預(yù)頂升工藝加固空心板梁的關(guān)鍵技術(shù)

王建利，劉 波

(西安市市政設(shè)施管理局，陜西 西安 710016)

0 引 言

空心板梁具有施工速度快、吊裝簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在公路橋梁和城市橋梁中應(yīng)用較多，但是空心板梁橫向連接需要靠鉸縫來實(shí)現(xiàn)，十分脆弱，在運(yùn)營期易出現(xiàn)橋面縱向裂縫、鉸縫脫落，甚至造成單板受力。由于空心板是混凝土結(jié)構(gòu)，且大多已使用了多年，而車輛荷載快速增加，以及酸雨、溫差等各種環(huán)境因素的作用，使橋梁產(chǎn)生混凝土材料劣化、鋼筋銹蝕等許多病害。同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，大量混凝土橋梁將步入老化期，其安全性、適用性及耐久性的下降，致使橋梁承載力降低，危及行車安全。

目前空心板梁的加固技術(shù)較多，主要有粘貼鋼板法、粘貼纖維布法、體外預(yù)應(yīng)力法等。粘貼鋼板法對(duì)梁底破損交大，粘貼纖維布法對(duì)梁底平整度要求較高且在鉸縫處傳遞剪力有限，體外預(yù)應(yīng)力法對(duì)梁端錨固要求嚴(yán)格；另外，這些方法都需要中斷交通，對(duì)于城市橋梁加固十分不便[1-6]。

預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿技術(shù)是加固技 術(shù)中的一種。鋼絲繩網(wǎng)片實(shí)質(zhì)是一種體外配筋，所 用鋼絲繩為高強(qiáng)不銹鋼絞線，強(qiáng)度高、不銹蝕、運(yùn)輸和施工方便，作為加固材料的受力主體，在加固后的結(jié)構(gòu)中能發(fā)揮出高于普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度[7-12]。滲透性聚合物砂漿為現(xiàn)場(chǎng)拌制而成的有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料， 具有良好的黏結(jié)性能、耐久性能、耐火及耐高溫性能， 收縮性小，密實(shí)性好，加固后具有保護(hù)鋼絞線的作用。 該技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)促使其在潮濕環(huán)境、港口工程與水工結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成為現(xiàn)代混凝土構(gòu)件加固中的一種優(yōu)良技術(shù)。

1 工程概況

西安東城大道灞河橋全長(zhǎng)439.3 m，橋?qū)?4 m，上部結(jié)構(gòu)為25 m×17.4 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩，鉆孔樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)荷載為汽-20級(jí)，該橋河床地勢(shì)平緩堅(jiān)硬，梁底距河床平均距離為3～4 m。隨著交通流的增加，個(gè)別板梁底板出現(xiàn)縱向裂縫并滲水，縱向裂縫縫寬超限，板底有多處破損露筋，由荷載試驗(yàn)確認(rèn)該橋不能滿足承載能力要求。為確保其安全服役，須對(duì)該橋進(jìn)行加固處理。

2 加固方案

由于預(yù)張拉鋼絲繩網(wǎng)片是由多根鋼絲繩組成，施工時(shí)選擇優(yōu)化的張拉方案既能節(jié)約時(shí)間、降低造價(jià)，還能保證質(zhì)量。常規(guī)張拉鋼絲繩網(wǎng)的方法是單根逐步張拉，由于每片梁鋼絲繩數(shù)量較多，相鄰鋼絲繩間距狹小，在張拉時(shí)工作空間有效，因此很難對(duì)同片梁同步張拉，導(dǎo)致施工工期較長(zhǎng)且張拉后鋼絲繩受力不均勻，甚至要二次或多次補(bǔ)張才能確保每根鋼絲繩均勻受力；另外，各片梁實(shí)施張拉后的預(yù)拱度很難控制在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，導(dǎo)致加固后期應(yīng)力重新分配，封閉層混凝土開裂部分梁體處于極端受力狀態(tài)。

為克服以上困難，采用梁底跨中部位整體同步分級(jí)頂升的方法來達(dá)到梁體理論預(yù)拱度，之后在梁體兩端錨固段上錨固鋼絲繩，使錨固鋼絲和梁體協(xié)同受力。施工前在梁底跨中設(shè)置剛性支撐作為頂升千斤頂?shù)牟贾命c(diǎn)，頂升過程中分階段逐級(jí)頂升，頂升量用弦繩法控制，每次頂升量控制在3～6 mm。待鋼絲繩錨固完畢后對(duì)跨中進(jìn)行卸載，卸載后檢查鋼絲繩的錨固和受力情況，一切正常后采用聚合物封閉鋼絲繩，確保鋼絲繩能與梁體協(xié)同受力。

