丁家窑T型梁桥加固维修设计与施工

王煜寿

(甘肃省白银公路管理段,甘肃白银 730900)

丁家窑T型梁桥加固维修设计与施工

王煜寿

(甘肃省白银公路管理段,甘肃白银 730900)

装配式T型梁桥在正常运营中,由于超载、超重车辆的作用,加之设计施工等方面的因素,造成横隔板连接件断裂、脱焊、混凝土脱落、铁件外露,桥梁刚度下降、稳定性差。本文以丁家窑桥为例介绍了装配式T型梁桥横隔板连接件断裂、脱焊这一常见病害在日常养护中的维修。

装配式T型梁桥 病害 加固维修

1 桥梁概况

国道109线K1604+880丁家窑桥,于1989年建成通车,上部结构为1-16m钢筋混凝土装配式T型梁,桥长32.28M,桥面宽净-11+2×0.5M安全带,下部结构为U型桥台,混凝土扩大基础,设计荷载：汽-20级,挂-100级,桥梁设计按抗震烈度8°设防。

2 桥梁使用情况

装配式T型梁桥作为一种常见的桥梁型式,因其自重轻,施工简单而广泛应用。随着近年来经济的快速发展和交通量的迅速增长,交通运输日益繁重,过桥车辆日趋大型化、重型化,特别是大吨位车辆运输急剧增加,使桥梁经常承受远大于设计荷载的负荷作用。造成T型梁横向连接强度不够、横隔板抗剪能力和桥梁承载能力严重不足,在车辆经过时有明显的振感,影响行车的舒适性和安全运营。

3 病害原因分析

丁家窑桥经过二十余年的运营,横隔板连接件钢板断裂、脱焊、混凝土脱落、铁件外露情况十分严重,为确定病害原因,我段桥梁工程师对该桥病害进行了详细地观测调查,确定了具体的破损部位、数量及破损形式,并对其分析后确定：断裂的连接件大多位于主行车道的处,其破坏的主要原因为：

图1

图2

(1)超载、超重车辆过桥时,致使梁体底部张力过大,造成连接件钢板拉裂、脱焊,横隔板抗剪能力和桥梁承载能力严重不足。

(2)梁体吊装施工中,因安装位置误差致使两片梁之间横隔板内的预埋件不在同一平面上,使得按原设计制作的连接件不能与预埋件牢固焊接,致使连接件钢板在外荷载作用下产生扭曲断裂、脱焊。

(3)连接件钢板设计厚度不足或截面尺寸偏小致使连接件抗拉强度不足,造成连接件断裂、脱落。

(4)焊接人员本身的焊接技术不过硬,采用的焊条、电焊机型号不符要求,造成焊接质量不高,导致连接件脱焊。

4 加固维修方案

为探索最佳、最经济有效的加固方案,为以后横隔板加固积累经验,结合其它已成功实施的加固技术,制定以下维修方案：

(1)对锈蚀、断裂的横隔板连接钢板、抹面砂浆予以拆除,将预埋在梁体内的钢板预埋件进行除锈处理,采用Mn16钢板重新加工焊接,焊接完成后采用环氧树脂砂浆抹面,以保护钢板,防止生锈。

(2)为加强梁体之间的横向刚度,在原横隔梁位置下部各增设一道横系梁,增设的横系梁采用20a型工字钢。为使工字钢和T梁结合牢固,在梁肋下端和侧面分别粘贴1.2cm厚钢板,下端钢板直接与工字钢焊接,侧面钢板用2cm厚钢板与工字钢搭接焊。

5 施工工艺

(1)破损横隔板修复。首先,人工凿除破损横隔板连接件表面的混凝土,沿连接件边缘线适当扩大凿出范围,清除四周松动、风化的混凝土,直至洁净混凝土外露,以保证焊接完成后混凝土修补效果。采用氧气割焊切除已经断裂的连接钢板,重新加工制作连接件钢板,将12mm厚的钢板按照预埋件的长度切割成长12cm、宽6cm的条形钢板,将按规格加工好的条形钢板表面及横隔板预埋件钢板表面进行打磨除锈,直至钢板表面平整、无锈迹、无局部弯曲。下料时采用半自动切割方法,切割边洁净、表面光滑、无毛刺、咬口,以确保钢板之间焊接质量达到要求。在预埋件的下边缘处确定合格的位置,安置切割好的钢板条后,对连接件施焊。焊接时焊缝必须布满连接件的边缘,以确保焊接的牢固性,焊缝应连续均匀,避免虚焊、假焊、浮渣、焊瘤、弧焊、表面裂纹等现象的出现。焊接时应根据焊接钢板的厚度选择适当的焊条施焊,同时应注意调整电焊机的电流大小,以能连续施焊、无阻滞为宜,电焊机的电流过大会使连接件过焊、在其表面形成弧焊,同时也会在焊缝附近一定范围内形成热脆区,影响钢板的抗拉性能。焊接完成后采用环氧树脂砂浆抹面,其厚度不小于2cm。横隔板修复后效果如图1所示。

