摘要：本文介绍了湖北某公路桥梁存在的病害现状，病害产生的原因分析以及病害综合整治所采用的新工艺、新材料。其中，2000余吨箱梁整体顶升、纠偏、平移复位修复桥梁的施工技术在国内尚属首次，同时，支座更换及维修，裂缝灌胶及封闭，粘贴钢板及碳纤维布等桥梁加固处理的新技术、新材料在该加固工程中得到综合、有效的运用。
关键词：桥梁 病害 整体顶升 加固 维修
1 工程概况
1.1 桥梁概况
湖北某公路桥梁总长128米，跨径组成29＋35＋35＋29米，为四跨钢筋混凝土连续箱梁大斜度斜交桥，斜交角41°。下部结构为柱式墩、台、桩基础。主梁采用单箱单室断面，箱梁底板设为平坡，桥面横坡由箱梁腹板变高形成，横坡为1.5％。箱梁中心线处梁高为160cm，底侧腹板处梁高156.25cm。主梁结构上、下幅完全分离。箱梁顶板宽为1100cm，底板宽为500cm，共设斜横隔梁5道，正横隔梁8道。桥梁结构形式见下图：
图1 桥梁结构形式图
该桥1992年建成通车。在施工期间曾出现过梁体裂缝、桥台桩柱裂缝和支座挤出偏位等问题，曾采取相应措施进行了处理。运营过程中，桥梁总体情况尚属安全，但陆续出现了梁体偏转及支座挤出偏位；桥头搭板位移；主梁腹板、底板及顶板上出现裂缝；桥面铺装层、人行道栏杆、桥头引道等部位出现了不同程度、不同种类的病害，并有逐年加剧趋势。
1.2 桥梁病害情况
（1）梁体横向错位、转动；（2）支座偏移；（3）桥头搭板位移；（4）伸缩缝断裂；（5）混凝土开裂；（6）其他病害。
2 加固方案设计
2.1箱梁病害的原因分析
（1）伸缩缝设置不合理，伸缩量太小，根据计算最小伸缩量应≥10cm（原设计6cm），致使伸缩缝严重破坏。
（2）由于箱梁裂缝、梁体下挠以及温度应力等因素，使梁体伸长（10cm），而原桥伸缩缝过小的伸缩量（6cm）严重阻碍了梁体自由伸缩。另外，该桥箱梁为斜交设置（斜交角达41°），致使主梁发生向锐角方向的水平转动错位。
（3）搭板设置不够合理，其结构型式为“L”，一端搁在挡土排架，一端搁在桥台上，桥台上设四氟滑板。由于温度应力，路面膨胀伸长时将搭板向河道中心推移后，无法回位，导致搭板移位。
（4）箱梁结构截面尺寸偏小，顶、底板厚度较薄，最小梁高为156.3cm，仅为跨径的1/22.4，虽然结构计算强度满足要求，但桥梁跨中产生了较大的下挠（49.7mm）而引起裂缝产生；
（5）箱梁结构正、负弯矩区纵向主筋配置偏不足，墩顶截面承载力不满足规范要求，计算裂缝宽度超过规范要求；
（6）腹板抗剪斜筋配置不足，设置范围较小，箍筋直径选取偏小，按配箍率要求，箍筋设置的最大间距为15cm，而原设计有20cm；
（7）施工期间梁体本身就有裂缝出现及支座挤出错位情况发生，运营期病害有进一步扩大的趋势；
（8）支座设置存在不足，不能有效限制梁体横向位移。
2.2设计加固施工方案
为了提高结构本身的承载力，确保结构耐久性和安全性，针对本桥的病害现状，先使用特制千斤顶将箱梁整体顶起并顶推纠偏、平移复位，然后对结构本身的裂缝采用下列方式加固处理：（1）压注浆体及封闭裂缝加固；（2）粘贴钢板条加固；（3）粘贴碳纤维布进行加固；（4）伸缩缝更换；（5）桥头搭板重做；（6）支座更换；（7）桥体修饰处理等。
2.3主要施工工艺（见图2：施工工艺流程图）
图2 施 工 工 艺 流 程 图
3 主要施工方法
3.1桥梁顶升及纠偏、平移施工
桥梁整体同步顶升、顶推主梁平移复位的桥梁加固技术在国内属首次采用，且梁重达2000余吨，长达128m，属细长杆体系，操作不当，极易发生扭曲破坏，因此，也不同于一般的框架结构建筑的顶升移位，所以是本工程成败的关键及主要技术难点。