為分散錨固端應(yīng)力，在梁端設(shè)置A錨固板和B錨固板，錨固板為帶有扣槽的專用鋼板。為保證A錨固板鋼絲繩和B錨固板鋼絲繩保持同一高度，在A錨固板中部預(yù)留孔洞，使B錨固板鋼絲繩通過孔洞實(shí)現(xiàn)與B錨固板的錨固，如圖1所示。

圖1 鋼絲繩網(wǎng)片張拉示意

3 施工控制

圖2 跨中整體同步逐級(jí)頂升示意

由于施工時(shí)不能中斷交通，為確保車輛安全和施工質(zhì)量，必須對(duì)頂升支撐設(shè)置橫向剪力撐和縱向穩(wěn)定連接桿。本工程為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制和減少梁體次內(nèi)力，采用逐級(jí)同步頂升，每次頂升量小于6 mm，如圖2所示。每階段頂升結(jié)束后觀察半小時(shí)，無異常情況進(jìn)行下一階段頂升。頂升時(shí)嚴(yán)密監(jiān)測(cè)梁體兩端位移，梁端支座以位移為主要控制點(diǎn)，梁端墊板不能脫離支座。在橫向控制中，1#頂升點(diǎn)至20#頂升點(diǎn)的相對(duì)位移要小于4 mm；相鄰板之間的相對(duì)位移大于4 mm的，相鄰板之間的頂升力不應(yīng)大于10 kN，超過頂升控制范圍時(shí)應(yīng)立刻停止頂升并查明原因。頂升過程嚴(yán)密監(jiān)測(cè)頂升支撐的受力情況，以縱向變形作為變形控制的重點(diǎn)，在頂升過程中嚴(yán)格執(zhí)行頂升方案，出現(xiàn)偏差立刻停止頂升。

在頂升過程中密切監(jiān)測(cè)頂升支架的橫向變形，橫向變形過大會(huì)導(dǎo)致施工失敗，甚至在橋面荷載作用下發(fā)生安全事故。本次頂升支撐橫向變形控制在5 mm之內(nèi)，橫向變形用空間坐標(biāo)控制，測(cè)點(diǎn)布置在頂升支架頂板處，每一榀順橋向布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別設(shè)置于中梁和兩邊梁位置處。

頂升時(shí)液壓千斤頂由電腦控制同步實(shí)施，頂升分三階段進(jìn)行。第一階段讓千斤頂與梁底充分接觸，控制梁體頂升量不超過2～5 mm，第二階段同步頂升量為5～7 mm，第三階段對(duì)個(gè)別梁體進(jìn)行調(diào)整性頂升，頂升量為2～7 mm，階段頂升數(shù)值對(duì)比見表1～4。從表1～4可以看出，各階段頂升理論值和實(shí)測(cè)值基本吻合，而各片梁頂升力的實(shí)測(cè)值和理論值有一定偏差，導(dǎo)致第三階段邊梁1#、2#、3#、4#與16#、17#、18#、19#、20#位移變化較大。原因是：在第一和第二頂升階段，中間梁雖然頂升力已經(jīng)達(dá)到或超過理論值，但是實(shí)際頂升量沒有達(dá)到理論值，為了彌補(bǔ)中間梁的頂升量沒有達(dá)到理論值，第三階段施加了較大的頂升力，致使邊部梁1#、2#、3#、4#與16#、17#、18#、19#、20#位移變化較大。中間部分10#、11#、12#梁在調(diào)整頂升量時(shí)導(dǎo)致邊梁位移超出理論計(jì)算值，最大實(shí)測(cè)值超過理論計(jì)算值20 kN，是理論計(jì)算值的111%，但對(duì)梁體沒有造成次生災(zāi)害。在頂升過程中梁端墊板始終與支座密貼，在頂升階段相對(duì)位移最大值出現(xiàn)在第三階段的15#頂升點(diǎn)和16#頂升點(diǎn)，最大相對(duì)位移為4 mm，但均滿足要求。