(2)增设横系梁。除焊接连接件的钢板、修复破损的横隔板外,还在T梁梁底(每道横隔板竖直位置处)横向增设20a型工字钢横系梁,以增强桥梁的整体横向联系。为使工字钢和T梁结合牢固,在梁肋下端和侧面分别粘贴1.2cm厚钢板,下端钢板直接与工字钢焊接,侧面钢板用2cm厚钢板与工字钢搭接焊。1)加工钢板。钢板采用Mn16锰钢,质量规格符合有关规范要求,表面应洁净、平整、无局部弯曲,无变形、松脱和开裂,钢板必须除锈至呈现金属光泽并保持干燥。按锚栓设计位置对钢板钻孔,孔的边缘应清除毛刺。2)被粘混凝土和钢板粘合面表面处理。仔细凿除崩裂、起壳和腐蚀的混凝土,须凿至坚硬密实部分为止。为了保证新浇混凝土与老混凝土之间在周边粘结良好,凿除部分的周边应有碗口形明显轮廓,周边轮廓深度至少3cm。对无病害的老混凝土用斩斧在粘合面上依次轻斩混凝土表面,斩斧纹路应与受力方向垂直,除去表面0.2～0.3mm以露出砂石新面,用毛刷扫除表面粉粒,并使混凝土粘合面干燥清洁。钢板粘合面可用喷吵或平吵轮打磨除锈,直至出现金属光泽,钢板粘合面有一定粗糙度,打磨纹路应与钢板受力方向垂直,用无油棉丝蘸丙酮擦拭钢板粘合面,直到用新棉丝蘸丙酮擦拭后不见污垢为止。3)钻孔。按设计要求的孔眼位置在混凝土粘合面上选用与膨胀锚固螺栓相应直径钻头用电钻(冲击钻)钻孔。由于钢筋混凝土内有钢筋,而且钢筋实际位置与设计误差较大,容易在钻孔时碰到钢筋阻碍,故需用钢筋探测器确定钢筋位置,并允许为避免内部钢筋而适当移动孔眼位置。待混凝土粘合面上孔眼全部钻成后,用薄纸覆盖在混凝土面上画出混凝土孔眼位置;然后覆盖到钢板粘合面上,用电钻钻取相应孔眼,以使孔眼对准无误;然后把有孔眼的钢板覆盖到混凝土粘合面上。核对孔眼位置,如不吻合还需修正。钻孔应清理干净,保持干燥,不得有油污。4)建筑结构胶涂敷和粘合。钢板粘贴应选择在干燥环境下进行;使用的结构胶应符合基本性能要求,结构胶技术要求：抗剪＞18N/mm2,抗拉＞20N/mm2。胶料应严格按比例称量配比,充分搅拌不得有沉淀色差,容器内应清洁,不应有灰尘、水分和油渍混入,两组料配合后必须在30min内使用,否则开始固化后就无法粘合。将新配合好拌和均匀的建筑结构胶用刮刀(铲刀)紧密地、均匀地分别涂抹在做过表面清洁处理的混凝土粘合面和钢板粘合面上,使之充分浸润在粘合面上。在混凝土孔眼中挤入结构胶,塞上螺栓(螺栓也要用丙酮擦试除油污)。在板宽中央涂抹胶的厚度达3mm,两侧可薄一些,并由多名技术工人共同托住钢板对准螺栓向混凝土粘合面粘合,并迅速拧紧螺栓钳固钢板,使钢板与混凝土粘合面紧密粘合,挤出多余建筑结构胶。应对涂胶饱满程度进行检查,用手锺沿粘贴面轻轻敲击钢板,如无空洞声表示已粘贴密实,否则应剥下钢板,重新补胶粘。拌和的建筑结构胶基本固化时间约24h,此后即可受力。固化后,应用小锺轻轻敲击钢板,由声响判断粘结效果。粘结面积应不小于90%,否则此粘结不合格,应剥下重新粘贴或采取有效措施补粘或补强。5)工字钢焊接。下端钢板直接与工字钢焊接,侧面钢板用2cm厚钢板与工字钢搭接焊。焊接工作要在粘贴3天后进行,在焊接时要注意不能长时间作业,以免引起结构胶失效。钢板焊缝长度和宽度符合要求。

(3)钢板防锈。应先将裸露在外面的钢板表面除锈,再用丙酮或酒精除去油污,并保持干燥,进行清洁处理后,才后进行涂刷,后涂必须在前涂固化后才能进行,涂刷采用环氧富锌底漆两道和云铁氧化橡胶面漆一道方式进行防腐。增设工字钢效果如图2所示。

6 加固效果

丁家窑桥在加固后,桥梁整体刚度明显增大,稳定性增强,重车过桥时,再无振感,运营二年以来,T梁横隔板再无破坏,绞缝处混凝土完好无损,各种连接件也无变形。说明该桥的加固方案是有效的,设计是合理的,施工技术也是成熟的。

7 结语

通过对丁家窑桥的成功加固,结合其它已成功实施的加固技术,已探索出了一最佳的、经济有效的加固方案,为同类桥梁加固维修和设计与施工积累了宝贵经验。装配式T型梁横隔板连接件断裂脱落是T型梁桥养护中常见的病害,也是不容忽视的病害,直接影响到桥梁的安全使用,应做到早发现早处治,早起处治可避免连接件断裂处周围的连接件因承载过大而引起连锁反应,减轻日后处治的难度,保证桥梁的安全使用。

[1]《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008).

[2]《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG/T J32-2008).

[3]《公路桥涵施工技术规范》(JTG_T_F50-2011).

[4]《公路桥涵施工技术规范》(JTG H11-2004).