口钢筋构造图。

    5、对桥面铺装层的处理
    由于桥面横置板设计是按铰接板法计算内力，设计时考虑了铺装层参与板的受力，为保证计算模式的正确即铰缝的传力刚度，取消原沥青混凝土和防水混凝土面层，凿毛清洗桥面板顶面，改作10cm单层钢纤维混凝土，并加强桥面铺装钢筋网参与铰缝受力。更换伸缩缝，加设伸缩缝传力杆。在纵梁与垫墙交接处取消原施工中增设的伸缩缝，加密钢筋网设置桥面连续，详见桥面铺装及连续构造图：

    6、对横置板支承面处理
    原桥面板与纵梁或垫墙的接触面为砂浆连接，部分板脱空支承，板的竖向荷载无法均匀传递，板的受力不明确且桥面板的振动较大。对桥面板与纵梁、垫墙接触面两边清缝，并冲洗干净，风干后用改性环氧砂浆腻子条封面、并埋设灌嘴，待其指触干燥后再压入化学粘接剂，保证板与纵梁或垫墙之间有效接触和传力。

    7、对防止角压碎的脱空处理
    纵梁顶面两侧边缘5cm不灌填建筑胶，使纵梁边缘与桥面板脱空，在纵梁顶面两侧边缘粘贴橡胶条后再浇注混凝土，使桥面板与纵梁边缘脱空。伸缩缝处两侧新浇端板。

四、施工措施及工艺

    1、裂缝治理
    采用Ha系列胶粘接剂双组份产品，按规定配比均匀混合，甲、乙组份产生高子化合反应，固化后的综合强度指标均大于混凝土本身强度，耐老化性国际认为30－50年。Ha系列胶粘剂产品抽检后由国家合成树指质量检测中心检测，结果如下：
    ①、Ha74：断裂伸长率92％；剪切强度10.3Mpa；粘度860 Mpa.s；
    ②、Ha71：断裂伸长率88％；剪切强度14.3Mpa；粘度200Mpa.s;压缩强度55.9 Mpa；
    ③、Ha64：压缩强度60.8 Mpa，剪切强度8.86Mpa。
    对拱圈、桥台、车道板等部位的裂缝和缺陷进行压浆或封闭治理。依据《成渝高速公路濑溪河大桥检测报告》。对裂缝的宽度在0.15 mm以下采用封闭的方法处理。用钢丝刷清除裂缝及修补表面的杂质，再用高压气泵吹去缝内及表面尘土。修补表面必须干燥不沾水，将Ha74粘接剂与水泥调合成膏状（水泥用量一般20－40％，固化时间一般以2小时为佳，温度高、混合胶的反应速度加快，用胶量相应减少）用灰刀均匀涂沫在修补表面上，厚度不少于3mm，沿缝宽约10cm左右边缘应整齐、美观。
    对裂缝宽度在0.15mm以上，则采用恒定低压压注改性环氧化学浆液进行裂缝灌注。用钢丝刷或刮刀清除裂缝表面杂物、浮浆，用高压气泵吹净裂缝中的尘土，裂缝必须干净。在裂缝表面用Ha64与水泥调配成浆液进行封闭。将Ha71胶液甲乙组分按甲、乙3：1（重量比）均匀调配并将其装入压浆罐内，用高压植筋枪（恒压3Mpa）将Ha71灌缝胶液向灌嘴内注胶，让胶液在重力和毛细作用下渗入裂隙中。较深的裂缝可以每隔10分钟重复注胶直到相邻灌嘴吸胶饱满为止。注胶完毕后，用环氧树指砂浆罩面、打磨、使修复裂缝表面恢复如新。
    2、对原结构表面的处理
    对拱肋顶板、拱座及纵梁进行加厚、加宽，浇筑表面补强混凝土以及对利用原车道板顶面、两侧（设铰缝处）表面必须进行凿毛，露出表面石子。对于凿毛后的原结构表面必须用高压水充分冲洗干净（必要时可使用混凝土界面胶粘剂涂抹）后才能浇筑混凝土，使新浇的混凝土与原结构形成更为牢固的整体。
    3、原结构表面植筋施工工艺
    本桥植筋部位有拱座、拱肋顶板、纵梁底部及两侧、横置板铰缝两侧水平面以及实腹段垫墙部位。植筋钢筋为普通II级钢筋。植筋所采用的化学剂为Ha81稀剂胶；结构底面（倒植筋）采用Ha81干剂胶。该产品具有极强的粘接力，优异的机械性能，抗振动负载力强，主要用于桥梁植筋锚固。由于Ha81锚固剂与钢筋的粘接强度远大于混凝土的抗剪强度，因此无必要对Ha81锚固剂进行检测。对于植筋ф12钻孔采用日立牌（HITACHL）冲击电锤。
    对于拱肋顶板、纵梁等结构植筋，由于原结构内钢筋位置不便量取，植筋钻孔前，采用钢筋保护层厚度探测仪对原结构内的钢筋位置进行判定，保证钻孔不损坏原结构内的钢筋。当按设计文件钻孔会损坏原结构内钢筋时，则采取沿纵向主筋两侧调整孔位，孔内植筋与补强混凝土内主筋连接间差距，则由植筋加焊短钢筋与补强混凝土内主筋焊接形成其钢筋骨架。
    对于拱肋拱座植筋钻孔，由于植筋多，孔径大（D37）、孔深（L=1000mm），采取逐根钻孔、植筋，待达到强度后，再钻第二孔及植筋。拱座处植筋ф32为受力主筋，因此对钻孔及植筋药剂均有特殊的要求。本桥采用进口喜利得（HILTI）钻孔系列钻机，该钻机为薄壁空芯钻机，其产品具有可导向定位，震动小，不损坏原结构表面，成孔快速，成型孔径、孔深准确的特点。钻孔成型后，用高压水反复冲洗孔内尘土，待冲净后，用电阻发热管烘干钻孔，采用喜利得专用空压机植筋枪压入进口喜利得（HILTI）植筋粘接剂HIT－HY150（因植筋粘接剂粘接力远大于混凝土抗剪强度，无必要对粘接剂进行检测），将植筋插入胶孔内，并排出孔内空气，形成真空，使植筋更为牢固可靠，详见下列植筋施工顺序图：

