关于某城市桥梁病害的维修加固施工探讨

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【摘要】本文结合笔者多年的工程施工管理经验，以某城市桥梁的维修加固工程为例，详细阐述了其城市桥梁的加固施工方法及工艺要求，使桥梁质量达到预期要求。供大家在以后的工作中作一些参考。

【关健词】城市桥梁；维修；加固；施工流程

1工程概况

2010年3 月某城市桥梁出现在支座下墩身开裂、梁体裂缝等病害。随后由相应专业人员进行现场检测。检测后发现0# 桥台盖梁裂缝、9# 墩支座下墩身开裂、21 跨梁底裂缝、上部空心板梁间渗水、碳化碱化、梁体纵横向移位等；主桥总体状况较好，桥面的病害并不严重。该桥桥型布置见图1 所示。

图1桥型布置立面图（单位：mm）

2 结构加固的原则

维修加固以恢复原设计荷载条件下功能，加固为主。结合新规范加强抗震能力，改善结构受力性能，确保安全。考虑结构病害影响、材料劣化、新旧材料的结合性能及材料差异，以及材料、几何参数的取值，采用桥梁现状的检测结果，予以加固设计、施工，严格控制对原结构的损伤。

3 加固方案的确定

考虑到该桥梁位于市区的特点，增大截面法对桥梁外观影响较大；引桥上部为连续梁，如采用预应力加固，会引起内力重分配，增加不必要的被动加固工程或导致其他部位安全储备降低；主梁底板厚仅14 cm；碳纤维虽有高强度的特点，但弹性模量和普通钢筋相近，在混凝土达到极限应变时，碳纤维的材料性能否完全发挥仍有问题，且造价较高。同时考虑抗震加固大多为抗剪控制，增大截面法能有效增大抗剪能力，该桥引桥固定墩为旱地上的V 型墩，如在V 墩内侧增大截面，便于施工，亦不额外增加净空。综上所述决定采用粘贴钢板法来加固盖梁、墩身、梁体，固定墩抗震加固采用增大截面法。

4 维修加固的施工

4.1 一般病害处治

4.1.1 混凝土表层缺陷处治

对维修加固范围的梁体、墩台存在的混凝土脱落、漏筋、缝窝、麻面、渗水、碳化、碱化、钢筋锈蚀等病害区域采用改性环氧混凝土、砂浆进行修补处理。

修补施工程序：（1）首先对缺损部位表层的劣质混凝土予以凿除，直至露出密实的混凝土，接着剔除修补结合面（开凿后的表面）的表面浮石。修补结合面应凿毛、整洁，对小面积修补需在修补区边缘凿一道2～3 cm 深，3～5 cm 宽的齿槽，以利修补材料与基底的粘结。对外漏的钢筋表面进行人工除锈处理，并喷涂烷氧基或氨基类阻锈剂。阻锈剂性能指标应满足《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2006）表4.7.3 的要求。（2）再用高压射流技术清洗修补结合面，在饱水24 h 后，用纱布吸干自由水，在保持湿润的条件下，涂刷二层改性环氧基液，并立即涂抹环氧砂浆，用力压平抹光30min 后二次抹面然后覆盖保湿养护14 d。修补面积较大时（大于10），应分段分块间隔施工，避免砂浆干缩开裂。

4.1.2 混凝土疏松区较深处的修补

深度超过6cm 的混凝土深层疏松区采用环氧树脂细石混凝土修补。施工程序同混凝土表层缺陷，但开凿区四周边应做成高差不小于3cm 的台阶。用环氧树脂细石混凝土修补养护后在表面无尘埃、无自由水且湿润的条件下在纵横向分批涂抹二层环氧树脂胶。

4.1.3 裂缝处治

对宽度大于0.15 裂缝进行压力灌注改性环氧树脂修补胶液封闭，注浆压力为0.1～0.4 MPa。压力灌浆封闭工艺：裂缝表面处理标注灌胶底座位置粘结灌胶底座封闭裂缝注入灌封树脂材料检查结构表面处理。

4.2 基础处理

由于桥台为桩长10m 的挖孔桩，桥墩为扩大基础，实测数据表明桥台和中墩均有不同程度的沉陷发生。墩台基底持力层为砂卵石，为提高承载力、减少沉降的发生，采用基底压力灌注水泥浆进行加固，引桥桥台和引桥中墩均进行压浆加固。

灌浆法加固地基施工流程：放孔钻孔注浆液制备注浆观测。

放孔:桥台每个灌浆孔的间距为1.6 m，桥墩灌浆孔间距为1.5 m。

钻孔：钻孔直径为0.1m，孔深为7.0～17m 之间，垂直偏差应小于1%。当钻孔到设计深度后，必须通过钻杆注入封闭泥浆，直到孔口溢出泥浆方可提杆，当提杆至中间深度时，应再次注入封闭泥浆，最后完全提出钻杆。封闭泥浆的7 d 立方体抗压强度宜为0.3～0.5MPa，浆液黏度为80″～90″。

