Ｔ型剛構(gòu)橋的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究

摘要：以蘇丹共和國(guó)喀土穆州BURRI大橋加固工程為例，對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固T構(gòu)橋的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了探討。對(duì)于T構(gòu)橋普遍存在的下?lián)蠁?wèn)題，提出采用體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固的方案，該方案能夠達(dá)到提高橋梁承載能力的目的，為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固T型剛構(gòu)橋梁積累經(jīng)驗(yàn)和資料。

關(guān)鍵詞：T型剛構(gòu)橋；體外預(yù)應(yīng)力；加固技術(shù)

預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋是因懸臂施工法的新生而發(fā)展的橋型，不僅方便地解決了預(yù)應(yīng)力混凝土橋施工難題，而且發(fā)展了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)新型體系-T型剛構(gòu)，并對(duì)其他體系橋梁產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[1]。T型剛構(gòu)橋施工階段與運(yùn)營(yíng)階段受力圖式基本相同?？沙浞职l(fā)揮材料性能，省時(shí)、省工、省料，因此一經(jīng)問(wèn)世便得到了廣泛的應(yīng)用。但是通過(guò)幾年或十幾年的運(yùn)營(yíng)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)橋在使用性能方面存在某些不足，主要表現(xiàn)為：(1) 橋面接縫多，且大多數(shù)接縫在撓度較大的懸臂端，因此接縫在車輛行駛作用下，容易損壞；(2) 由于預(yù)應(yīng)力混凝土收縮與徐變、鋼筋松弛以及日照的影響，造成橋梁的預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大，或由于橋梁超載等其它原因，使得部分橋梁出現(xiàn)了諸如懸臂端撓度過(guò)大、梁體局部裂縫、橋面開裂等一些病害，嚴(yán)重降低了橋梁的實(shí)際承載力和使用壽命，影響交通安全。懸臂端的下垂撓度大，使橋面接縫形成折角，嚴(yán)重影響橋上車輛的正常通行[3]。

因此對(duì)這些橋梁進(jìn)行維修和加固是當(dāng)前橋梁工程界一個(gè)非常緊迫裂縫等病害，嚴(yán)重降低了橋梁的實(shí)際承載力和使用壽命，影響車輛的正常通行[4]。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)因其具有施工方便、快速高效、易于檢測(cè)和更換等特點(diǎn)，被認(rèn)為是預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋最主要的加固方法，并廣泛應(yīng)用于實(shí)際加固工程中。眾多的工程實(shí)踐證明，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅能夠改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，顯著提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂度，同時(shí)，施工操作對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)干擾較小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

蘇丹Burri大橋全長(zhǎng)722.10 m，其中主橋長(zhǎng)519.6 m。Khartoum側(cè)引橋?yàn)?孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋，Khartoum North側(cè)引橋?yàn)?孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋，主橋?yàn)?孔預(yù)應(yīng)力混凝土變截面鉸接T型剛構(gòu)。主橋跨徑布置為43.3+5 86.6+43.3m，橋面寬度為2凈7.5+1m分隔帶+2 3.5m人行道；主梁為雙箱單室箱梁； 預(yù)應(yīng)力鋼束采用12D12.70，單根鉸線為12 7，根據(jù)施工年代及引橋預(yù)應(yīng)力鋼鉸線情況推測(cè)其標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1725 MPa。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定，主梁混凝土強(qiáng)度推定值為47.4MPa。該橋采用混凝土橋面鋪裝。橋面設(shè)計(jì)橫坡為1.6%，實(shí)測(cè)橫坡為1.1%~1.9%。里程K0+237.75~k0+692.25m縱斷線型為二次拋物線，里程K0+205~ k0+235.75m及K0+692.25~ k0+725m為漸變段，兩側(cè)引橋部分為直線，縱坡為0.66% 。主橋下部結(jié)構(gòu)：10#~15#墩為空心薄壁墩，其中9#， 10#， 15#， 16#墩采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，11#， 12#， 13#， 14#墩采用沉井基礎(chǔ)。在9#及16#墩上設(shè)鋼筋混凝土擺式支座。

