东岭大桥维修加固施工方法要点分析

东岭大桥维修加固施工方法要点分析

金丙茹

（中阔建设集团有限公司，河南 洛阳 471000）

【摘要】过往重型车辆的增加，以及车辆载荷的提升，导致东岭大桥的上部梁板及桥面系出现众多病害，已经影响到车辆的安全行驶，本项目采用适宜的维修加固方式解决此问题。通过建立箱梁模型，对其进行理论计算及分析。结果表明，维修加固方式安全可靠，且满足公路桥梁养护需求。

【关键词】箱梁；维修；加固；抗弯；抗剪

1工程概况

拟改造的东岭大桥位于省道S243渑邓线上，在河南省洛阳市嵩县境内，桥梁中心桩号为K175+744，该桥于2003年建成通车，原设计荷载为汽-超20。桥梁全长386.24m，桥宽12m，原桥为19×20m预应力钢筋混凝土简支小箱梁桥，下部结构采用柱式墩台，基础采用桩基础。根据业主提供桥梁检测报告，本次东岭大桥按桥梁主要部件最差的缺损状况评定全桥总体技术状况等级为4类，桥梁出现中等功能性病害，且发展较快。桥梁主要病害如图1所示，主要包括箱梁端部斜向裂缝和桥面板破损。

2维修加固施工方法要点

根据梁板抗剪特性分析[1]，箱梁端部的斜向裂缝是由于早期设计荷载偏小，在结构设计中采用的腹板截面尺寸过小，配筋也较少。由此，我们可以通过增大腹板截面尺寸或者提高其配筋率来实现端部的加固。考虑到实际的施工技术，本项目采取粘贴钢板的方式对端部腹板进行加固，提升端部腹板的抗剪承载能力。先对箱梁端部斜向裂缝进行常规修复，主要修复材料是环氧砂浆，对于宽度超过0.15mm裂缝采用压力注浆法处理，小于0.15mm裂缝采用表面涂刷法封闭；然后进行粘贴钢板加固处理，提高斜截面抗剪承载力，限制斜裂缝的发展。

根据梁板病害分析[2]，桥面板破损是由于车辆荷载增大和交通量提升，箱梁产生较大挠度。在箱梁产生病害后，如果未及时养护易造成桥面板破损。由此，我们可以通过增大箱梁底板截面面积或者提高其配筋率来实现底板的加固。本项目采取粘贴碳纤维布的方式对底板进行加固，提升底板的抗弯刚度。先拆除破损的桥面铺装，然后在底板粘贴碳纤维布，完成后再重新铺设桥面铺装。桥面铺装层采用12cm厚C50防水混凝土+SBS改性沥青防水层+5cm厚沥青混凝土，防水混凝土内设双层φ10带肋钢筋网。

3主梁承载力验算

3.1 荷载横向分布计算

选取边梁作为计算模型，分别采用杠杆原理法和偏心压力法计算支点处和跨中处的荷载横向分布系数。荷载横向分布影响线如图2所示，需要注意的是1号主梁跨中处横向荷载影响线在荷载位置处的竖标值按式（1）计算：

式中：I为主梁截面惯性矩，a为主梁到上部横断面形心轴的距离。本桥各根主梁的横截面均相同，桥梁上部横断面主梁根数n=6，间距为2.0m，代入上式可得，，据此可以绘制出1号主梁跨中处荷载横向分布影响线。在横向分布影响线上按照最不利的方式布置汽车荷载，汽车荷载在支点处和跨中处的最大荷载值分别是m0和mc，计算可得：

图2荷载横向分布影响线（尺寸单位：cm）

3.2 荷载内力计算

根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015的规定[3]，汽车荷载采用车道荷载，其中均布荷载和集中荷载分别为10.5kN/m和240kN，桥梁所受恒载集度的计算过程见表1。

根据主梁受力特性，分别计算支点处与跨中处正截面的剪力和弯矩。其中汽车荷载的集中荷载在计算剪力效应时，应按照规定乘以系数1.2，荷载内力的计算过程见表2。

3.3 支座处斜截面抗剪计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362—2018规定[4]，支座处斜截面抗剪承载力计算应符合下式（2）：

