板梁桥黏贴钢板加固方法及其控制要点

叶敬元 于心然

摘 要：以为3 m*10 m装配式预应力混凝土空心板梁为例，阐述黏贴钢板加固方法及控制要点。

关键词：空心板梁;预防性养护;粘钢加固

中图分类号：U445.72 文献標识码：B

《公路工程技术标准》（JTJ 001-97）（简称97《标准》，下同）、《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）（简称89《规范》，下同）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85，简称85《规范》，下同）中，最高的车辆荷载标准是汽-超20，挂车120。1985年至今，该标准和规范已经作过两次修订，目前是《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）（简称2018《规范》）。现行汽车荷载采用车道荷载+车辆荷载组成。特别是对跨径5 m桥梁，集中荷载PK由《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）的180 kN提高到2014《标准》的270 kN，在跨径5 m～50 m之间按直线内插（270 kN～360 kN），即2018《规范》公式PK=2（L0+130）。标准及规范的修订以及实际交通量的变化，对桥梁使用造成一定的影响。针对当年按97《标准》、85及89《规范》设计的小跨径板梁桥，在不满足现行规范和实际运营荷载的情况下，如何采取预防性养护措施，是现役桥梁运营管理面临的一个课题。其中粘钢加固是有效的措施之一。

1 工程概况

某高速公路于2001年底建成通车。采用的是上述97《标准》、85和89《规范》。该高速公路上的小跨径空心板梁，梁底出现了一些纵向裂缝等病害，如图1。

该桥的上部结构为3 m*10 m装配式预应力混凝土空心板梁，下部结构为双柱墩、U型台。桥梁立面图见图2和空心板梁断面图见图3。

2 板梁弯矩的计算

2.1 计算模型及参数

混凝土材料力学性能：10 m预制板混凝土采用40号混凝土，容重γ=26 kN/m3，弹性模量 E=3.25×104 MPa。收缩徐变时间考虑成桥10年，即3 650天;预应力钢绞线采用 ASTMA416-87a标准270级φj12.7 mm，公称面积98.7 mm2，标准强度Ryb=1 860 MPa，弹性模量E=1.95×105 MPa;张拉控制应力：10 m板预应力钢束张拉控制应力为1 339 MPa;

汽车荷载：汽车荷载采用车道荷载加载;冲击系数：按照《公路桥涵通用设计规范》JTG D60-2015 4.3.2 条规定计算;整体升、降温：按升温25℃，降温20℃考虑。

2.2 抗弯承载能力计算结果

本次设计荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）取公路-I级。10 m跨径小板梁桥在荷载基本组合作用下的跨中弯矩效应值和承载力见表1。

由表1可知，板梁的抗弯承载力与效应值相差较大，承载力不足，不满足现行规范要求。虽然目前板梁尚未出现横向裂缝，但承载能力储备不足，还应提前介入，采取预防性养护措施，防患于未然。

3 预防性养护方案

根据表1计算得到的承载力与效应值进一步计算出小板梁桥纵向所需要的钢板用量，计算方法参照《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）。采用板底粘钢进行加固，方案为：每片边梁粘贴宽250 mm，厚5 mm的钢板2片，每片中梁粘贴宽200 mm，厚5 mm的钢板2片。如图4。

4 粘钢加固的施工工艺与控制要点

4.1 粘钢加固的施工主要流程

厚5 mm的钢板采用手工涂胶法粘贴钢板。主要流程如图5：

4.2 主要工艺与控制要点

4.2.1 放样

包括梁底表面放样和钢板放样。梁底表面放样是对照图纸把钢板的大概位置在梁底板表面放出来，后期结合探筋结果进行适当调整。钢板放样是对照图纸尺寸进行钢板裁剪。

4.2.2 梁底混凝土表面处理、探筋、植筋、凿毛

a）梁底混凝土表面处理包括梁底混凝土表面缺陷修补、钢筋除锈、混凝土表面打磨，使梁底表面平整度达到要求，无裂缝、脱层、起鼓、脱落等病害。推荐的工法：可选择水泥砂浆、聚合物水泥砂浆、改性环氧砂浆或批嵌结构胶等方法修补梁底混凝土蜂窝、空洞。钢筋打磨，在修补的混凝土范围及周边涂刷渗透型阻锈剂。固化后打磨至坚实平整的混凝土新面。

b）探筋就是要探明梁底钢筋的位置，为精确钻孔提供保障，避免钻孔时碰到钢筋，特别是避免碰到预应力钢绞线。比如：对照原板梁配筋图，采用钢筋探测仪探测原有普通钢筋和预应力钢束位置;并采用有色笔标注出钢筋和钻孔的准确位置。

c）植筋包括钻孔、注胶和植筋。在探测标注的钻孔的平面位置实施钻洞。孔深、孔径、注胶量、垂直度要严格控制。推荐的工法：采用与植筋直径配套钻头的电钻进行钻孔（禁止使用水钻）。如万一碰到普通钢筋和预应力钢束时，可重新探测，适当调整钻孔位置。清孔，用压缩空气由内向外吹出孔内积灰，用毛刷擦刷孔壁，反复多次，至孔中清洁、干燥，不建议用水冲洗。采用待植筋的的钢筋或螺栓试插，检查孔深和孔径。注胶，比如采用管式化学锚栓，则插入管式胶黏剂，机械旋入锚栓至设计深度。

d）凿毛就是梁底混凝土要凿毛。梁底露出新鲜的混凝土，有2 mm～3 mm纹理深度，保持干燥清洁状态。推荐的工法：在梁底粘钢的放样范围内用斩斧依次轻斩混凝土表面，纹路应与受力方向垂直，用无油压缩空气吹除或用毛刷扫除表面粉粒;然后采用无油棉丝球蘸丙酮擦拭混凝土粘合面，除去油污。