    4、桥面横置板的处理
    对原桥面横置板的利用，由西南交通大学工程检测中心逐块板进行全面检查确认。为保证板间铰缝的传力作用，将无法利用的原横置板伸出之搭接钢筋重新植入ф12钢筋，增设铰缝纵向受力筋。对原可利用的桥面横置板的顶面、侧面进行凿毛、露出石子、冲洗干净；待铰缝风干后，用10＃砂浆填实下部1.0cm缝隙，再用40＃小石子混凝土浇筑全部板间企口缝。
    横置板与纵梁或垫墙支承处间隙，采用Ha64化学粘接胶液压注填塞。用钢刷清除表面杂物，再用高压气泵吹去间隙内及表面尘土，修补表面必须干燥，不带水。采用环氧树脂5份＋乙二氨1份＋二丁脂1份＋水泥调成胶状，将注胶管嘴按40cm－50cm间距埋入缝内，预埋注胶管嘴之间缝隙仍用环氧树脂封闭，待达到强度后；采用Ha64胶液的甲乙组分按甲：乙＝3：1重量比均匀混合，将混合胶装入专用恒压灌注器内芯中，并将恒压灌注器套装在裂缝预埋灌胶嘴上进行灌注，直到相邻灌嘴溢胶为止，取下灌注器，用快封胶封闭灌胶嘴。待2－3小时Ha64固化后，再去除灌胶嘴，用砂石及水泥、修补剂调配成原结构表面颜色进行罩面，待达到强度后，用砂轮机打磨表面，使其表面恢复如新。
    5、桥面铺装层处理
    桥面铺装层浇注前，全面认真冲洗，去除杂质。在拱顶及端板现浇段，为保证在铺装层混凝土浇注过程中钢筋网的安装位置准确，不使钢筋网下塌，采用50cm×50cm间距设置短钢筋支撑钢筋网，并与之焊接，以确保钢筋网不下塌，最后对桥面进行刻纹防滑处理。