注浆液制备：注浆液采用42.5 级硅酸盐水泥，水灰比为1∶1。所用水泥不得超过出厂期2 个月，受潮结块不得使用，水泥的各项技术指标应符合现行国家标准，并应附有出厂试验单和合格证。制浆用水应是可饮用的自来水、河水、井水，及其他清洁水，不宜采用PH 值小于4 的酸性水和工业废水。

注浆：注浆孔间序排列，跳孔间隔注浆方式进行。控制水泥砂浆坍落度在25～75mm 左右，注浆压力可选在1～7 MPa 范围内，坍落度较小时，注浆压力可取上限值。注浆液流量一般控制在7～10L/min。浆体必须经过搅拌机充分搅拌均匀后，才能开始压注并应在注浆过程中不停地缓缓搅拌，搅拌时间应小于浆液初凝时间，浆体在泵送前应经过筛网过滤。注浆开始应充分做好准备工作，包括机械器具、仪表、管路、注浆材料、水和电等的检查及必要的试验，其中压力表和流量测定器应是必备的仪表，注浆一经开始即应连续进行，避免中断。

观测检查：对注浆效果的检查，检验时间在注浆结束28d 后，可选用标注贯入和静力触探对加固地层进行检测。注浆效果检测点一般为注浆孔数的2%～5%, 如检验点不合格率等于或大于20%，或虽小于20%但检验点的平均值达不到设计要求时，在确认设计原则正确后应对不合格的注浆孔实施重复注浆。

4.3 盖梁、墩身加固

4.3.1 桥台盖梁加固、挡块修复

盖梁裂缝若因基础发生不均匀沉降引起，加固前应先对地基进行处理，然后对裂缝进行压力灌浆封闭，而后采用粘贴钢板法进行加固。

采用大型通用有限元软件ALGOR 和MIDASCIVIL 对全桥上下部进行仿真模拟分析表明，桥台边柱沉陷后，中柱附近最大剪力为3 826 kN，大于截面抗剪承载力2 595 kN，超出47%；中柱顶最大负弯矩为6 450 kN・m，大于原截面承载力5050 kN・m,超出28%。根据计算结果，在盖梁中柱顶上缘两侧采用压力注胶法粘贴6 mm 厚钢板进行抗弯加固，以支座垫石为界分别在垫石两侧粘贴 40cm 和 50cm宽。由于受盖梁顶距梁底的空间限制，不能采用锚栓加压，应采用钢板周围封闭、压力注射或设置加压板利用侧面悬挂重物加压。

盖梁抗剪加固采用粘贴竖向U 型钢箍板的方案。钢板厚 9 mm，钢箍板宽200 mm，箍板每200～300 mm 左右设一M10x90 的定型化学锚栓(5.8级)作为永久附加锚固和加压工具。在钢箍板的上缘粘贴200 mm 宽、5 mm 厚的纵向钢板压条。压条下箍板间的空隙粘贴9 mm 厚的钢垫板垫平，在箍板和压条重合位置设置M10x90 的附加锚固栓。

加固用钢板采用Q345C 级，钢板间焊接、接长采用E50xx 的焊条，粘贴均采用A 级粘钢胶加压粘贴。钢板粘贴后按设计要求进行防锈处理，首先对外露钢件清除表面油污，喷砂除锈，达到SA2.5 级除锈标准，然后涂抹环氧树脂薄胶层一道，喷涂 2cm 厚高强抗拉复合砂浆(HTCM)。

梁体横向东移将0# 台东侧挡块挤碎，拆除旧挡块，需重新浇注，在梁体与挡块间增设2 cm 厚橡胶缓冲垫。对中墩增加抗震构造措施，在墩身两侧梁体、墩顶分别粘贴L200×150×20不等边角钢，两角钢肢间交叉错开，角钢间设螺栓连接，角钢间螺栓留2 cm空隙，角钢与墩身、梁体间设M10 锚栓附加锚固。

4.3.2 9# 墩身修复

引桥9# 墩身横向两侧V 墩的东南、西南侧支座下墩身开裂严重且裂缝较深。利用无振动切割技术将墩身支座下1.5 m 高、裂缝延伸范围墩身切割拆除。然后人工凿除15cm 高，将原有钢筋外露，焊接新钢筋，重新浇注C30 微膨胀钢筋混凝土修复。

9# 墩身修复前应先进行5#、9#、11# 墩身两侧预制现浇接头处的加固和5# 墩支座下墩身加固。而后在9# 墩身两侧搭设临时支架，上设施工平台，在对应粱肋位置设置千斤顶，横向同步顶升支承梁体，使9# 墩支座脱离工作状态。而后进行墩身修复。