式中：Vd表示剪力设计值，按斜截面剪压区对应正截面处取值；Vcs表示斜截面内混凝士和箍筋共同的抗剪承载力设计值；Vsb表示与斜截面相交的普通弯起钢筋抗剪承载力设计值；Vpb表示与斜截面相交的体内预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值；Vpb,ex表示与斜截面相交的体外预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值。

根据主梁配筋图可知未设置弯起钢筋，故弯起钢筋的承载力值均为0，考虑到裂缝对其抗剪能力的影响，为了使计算出的抗剪承载力更加安全可靠，引入修正系数[5]0.5，此时，主梁的抗剪承载力不满足规范要求。

为了避免主梁病害继续发展，通过

粘贴钢板的方式对端部腹板进行加固，提升其抗剪承载力，将钢板等效为与斜截面相交的弯起钢筋，其抗剪承载力为Vsb，最终的抗剪承载力为V’，满足规范的要求，具体计算如下：

3.4 跨中处正截面抗弯计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362—2018规定，跨中正截面抗弯承载力计算应符合下式（3）：

式中：Md表示弯矩设计值；fcd表示混凝土轴心抗压强度设计值；fsd表示纵向普通钢筋抗拉强度设计值和抗压强度设计值；fpd表示纵向预应力钢筋抗拉强度设计值和抗压强度设计值。

经上述计算可知，主梁的抗弯承载力满足规范要求。

3.5 跨中处长期挠度计算

短期荷载效应组合下弯矩标准值，

主梁的截面惯性矩，

抗弯刚度，

跨中截面的长期挠度值为

，

由计算可知主梁的抗弯刚度不满足规范要求，通过粘贴碳纤维布的方式对底板进行加固，提升底板的抗弯刚度，减小挠度变形，将碳纤维布等效为纵向抗拉普通钢筋，最终的长期挠度值满足规范的要求，具体计算如下：

。

4施工注意事项

第一，灌缝前应首先对裂缝进行处理，先用钢丝刷、角磨机清除裂缝表面的灰尘、浮渣、松散层；然后用空压机将裂缝中混凝土碎屑、粉尘清除干净；再用毛刷蘸丙酮溶液，把沿缝两侧各5cm宽范围擦洗干净，并保持干净。

第二，裂缝封闭后应进行压气试漏情况，检查密闭效果。待封缝结构胶具有一定强度时，一般定为24小时。沿裂缝涂一层肥皂水，从灌浆咀通入压缩空气，凡漏气处应进行修补，直至不漏气为止。

第三，在粘贴碳纤维布时，先将混凝土表面剥落、疏松、蜂窝等劣化部分清除，并进行清洗、打磨，待表面干燥后，用修补材料将混凝土表面凹凸部位修复平整，然后用吹风机将混凝土表面清除干净并保持干燥。按照设计尺寸裁剪碳纤维布，应根据现场施工经验和作业空间确定下料长度，不得进行接长。粘贴碳纤维布前，对混凝土表面再次擦拭，确保粘贴面无粉尘。然后用滚筒刷将浸渍胶均匀涂抹于混凝土所粘贴部位。粘贴碳纤维布后，及时在其表面再均匀涂抹一层浸渍树脂，自然风干。

5结语

通过对箱梁进行理论计算及分析，验证了维修加固施工方法的安全性，同时发现粘贴碳纤维布的施工质量是影响加固效果的重要因素，类似工程施工应注意。

参考文献：

[1]顾冠男. 预应力空心板梁抗剪试验及注浆加固方法研究[D]. 江苏:东南大学,2021.

[2]李阳. 简支板梁桥加固方式对比分析与应用验证[D]. 山东:山东建筑大学,2021.

[3]JTJ D60-2015, 公路桥涵设计通用规范[S].

[4]JTJ D3362-2018, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[5]刘李君. 装配式空心板桥旧桥安全性评估及抗剪加固方法研究[D]. 江苏:东南大学,2020.