为了确保支座安装后上座板与下座板的相对位置更加准确，先采用16台特制千斤顶将主梁竖向顶升10cm，然后放置滑移垫板上，横向采用4台千斤顶同时顶推主梁，使主梁复位；当水平位置准确无误后再次顶升主梁，进行支座的更换与维修；支座更换及整修完毕后将主梁放在新修的支座上。主要施工步骤如下：
（1）施工准备：搭设顶升施工平台，安装施工监控设备等。
（2）在帽梁上设置钢筋混凝土挡块，作为主梁纠偏、平移的顶推反力支点。
（3）在主梁底板与帽梁顶面间的间隙内设置16台特制千斤顶，其中每个桥台上设千斤顶2台（共4台），中间各主墩每个设千斤顶4台（共12台）。为确保梁体整体平衡、起落同步，同一桥墩所有千斤顶的起顶和回油由1台高压油泵控制。主梁顶升过程见图3。
图3 主梁顶升进行中 图4 主梁纠偏平移
（4）将主梁顶起10cm，并放置在滑移垫块上。
（5）设置安装横向顶推及限位千斤顶，共设10台，中间主墩上2台千斤顶作限位用，其余4墩，每墩2台（1台顶推，另1台限位），同时4台千斤顶，顶推主梁。分次平移，控制主梁的一次平移量不超过1cm，监控主梁线形。主梁平移过程见图4。
（6）当主梁横向就位后，再次顶升主梁，撤除滑移垫块后，开始支座更换与维修施工。两幅主梁除两端桥台处共8个支座更换为GPZ（Ⅱ）3.5DX型的单向支座外，其余支座进行维修。
（7）当支座更换与维修施工完成后，经复核主梁中轴线与原设计中轴线一致后，即可放下主梁，支承在更换及维修后的支座上，主梁放置施工步骤与主梁顶升施工步骤相反。
3.2桥梁修复补强工程
裂缝灌胶、封闭以及粘贴钢板所采用的基胶均为我局自行研制生产的K-801快速修补结构胶。该胶具有操作方便，固化温度允许范围大（-15℃～40℃），固化时间灵活可调，粘度低可灌性好，抗压、抗拉、粘接强度高，抗老化性能好等优点。
在裂缝灌胶、粘贴钢板前，均对K-801结构胶进行了力学性能试验和模拟试验，其试验结果均符合设计要求。
（1）裂缝灌胶及封闭
对于缝宽≥0.20mm的裂缝采取灌注K-801胶加固方法，即是将K-801胶浆液注入结构物内部缝隙中去，以达到封闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的，使混凝土构件恢复整体性。
对于缝宽＜0.20mm的裂缝采用封闭处理。首先，沿裂缝将混凝土用尖凿凿成“V”形槽，槽深20mm，宽30mm，用毛刷清除槽内浮尘；之后在槽内均匀涂刷一遍K-801胶液；然后用K-801胶泥将“V”形槽填充至表面平整。
（2）粘贴钢板
此次加固主要采取的是在主梁支点1/4L范围内在腹板外裂缝区粘贴钢板条（钢板条的粘贴方向与裂缝方向垂直）及凿除顶板顶面铺装层后粘贴钢板条，外加M10膨胀螺栓连接来达到加固的目的。其中：钢板采用16Mn钢，加工成宽60mm、厚6mm的带状，锚固螺栓采用M10，粘结剂采用K-801胶泥（K-801胶、水泥、固化剂及促进剂按一定比例配制而成。
钢板条粘贴时，首先用丙酮清洗凿毛后的砼表面以及打磨成毛面后的钢板条粘贴面，表面涂一层K-801胶液，然后将K-801胶泥均匀的抹在钢板上，厚度为5mm左右，中间厚两边薄成鱼脊状，随后将钢板孔对上混凝土面上的膨胀螺栓孔眼，将螺栓打入，加上垫片，紧固螺母，进行加压成型，使多余的胶泥沿钢板边缘挤出，使钢板密贴在混凝土面上，粘贴牢固。
（3）粘贴碳纤维布