4.3.3 引桥V 墩支座下墩身加固

原设计为了美观，将V 墩纵向拉杆隐身于上部梁体中，拉杆横向设置在支座中间，受力最大的支座下墩身范围未有纵向连接，受力不利。加固设计中采用实体单元对支座下墩身进行了细部分析，对引桥支座下墩身进行粘贴U 型钢箍板、支座下V 墩双肢间增加角钢拉杆加固。加固后支座下墩身最大主应力由2.42 MPa 减小为1.81 MPa，效果明显。

对支座下墙式墩身采用压力粘贴水平向U 型钢箍板加固，钢板厚度8 mm，粘贴钢板竖向高度为1.1～1.2 m 之间，横向两侧U 型钢箍板在单V墩身中线处留20 cm 的空隙作为粘贴加压端部封堵空间用。竖向分为三排U 型箍，单个U 型箍的最大宽度按 50倍粘贴钢板厚度即400 mm 控制，相邻U 箍间设 20mm 空隙，作为施工时压力注胶用。钢板上设M10×90化学锚栓， 锚栓间距150～300 mm 左右，梅花形交错布置。在最上层U箍的侧面钢板上焊接L125×10 的等边角钢拉杆。为便于施工，拉杆纵向分为3 段，两个边段直接焊接在U 箍板上，待U 型箍板粘贴、胶液固化后再通过连接角钢和中间段焊接。

加固用钢板、角钢采用Q345C 级，钢板间焊接，接长采用E50xx 的焊条，粘贴均采用A 级粘钢胶加压粘贴。钢板粘贴后按设计要求进行防锈处理。首先对外漏钢件清除表面油污、喷砂除锈，达到SA2.5 级除锈标准，然后涂抹环氧树脂薄胶层一道，喷涂2cm 厚高强抗拉复合砂浆(HTCM)。

4.3.4 11# 墩身抗震加固

根据反应谱方法进行桥梁抗震分析的结果，引桥的基频为1.16 s，第一阶模态为桥梁纵飘，第二、三阶模态为竖弯+ 横弯，桥梁纵向刚度相对较小，这是由于全桥仅在11＃V 墩处设置了固定约束，而其它各墩均为纵向自由支承。该桥梁在纵向地震下，11＃V 墩系纵向受力薄弱部位。纵向纠偏后的永久固定墩―――11# 墩在地震作用下的墩身根部应力较大，将会开裂。因此需对11# 墩身进行抗震加固。加固后墩身根部应力由3.31 MPa降为1.71MPa。

11# 墩抗震加固采用增大截面法，在V 墩双肢内侧增大截面，V 墩双肢内侧顶部单侧各加厚19.5 cm，V 肢交叉处单侧各加厚 50cm，墩身下部两侧各加厚50 cm，均采用C30 钢筋混凝土加固。新旧混凝土结合面采用植筋连接，同时结合面应凿成凸凹差不小于6 mm 的粗糙面，以增强新旧混凝土粘结。植筋和对应增加钢筋采用双面焊焊接，焊接长度不小于 5d（钢筋直径），焊点距基材混凝土表面应大于 15d，且应采用冰水侵渍的湿毛巾包裹植筋外漏部分的根部。

4.4 梁体加固

4.4.1 V 墩两侧预制现浇接头加固

引桥中墩 13m 长为支架现浇段，跨间为预制空心板，在预制现浇接头发现多处横向裂缝，发生沉陷的墩身两侧比较明显，附近的渗水、碳化、碱化病害也比较严重。对V 墩两侧接头左右侧分别粘贴 4 mm 后的钢板加固，采用直接粘贴法。

4.4.2 引桥21 跨梁底加固

引桥21 跨梁底出现多处细微纵横向裂缝，计算结果表明21 跨梁体靠近锐角侧下缘计算弯矩超出截面承载力4%，对跨中区域采用压力粘钢法粘钢加固。粘贴钢板厚度 4mm，每条粘钢宽度为 200mm,纵向钢板直接粘贴在梁体下缘，横向钢板下纵向钢板间空隙用HTCM 砂浆填平，而后在纵向钢板外侧水平粘贴横向钢板。钢板防腐处理同盖梁加固。

4.4.3 板间铰缝处理

桥面铺装铣刨后，预制板间铰缝压力灌注M40 水泥砂浆，采用必要措施使浆体充满铰缝空隙。同时在铰缝两侧预制空心板侧植入d12 的U形钢筋，板间钢筋对折绑扎牢固，以增强板间横向联系，避免单板受力。