五、质量检测

    本文对濑溪河大桥维修加固工程施工中的裂缝压浆饱满度及植筋抗拔检测进行论述；该项检测由西南交通大学工程检测中心进行，相关检测情况如下：
    1、压浆饱满度检测
    检测依据：CECS21：200《超声波检测混凝土缺陷技术规程》。当超声波跨越裂缝传播速度与无裂纹混凝土（裂缝附近）中的传播速度之比大于90％时，压浆饱和度即大于90％。
    经检测：对裂缝在0.15mm以上的裂缝采用恒定低压压注改性环氧化学浆液灌注后，对全部其压浆饱和度进行超声波检测，最大声速比99.5％，最小声速比91.4％，全桥裂缝压浆饱和度平均声速比95.6％，压浆饱和度均大于90％，满足上述技术规程要求。
    2、植筋抗拔检测
    检测依据：GBJ50086－2001《锚杆喷射混凝土支护技术规范》，本桥对拱肋拱脚、顶板，纵梁及桥面横置板铰缝两侧进行植筋，植筋规格分别为ф32及ф12承包商按植筋总数的0.6％进行自检，业主按自检总数的20％进行抽检。
    ф32植筋设计抗拔力≥203KN，检测中按8.8 KN、17.6 KN、26.4KN、211.2 KN四级恒载各5分钟进行抗拔检测。ф12植筋设计抗拔力≥29.9KN，检测中按29.9KN恒载5分钟进行，对全桥自检及抽检的所有植筋均满足设计要求。

六、维修加固后桥梁运行效果

    本桥于二OO二年五月中旬开始施工，右幅九月中旬开放交通营运，双向行驶，当年十二月中旬全桥交付使用，至今使用状况良好，经检测观察，具体体现在：
    1、车辆行驶桥上，桥梁无异常振动声。
    2、桥下观察，横置板间无任何渗水现象发生；板缝干燥无潮湿迹象。
    3、横置板与纵梁或垫墙间支承无脱空现象，支承更为密实，受力更为均匀合理。
    4、由于拱顶实腹段及伸缩缝两侧端板采用整体现浇，增加了板厚与配筋，并加设了五道传力杆，结构刚度大大加强，桥面无明显振动和扰度产生，平整度更佳。
    5、桥面伸缩缝采用FD－80及FD－40以及用专用防水条，桥面行车无跳车现象，舒适度良好。
    6、取消原施工中在纵梁与垫墙交接处增加的伸缩缝，加密桥面铺装层内钢筋设置桥面连续铰缝；加设横置板间企口门型和螺旋钢筋与铺装层内钢筋连接形成整体；加密铺装层内钢筋间距和增大钢筋直径，使桥面结构刚度大为提高，减少了横置板扰度，使桥面行车更平稳。

七、结束语

    本桥经上述维修加固实施后，开放交通以来，桥梁使用效果良好，未发生异常不良状况，完全能满足在设计荷载下车辆对桥梁的使用要求。本桥维修加固直接工程费350万元，实践证明是最佳维修加固方案。
    施工中对不同结构、不同部位裂缝的封闭、压浆灌缝、植筋等工艺积累了一定经验，并对高速公路上的大型桥梁在正常营运状态下，如何针对高速公路的特点进行维修，加固、改造积累了经验,为今后类似工程施工提供了宝贵的借鉴。相关的施工工艺，有待于在今后相应的工程实践中不断总结、完善和提高。对化学粘胶浆液相关技术指标的要求，目前国家尚未颁布设计及施工规范，有待于在今后的工程实践中不断完善和总结，以便颁布相应的设计、施工规范，以利指导工程实践和施工。