4.2.3 钢板加工、制作，打孔、打磨

a）钢板加工、制作，就是根据设计图纸进行钢板下料和裁剪。切割边缘表面光滑无毛刺、咬口、翘曲等缺陷。应采用通长钢板，不得焊接接长，长度不足的钢板应予废弃。宜在工厂中完成，或向工厂下单定制。并给钢板进行编号、标注方向，与梁体位置相对应。

b）打孔，就是在钢板上打螺栓孔。这个孔位应与梁底板螺栓孔吻合。推荐的工法：采用一块和钢板长宽一样的透明塑料板，将已经植入梁体的螺栓的位置放样到透明塑料板上，在透明塑料板上标注出螺栓孔的位置，再把这个带有标注螺栓孔位置的透明塑料板固定在钢板上，在透明塑料板上螺栓孔位置打孔且穿过塑料板，继续穿过钢板，这样就完成钢板打孔。清楚孔的边缘毛刺。

c）打磨。混凝土黏贴面要凿毛，钢板的黏贴面也要打磨，达到除锈和粗糙的要求。推荐的工法：可采用喷砂或平砂轮打磨，直至出现金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，手摸应有“扎手”感，不得漏打。如有污染，宜采用无油棉丝球蘸丙酮擦拭。

4.2.4 胶黏剂配制

采用A级胶，其性能需满足《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）的要求。按照生产厂家产品要求进行配制。使用易大口盆（桶），按照配比，先放入称好量的甲组料，然后放入与甲组料相应的乙组料，充分拌和。

4.2.5 粘钢

a）试挂。粘钢之前，根据梁体黏钢位置选取对应编号的钢板，将钢板上的螺栓孔对准梁体预先植入的螺栓，把钢板挂上。如个别螺栓孔和螺栓不吻合，钢板挂不上，应根据螺栓来修正螺栓孔的大小，使得螺栓能够顺利穿入。

b）涂胶。选择晴朗、干燥天气操作。取下试挂的钢板，将新配好的胶黏剂用铲刀分别涂抹在混凝土粘合面和钢板粘合面上。混凝土黏贴面上涂抹的胶要刮平，消除凿毛不平的影响。钢板打磨面涂胶，应在板宽中央涂抹胶厚一些，如厚度达3 mm～5 mm，两侧可薄一些。

c）黏钢。就是把钢板通过胶黏剂与混凝土梁体粘结成一整体。钢板厚度大于5 mm时，采用压力注胶法，钢板厚度不大于5 mm时采用手工涂胶法。以手工涂胶法为例：由多人共同托住钢板让螺栓穿过螺栓孔然后黏贴到梁底板上（此过程中，为避免长钢板弯曲并减轻工人的劳动强度，建议使用撑杠或螺旋顶升支架对钢板进行同步支撑），并迅速拧紧螺帽，顺序是从钢板中间向两边依次对称紧固，使钢板与混凝土粘合面紧密粘合，挤出多余粘钢胶。

d）检查。用锤轻轻敲击钢板，从响声来判断粘结效果，避免空鼓。否则此粘结件不合格，应取下钢板重新粘贴或采取有效措施补胶。

4.2.6 固化

在结构胶完全固化前不能扰动钢板，固化后，钢板粘贴检查，粘结面积应不小于95%（即空鼓率不大于5%），采用冷切工艺切除锚栓头。

4.2.7 防腐涂装

选用合适材料进行钢板防腐涂装（本文不作赘述）。

5 检测结果

10 m预应力空心板梁粘钢加固施工主要控制数据见表2。

6 结论

（1）采取粘贴钢板等预防性养护措施，能够很好地提高小跨径桥梁的承载能力，满足现行设计规范及实际运营荷载要求。

（2）控制粘钢的工艺非常粘贴钢板施工过程中，梁底板的凿毛、钢板表面打磨、植筋和粘钢效果（空鼓率）非常关键。

（3）对粘钢进行拉拔试验是检验粘钢效果的重要指标，要形成内聚破壞。通过本桥试验，钢板与混凝土的正拉黏结强度大于2.5 MPa，且为内聚破坏。

（4）对梁端抗剪不足的断面，还应该进行抗剪加固，提高抗剪能力。

参考文献：

[1]朱坤宁，潘成赟，邹韵，等.新扬高速公路（S49）宿迁至双沟段小板梁桥（涵）预防性养护项目施工图设计[Z]. 南京：中设设计集团股份有限公司，2018.

[2]JTJ 001-97公路工程技术标准[S].

[3]JTJ 021-89公路桥涵设计通用规范[S].

[4]JTJ 023-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[5]JTG B01-2014公路工程技术标准[S].

[6]JTG D60-2015公路桥涵设计通用规范[S].

[7]JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].