4.4.4 梁体顶升、支座更换

支座更换梁体顶升时做过三个方案进行计算分析比较。方案一，逐墩（双肢）顶升，逐墩更换支座，纵横向同步，最大顶升高度14 mm；方案二，同墩横向同步，纵向分步顶升相邻 2个墩，墩间最大高差7 mm，更换支座墩最大顶升高度14 mm；方案三，同墩横向同步，纵向分步顶升相邻4 个墩考虑，墩间最大高差4 mm，更换支座墩顶最大顶升高度14 mm。分析结果表明，三个方案均可行，最不利应力相差不大，但方案二、三同步顶升的墩台数量多，工作量大，需要多方协调控制。因此，推荐拟采用方案一作为实施方案，即逐墩顶升、逐墩更换支座、逐墩进行垫石高度调整。

需更换9# 墩的V 墩南肢固定支座为DX（中V 东侧）、SX 支座，更换V 墩北肢中V 东侧的SX支座为DX（横向位移约束）。更换11# 固定墩上双肢的SX 支座为GD （双肢中V 东侧）、DX（纵向位移约束）支座。

5# 墩临时纵向约束解除后，支座全部更换，中V 东侧更换为DX（横向约束）支座，其余支座更换新的SX 支座。除5#、9#、11# 墩外的其余中墩中V 东侧更换为DX（横向约束）支座，其余支座进行清洗滑移面、涂硅脂、更换密封圈等养护。0# 台、联接墩上引桥的板式橡胶支座(GJZF4150×200×42)全部采用同型号更换，同时调整垫石高度。所有中墩顶升更换支座的同时，需对支座垫石高度、垫石顶四角高差进行调整。垫石高度调整应根据实测的标高进行。发生沉陷的，可通过HTCM 高强抗拉砂浆加高；施工误差较大需降低的，通过绳锯切割、HTCM 砂浆结合调整。调整后支座顶底的四角高差不得大于2 mm。梁体顶升、支座更换和梁体纵向纠偏交叉进行。顶升时应采用PLC 控制器严格控制纵横向顶升时各顶升处的位移差。

4.4.5 梁体纠偏

梁体纵横向均有偏移现象，考虑到增设限制横向位移的单向支座后，梁体横向能够控制，横向不进行位置纠偏。由于9# 墩开裂后，丧失部分约束梁体纵向位移功能，现场观测20# 墩北侧梁体已与墩身顶部拉板侧面接触，当温度高于安置永久固定支座的温度时，20# 墩将受附加温度力作用，因此纵向需进行梁体纠偏。采用更换固定墩位置的方法，利用温差下梁长的热胀冷缩变化调整。

高温时，9# 墩身梁体顶升、荷载置于支架滑板上，同时将5# 墩纵向位移临时固定，在低温时拆除临时固定措施，更换11# 墩支座为DX 、GD支座。

梁体纠偏时，应在20# 墩支座附近设置梁体纵向位移观测点，记录梁长在不同温度下的梁长实际变化情况，建立梁长随温度实际变化的对应关系，确定拆除5# 墩临时固定、11# 墩固定的施工温度。

5 维修加固的施工流程

为保证加固质量，确保安全施工，维修加固工程应按照以下流程进行：

施工准备，现场核实病害情况，复核基础数据桥梁交通断行，桥面铣刨，拆除0# 台伸缩缝墩台基础压浆加固5#、9#、11# 墩顶两侧梁底加固，5# 墩身加固9# 墩搭设临时支架，高温时顶升支承梁体，支座卸载；同时5# 墩临时固定，约束纵向位移9# 墩身修复、支座下墩身加固；11# 墩抗震加固、支座下墩身加固0# 台搭设支架，千斤顶顶升，临时支承梁体；桥台盖梁加固；梁体病害处理、其余各墩身、梁体加固顶升11# 墩、垫石高度调整；低温时11# 墩更换为GD、DX 支座，同时去除5# 墩纵向约束顶升5# 墩、垫石高度调整，更换为DX、SX 支座纵向分别顶升其余中墩，垫石高度调整、支座保养，更换中V 东侧支座位DX（约束横向），首先顶升沉陷较大的墩，按距11# 墩由远及近的次序依次顶升、更换支座桥面系修复、伸缩缝安装；增设声屏障；拆除支架、恢复场地进行静动载试验；工程验收；通车投入使用。

6结 语

该桥经过加固过程的检测、加固后的桥梁荷载试验，以及通车使用半年来的连续观测和外观检查，无明显沉降、裂缝等病害发展。证明桥梁加固达到了预期目的，满足承载能力和通行能力要求。通过对桥梁病害及时的发现、妥善的处理，同时加强运营养护中的管理工作，是能够保证桥梁结构经常处于完好的技术状态，满足承载能力和通行能力要求。

参考文献

[1]JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].

[2]GB 50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].

[3]JTG/T J23-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

[4]JTG H11-2004，公路桥涵养护规范[S].