舊橋加固體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用的探討

程仁華

舊橋加固體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用的探討

程仁華

（福建省高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福州350001）

摘要本文結(jié)合廈漳高速公路西溪大橋加固實(shí)例，介紹了舊橋加固體外預(yù)應(yīng)力施工流程、計(jì)算、施工注意事項(xiàng)，供同類工程施工參考。

關(guān)鍵詞橋梁舊橋加固體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用

隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，75%以上的橋梁都處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，部分舊橋老化、破損嚴(yán)重，甚至設(shè)計(jì)荷載等級已不能滿足使用要求，需要及時(shí)根治。在需要加固的舊橋中，針對舊橋承載能力的不足，可以利用原有的混凝土結(jié)構(gòu)，在橋梁結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)施加體外預(yù)應(yīng)力，使其產(chǎn)生與原橋的不利彎矩方向相反軸向扭力和彎矩，以抵消部分自重應(yīng)力減小活載應(yīng)力，從而提高原有結(jié)構(gòu)承載力，以滿足使用要求。采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，可以避免橋梁的重建，大大降低工程成本，而且技術(shù)成熟、可靠，具有較高的推廣價(jià)值?，F(xiàn)對廈漳高速公路西溪大橋體外預(yù)應(yīng)力加固計(jì)算方法作簡單介紹，并對一些施工質(zhì)量控制進(jìn)行分析探索。

1　橋梁概況

西溪特大橋位于福建省漳州境內(nèi)，是廈漳高速公路的組成部分，橋梁樁號為K2339+966.39，上跨九龍江西溪，全長1389.98m。該橋上部結(jié)構(gòu)為9孔25m預(yù)應(yīng)力混凝土T形準(zhǔn)連續(xù)梁+35.4m+11孔50m+35.4m預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁+22孔25m預(yù)應(yīng)力混凝土T形準(zhǔn)連續(xù)梁；下部結(jié)構(gòu)為鋼筋砼實(shí)心雙柱式墩，鋼筋砼肋板式臺(tái)；鋼筋砼鉆孔灌注雙排樁基礎(chǔ)，鋼筋砼鉆孔灌注雙排樁基礎(chǔ)；引橋設(shè)四氟板式橡膠支座，主橋設(shè)GPZ盆式支座；橋面設(shè)GQF-MZL型橡膠伸縮縫。

該橋于2009年4月進(jìn)行過一次橋梁外觀檢查，評定為三類橋，后組織過相關(guān)維修加固；2012年9月對該橋又進(jìn)行外觀檢查，主要病害表現(xiàn)為：T梁翼板少量縱向、斜向裂縫；T梁梁體少量剝落、露筋、麻面、流白灰；少數(shù)支座剪切、偏壓、老化開裂。經(jīng)橋檢發(fā)現(xiàn)箱梁梁底跨中位置的橫向裂縫為新產(chǎn)生裂縫，裂縫發(fā)展較快，綜合歷次檢查結(jié)果初步判定，該類裂縫可能是由結(jié)構(gòu)受力引起的。于是對該橋結(jié)構(gòu)性裂縫病害采用體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固，提高結(jié)構(gòu)承載能力，使其滿足汽20，掛120荷載等級。

2　體外預(yù)應(yīng)力加固流程及方法

2.1加固流程

制作加工各類鋼鐵件→鋼鐵件防腐處理→施工放樣及鋼筋位置探測放樣→制作環(huán)氧膠液及環(huán)氧砂漿→錨固點(diǎn)、滑塊、固定支座施工→預(yù)應(yīng)力鋼索安裝及張拉→鋼筋接頭處理及防腐→恢復(fù)橋面及交通。

2.2加固方法

根據(jù)施加預(yù)應(yīng)力的方式不同，橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固常用的方法有：橫向收緊張拉法、縱向張拉法、豎向張拉法和預(yù)彎梁法等。

2.2.1橫向收緊張拉法

若梁的兩端間距很小時(shí)，一般采用橫向收緊張拉法。此法是在梁的下緣對稱梁中線安裝預(yù)應(yīng)力筋，在距梁端適當(dāng)距離處彎起并通過支點(diǎn)錨將梁端錨固在鋼板上。水平段的預(yù)應(yīng)力筋用撐棍分成若干段，兩端的撐棍還起到支點(diǎn)的作用。在每段中點(diǎn)用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊，拉桿即產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。

2.2.2縱向張拉法

縱向張拉法是沿預(yù)應(yīng)力筋的軸線施加預(yù)應(yīng)力的方法。預(yù)應(yīng)力筋沿梁底布置，直到梁的兩端構(gòu)造彎起于錨固梁的腹板或頂板上，再沿梁底或梁頂進(jìn)行縱向張拉，以減小梁端的剪力。

2.2.3豎向張拉法

當(dāng)采用縱向張拉法不便施工時(shí)，可采豎向張拉法。此法采用在梁肋兩側(cè)對稱布置預(yù)應(yīng)力筋，一般在梁端肋側(cè)錨固，在預(yù)應(yīng)力筋中部豎直向上張拉，在梁肋底部用小橫梁固定預(yù)應(yīng)力。橫梁的作用在于固定豎向張拉產(chǎn)生的鋼筋預(yù)應(yīng)力。