在主梁每跨跨中0.65L（单跨长度）长度范围的底板表面采用粘贴一层碳纤维的加固方法进行梁体结构补强。碳纤维材料具有优异的物理力学性能，抗拉强度高于普通钢材的10倍以上，弹性模量与钢材较为接近，粘贴于箱梁底版跨中可很好的增强梁体的整体强度；同时，碳纤维比重仅为钢的1/4，基本不增加原结构自重及截面尺寸。
本加固工程碳纤维布采用UCP-300型贴片，抗拉强度≥3400Mpa，弹性模量≥2.35×105Mpa，延伸率≥1.4%，厚度0.167mm。
施工顺序为：
施工准备
混凝土表面处理
底层树脂配制并涂刷
找平材料配制并对不平整处修复处理
浸渍树脂或粘贴树脂的配制并涂刷
粘贴碳纤维片材
表面防护。
首先，清除梁体底板表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土并被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构砼新面。将混凝土表面清理干净并保持干燥。
底涂作业：将配制好的底层树脂用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面指触干燥时即进行下一步工序施工。
找平处理：配制找平材料，将混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有楞角，如表面有滴挂现象，则需用打磨机打平后方可贴碳纤维布。待找平材料表面指触干燥时即进行下一步工序施工。
粘贴碳纤维布：按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位，用特制的滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布。
4 施工监测
2000余吨箱梁整体顶升、平移复位的施工工艺在国内尚属首次，没有经验可以借鉴，因此，梁体的安全尤为重要，在顶升、平移过程中，我自始至终对梁体进行了监测。
1、每个桥墩处采取桥下、桥面两处共同量测起顶高度的双控法来实现对顶升高度的监测，发现不平衡及时调整。
2、在箱梁每跨跨中裂缝的最大缝宽处布设千分表，共设8块，对梁体的稳定性进行全程监控，若发现千分表读书突变或千分表累计变化达到100（即0.1mm），则应立即停止主梁顶升，查明原因，使变形恢复后方可继续进行。
5 结语
（1）随着现代交通运输业的不断发展，作为公路咽喉设施的桥梁结构在施工及运营过程中，常会产生各种各样的缺陷和损伤，产生的原因也是多方面的，这就要求我们桥梁建设工作者在新桥设计及施工技术上不断求实创新，在危桥的加固处理技术上进行多方案比选，选择具有针对性的病害整治及加固处理方案。
（2）本工程的关键工序2000余吨箱梁整体同步顶升、纠偏回推主梁复位的桥梁加固技术在国内属首次采用。安全、可靠是不容忽视的，经过认真的研究分析和计算，认为箱梁现有结构可以承担顶升过程中的受力和挠度变化，整体顶升平移是可行的。
（3）现代桥梁结构形式多种多样，由于多方面原因，桥梁出项病害后的情况也各不相同，利用现代高新技术材料进行结构加固，多种工艺相结合、对症下药、综合治理，是增强加固效果、减少加固成本的一种有效途径。
作者简介：窦昕玥 女 1993 助理工程师 硕士 主要从事旧桥维修加固及桥梁结构索体更换研究
论文作者:窦昕玥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：支座论文; 裂缝论文; 桥梁论文; 病害论文; 结构论文; 碳纤维论文; 钢板论文; 《基层建设》2019年第17期论文;