表1 一階段整體同步頂升數(shù)值對(duì)比

表2 二階段整體同步頂升數(shù)值對(duì)比

頂升位移控制既要考慮基礎(chǔ)壓縮沉降，還要考慮梁體在頂升力作用下的上拱位移量，用常規(guī)位移計(jì)測(cè)量很難實(shí)現(xiàn)對(duì)梁體上拱度的精確測(cè)量，控制不好還會(huì)給梁體造成次生災(zāi)害。因此在該橋梁體整體同步逐級(jí)頂升位移測(cè)量時(shí)，采用弦繩法。弦繩法主要是使用柔性好、彈塑性小的細(xì)鋼絲一頭固定在梁體的一端，另一頭通過固定在梁體另一端的滑輪并懸掛重物，在頂升過程中根據(jù)頂升力隨時(shí)測(cè)量梁體頂升量，如圖3所示。

表3 三階段整體同步頂升數(shù)值對(duì)比

表4 階段整體同步逐級(jí)頂升數(shù)值對(duì)比

圖3 弦繩法測(cè)量示意

4 卸 載

達(dá)到第三階段實(shí)測(cè)頂升高度后，錨固鋼絲繩在預(yù)先安裝的錨固板上，錨固扣全部嵌入錨固槽后即可有序卸載。卸載由中間向兩邊對(duì)稱逐級(jí)緩慢進(jìn)行。卸載后抽檢鋼絲繩拉力，實(shí)測(cè)單個(gè)鋼絲繩受力為7.2～8.2 kN，而理論計(jì)算單根鋼絲繩張拉力為8 kN，卸載后的各跨預(yù)拱度平均值為9 mm，梁底裂紋基本閉合。通過理論計(jì)算并實(shí)測(cè)鋼絲繩受力，證明整體同步頂升梁體的方法能夠滿足要求且可靠合理。

5 封閉鋼絲繩

卸載完成后檢查鋼絲繩錨固情況和受力情況，一切正常后采用高強(qiáng)砂漿聚合物封閉鋼絲繩，確保鋼絲繩能與梁體協(xié)同受力。為確保砂漿與梁底混凝土黏合牢固，在噴漿之前先對(duì)梁底混凝土進(jìn)行鑿毛處理。對(duì)整跨施工要分階段分層實(shí)施，不能一次施工完成，各階段在聚合物強(qiáng)度達(dá)到30%后可開展下一階段工作，如圖4所示。高強(qiáng)砂漿聚合物的養(yǎng)護(hù)采用自然養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到80%以上可以開放交通。

圖4 砂漿聚合物階段施工示意

6 結(jié) 語

工程結(jié)束后對(duì)梁體進(jìn)行荷載試驗(yàn)評(píng)價(jià)，可知該方法有效提高了橋梁的承載能力。隨后3年的跟蹤檢查，也未發(fā)現(xiàn)梁體聚合物有裂紋、膨脹和墜落現(xiàn)象，說明預(yù)張拉鋼絲繩加固法實(shí)用性好、可靠性高。該方法有如下優(yōu)點(diǎn)和要求。

(1)克服逐根張拉鋼絲繩的缺點(diǎn)，節(jié)約單根張拉段鋼絲繩長(zhǎng)度，縮短施工工期。

(2)整體同步逐級(jí)頂升梁體，避免對(duì)梁體橫向聯(lián)系造成次生災(zāi)害。

(3)由于本方法對(duì)梁體實(shí)施了二次預(yù)拱度，對(duì)梁底有網(wǎng)狀裂紋的梁體封閉效果更好。

(4)弦繩法測(cè)量梁體頂升位移，克服基礎(chǔ)沉降對(duì)梁體頂升量的影響，使測(cè)量更加精確。

(5)砂漿聚合物施工要分階段進(jìn)行，前一階段強(qiáng)度達(dá)到30%后，方可進(jìn)行下一階段工作。

(6)加固過程中新舊混凝土表面應(yīng)鑿毛，使用界面劑等使聚合物砂漿和舊混凝土能牢固黏結(jié)。

對(duì)于空心板橋，利用整體同步分級(jí)頂升對(duì)梁體實(shí)施加固時(shí)，梁底至河床的距離大于4 m的，要加強(qiáng)頂升支撐的剛度和穩(wěn)定性研究，尤其要重視橫向失穩(wěn)變形，增大頂升支架的截面積，處理好地基的穩(wěn)定性，在頂升支撐上設(shè)置剪力撐和橫向穩(wěn)定支撐。