2加固方案

2.1 橋梁主要病害

經(jīng)橋梁細(xì)部檢查，伸縮縫嚴(yán)重破壞，人行道緣石碎裂、脫落、丟失、人行道板沉降產(chǎn)生大面積坑槽，橋面鋪裝存在壅包、坑槽、不平整等病害，約占全橋的60%。主橋橋跨支點(diǎn)橫隔板發(fā)現(xiàn)較大裂縫，寬約0.10mm~2.00mm，距懸臂端85cm主梁均有一道施工縫，縫寬約為0.15~0.45mm。橋墩豎向裂縫寬度約為0.15~0.45mm。

橋面實(shí)測(cè)橫坡為1.1%~1.9%，與設(shè)計(jì)橫坡1.6%基本相符。橋面縱斷面線形與設(shè)計(jì)線形相比，產(chǎn)生一定下?lián)?，與理論設(shè)計(jì)線相比，主橋懸臂端下沉為11.9~20.4cm，嚴(yán)重影響正常行車。

鑒于該大橋存在的上述問(wèn)題，已經(jīng)嚴(yán)重影響橋上交通的正常運(yùn)行，決定對(duì)大橋進(jìn)行加固處理。

2.2加固方案選擇

為了減輕懸臂端嚴(yán)重下?lián)系臓顩r，恢復(fù)橋梁線型，改善行車條件，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，在保證安全的前提下，使設(shè)計(jì)荷載等級(jí)有所提高，經(jīng)反復(fù)論證，綜合分析比較后決定采用體外預(yù)應(yīng)技術(shù)對(duì)主梁進(jìn)行加固。

2.3加固設(shè)計(jì)原則

考慮到舊有橋梁結(jié)構(gòu)性能的不確定性，本著安全、穩(wěn)妥，加固措施留有余地的指導(dǎo)思想，擬定下述加固設(shè)計(jì)原則：邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊調(diào)整。建議工程正式實(shí)施之前，首先選取一個(gè)T構(gòu)進(jìn)行施工全過(guò)程監(jiān)控，通過(guò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)值的比較，來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，進(jìn)一步調(diào)整設(shè)計(jì)和完善施工工藝[2]。

2.4加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.4.1 體外預(yù)應(yīng)力束的線型布置

為便于穿束和錨固，所有體外束均布置在T構(gòu)箱梁空洞內(nèi)部，采用直線形布置。根據(jù)T構(gòu)橋的受力特點(diǎn)，體外束應(yīng)盡可能的位于受拉區(qū)的上緣，以改善T構(gòu)橋的受力狀態(tài)，因此本橋體外束的布置靠近頂板，錨固端距頂板底緣l0cm。為了減小體外預(yù)應(yīng)力筋的自由長(zhǎng)度，在兩錨固端之間每隔3m設(shè)置一個(gè)定位支架。

2.4.2 體外預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失及張拉控制應(yīng)力

對(duì)于無(wú)轉(zhuǎn)向塊的直線型布置的體外預(yù)應(yīng)力筋，由于力筋僅在錨固端與梁體接觸，因此，摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失為零；體外束與梁體混凝土無(wú)粘結(jié)作用，其張拉力是在梁體發(fā)生彈性壓縮的情況下讀取的，因而分批張拉引起的混凝土彈性壓縮損失極??；在活載作用下，引起體外束中的拉力增量時(shí)，考慮到梁體的變形協(xié)調(diào)及體系的內(nèi)力平衡，活載拉力增量也不會(huì)引起預(yù)應(yīng)力束中的混凝土彈性壓縮損失。此外，舊橋混凝土的收縮、徐變?cè)陂L(zhǎng)期使用中已基本完成，由收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失也幾乎可以忽略不計(jì)。由以上分析可知，與有粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力束相比較，體外束的預(yù)應(yīng)力損失要小得多。因此，體外束無(wú)須減除過(guò)多的預(yù)應(yīng)力損失，為避免體外束長(zhǎng)期于高應(yīng)力狀態(tài)下工作。其張拉控制應(yīng)力 可適當(dāng)降低，取0.65倍的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度，即 。