2.2.4預(yù)彎梁法

以上三種方法，主要是解決梁下緣開裂的問題，有時(shí)為了防止梁上緣的開裂，可以采用預(yù)彎梁法。以下舉例說明此種方法：某簡支鋼板梁橋，由于荷載的增大，不僅需要改善鋼板梁的受力狀態(tài)并要提高橋面板的剛度。前者采用體外預(yù)應(yīng)力筋加固，后者采用增厚橋面板的方法解決，為了抵消體外索張拉后在橋面板內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，緩和新增橋面板混凝土收縮引起的拉應(yīng)力，在澆筑之前，先搭設(shè)支架將梁頂起，待新澆橋面板達(dá)到一定強(qiáng)度后再落下支架，讓橋面板在梁的自重下產(chǎn)生一定的扭應(yīng)力，然后再張拉體外預(yù)應(yīng)力筋，對鋼板梁和橋施加軸力和彎矩。

3　西溪大橋加固目標(biāo)及流程

通過本次橋梁的維修加固，提升本橋的耐久性、使用性能，確保橋梁的正常使用。加固后的箱梁跨中截面抗彎承載力將提高20%左右，同時(shí)提高箱梁跨中截面正應(yīng)力儲(chǔ)備。西溪大橋加固施工流程如下：

（1）箱梁裂縫進(jìn)行封閉處治；

（2）箱梁局部進(jìn)行粘貼鋼板加強(qiáng)；

（3）測定箱梁原鋼束、鋼筋位置；

（4）安裝鋼制轉(zhuǎn)向塊錨卡；

（5）穿布預(yù)應(yīng)力鋼束；

（6）綁扎構(gòu)造鋼筋、澆筑混凝土；

（7）張拉預(yù)應(yīng)力鋼束、管道壓漿及封錨。

4　西溪大橋加固工況計(jì)算

分三種工況計(jì)算。

工況一：按原結(jié)構(gòu)條件分析計(jì)算，即原舊橋的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析；

工況二：箱梁增大截面新增截面不參與結(jié)構(gòu)受力，僅以自重的形式施加于主梁上，即在舊橋上加上砼自重后未張拉時(shí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析；

工況三：箱梁增大截面.新增截面與原結(jié)構(gòu)共同受力，截面剛度增加，共同承擔(dān)活載及溫度荷載。

計(jì)算時(shí)對每個(gè)工況的計(jì)算結(jié)果均進(jìn)行分析，保證在加固施工過程中箱梁受力安全，并給出了在最不利荷載作用時(shí)箱梁承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果，此施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對原舊橋的監(jiān)控觀測，以確保結(jié)構(gòu)安全。

5　西溪大橋加固前后對比

對本橋加固前、后分別進(jìn)行計(jì)算分析，箱梁各控制斷面承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果比較表（舉第一聯(lián)為例）如表1所示。

表1　計(jì)算結(jié)果比較表

根據(jù)表1可以看出：加固后支點(diǎn)斷面上緣，正應(yīng)力儲(chǔ)備增大，承載力安全系數(shù)降低；對跨中斷面下緣，正應(yīng)力儲(chǔ)備及承載力安全系數(shù)均有増大，其中計(jì)算加固后的正常使用極限狀態(tài)下支點(diǎn)上螇最小壓應(yīng)力為 16MPa （2#墩附近），箱梁跨中下螇最大拉應(yīng)力為1.32MPa（第十二跨跨中下螇），均滿足A類構(gòu)件要求，加固完后箱梁最大主拉應(yīng)力為1.92MPa（2#墩頂附近）。本橋原箱梁截面抗剪承載力最小安全系數(shù)為1.03（1#墩頂附近），滿足規(guī)范要求。

加固前、后箱梁跨中截面剛度計(jì)算分析：經(jīng)計(jì)算原設(shè)計(jì)箱梁跨中截面抗彎慣性矩l=6.4134m4，加固完后箱梁跨中截面抗彎慣性矩1=7.5059m4，故加固完后箱梁跨中截面剛度較加固前提升了17.1%。

6　體外預(yù)應(yīng)力施工注意事項(xiàng)

（1）砼澆筑前新舊連接處的處理要到位，砼澆筑過程中不得通車，避免對砼進(jìn)行干擾。

（2）在施工體外預(yù)應(yīng)力前應(yīng)把所有的橋梁病害處理完畢。

（3）澆筑好新增構(gòu)造后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)生，使其立方體強(qiáng)度達(dá)到90%以上后，方可進(jìn)入張拉工作。

（4）箱內(nèi)新增預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)逐跨施工，鋼束張拉時(shí)嚴(yán)格遵循橫橋向兩側(cè)腹板鋼束對稱、同步張拉原則。

（5）預(yù)應(yīng)力束的張拉應(yīng)嚴(yán)格按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》 （JTG/TJ23-2008）中的有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行，嚴(yán)格以噸位和引伸量實(shí)現(xiàn)雙控。

（6）張拉過程中應(yīng)對新增錨固端、轉(zhuǎn)向塊區(qū)域進(jìn)行觀測，如有異常情況發(fā)生，應(yīng)立即停止作業(yè)。

（7）預(yù)應(yīng)力鋼束（筋）張拉完后，應(yīng)盡早進(jìn)行孔道壓漿，壓漿用水泥的標(biāo)號不得低于M50，孔道壓漿采用真空輔助壓漿技術(shù)并切實(shí)保證壓漿質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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