2.4.3 體外束面積的確定

根據(jù)對(duì)該橋病害成因的分析可知，補(bǔ)強(qiáng)預(yù)應(yīng)力、恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載力、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度是加固本橋的最重要措施。由于精確計(jì)算和測(cè)量應(yīng)力損失存在困難，因此需試算確定?？紤]梁體內(nèi)布束的空間位置和結(jié)構(gòu)受力需要，在橋墩中心線兩側(cè)24.05m和39.05m處各對(duì)稱設(shè)置齒板，以錨固體外預(yù)應(yīng)力束。一個(gè)T構(gòu)每個(gè)箱梁設(shè)置8束體外預(yù)應(yīng)力束，I-I斷面錨固6束、II-II斷面錨固2束，全橋共96束。體外預(yù)應(yīng)力束的布置如圖5-3-1~5-3-4所示，預(yù)應(yīng)力束采用270級(jí)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(10D15.24)，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)1860MPa，張拉控制應(yīng)力 =1209 M Pa.?？紤]主梁懸臂端已發(fā)生一定程度下?lián)希灾c(diǎn)至跨中各斷面下?lián)狭坎坏?，因此各斷面預(yù)應(yīng)力束距頂板底緣的距離確定不準(zhǔn)。實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)以I-I、II-II斷面預(yù)應(yīng)力束距梁頂板底緣的距離為基準(zhǔn)，按直線放出各支架斷面預(yù)應(yīng)力束的位置，支架高度尺寸應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

2.4.4 錨固端

在錨固端，由于體外束與梁體無(wú)粘結(jié)，給梁體施加的全部預(yù)應(yīng)力，是通過(guò)兩錨固端實(shí)現(xiàn)的。因此，兩錨固端處的混凝土必須通過(guò)局部應(yīng)力驗(yàn)算。為了滿足錨固端混凝土局部承壓要求，齒板施工時(shí)要先植筋，后澆筑混凝土成形。植筋的效果直接關(guān)系到體外預(yù)應(yīng)力的張拉和橋面鋪裝，進(jìn)而影響到整個(gè)橋梁的加固效果，因此植筋是一道非常重要的工序，植筋時(shí)要避開原預(yù)應(yīng)力管道，同時(shí)保證體外預(yù)應(yīng)力管道位置。植筋應(yīng)經(jīng)過(guò)抗拔試驗(yàn)，其破壞拉力不低于50KN，確保植筋的可靠性。錨頭處應(yīng)除去灰漿軟弱層，頂板與齒板接觸面處應(yīng)鑿毛，確保齒板混凝土的密實(shí)性。預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)，應(yīng)在齒板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)進(jìn)行。伸長(zhǎng)量以10% 為起點(diǎn)，直到設(shè)計(jì)控制張拉力。施工時(shí)應(yīng)保證體外預(yù)應(yīng)力束的各定位架頂面高度的一致，使之成為一直線。在張拉體外預(yù)應(yīng)力束時(shí)，應(yīng)分批對(duì)稱張拉，并注意隨時(shí)觀測(cè)齒板及箱梁有無(wú)異常情況，若有異常應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3 加固效果分析

采用專業(yè)橋梁軟件進(jìn)行理論分析，結(jié)果表明，加固后結(jié)構(gòu)剛度、各施工階段應(yīng)力驗(yàn)算、正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算及承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

結(jié)語(yǔ)

本文以蘇丹喀土州BURRI橋加固工程為例，對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固T構(gòu)橋的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了探討。對(duì)于T構(gòu)橋普遍存在的下?lián)蠁?wèn)題，提出采用體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固的方案，通過(guò)靜力計(jì)算證明采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)改善了原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，改變?cè)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，從而達(dá)到了提高橋梁承載能力的目的；

為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固T型剛構(gòu)橋梁積累經(jīng)驗(yàn)和資料。具有一定的借鑒和參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1].朱典文.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋維護(hù)與加固的研究.武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.2003.

[2」熊學(xué)玉.體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[3」李新平，高榮堂.預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)橋加固.公路，2002，7.

[4]項(xiàng)貽強(qiáng)，黃志義，薛靜平.懸拼式預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋病成因的分析及其試驗(yàn)研究.公路交通科技，2002，2.