裝配式橋梁波紋管連接錨固可靠性技術(shù)研究

石 劍 （中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州215131）

1 工程概況

無錫鳳翔路快速化改造工程是錫澄兩地路網(wǎng)規(guī)劃中“1高2快7普”共十條南北向交通走廊中兩條規(guī)劃快速路之一，其建成對(duì)無錫中心城區(qū)與江陰的溝通，促進(jìn)沿線資源共享和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。同時(shí)鳳翔路快速化作為“十三五”規(guī)劃中城市道路的重要組成部分，是緩解城市主城區(qū)交通擁堵問題的重要措施，工程建成后可進(jìn)一步縮短惠山新城與中心城區(qū)的時(shí)空距離，滿足惠山新城交通量迅速增長以及和中心城區(qū)溝通的需要，并可促進(jìn)沿線區(qū)域的開發(fā)與發(fā)展。

該工程位于無錫市梁溪區(qū)與惠山區(qū)，南起廣石路，終于堰豐路，路線全長約10.3km，道路紅線寬44m～68m，其中中鐵四局集團(tuán)承建的FXB01標(biāo)段全長4.65km。該項(xiàng)目為江蘇省首個(gè)采用預(yù)制拼裝施工工藝的市政橋梁工程項(xiàng)目。

橋梁下部結(jié)構(gòu)形式為雙柱式主墩接大挑臂倒T型蓋梁或雙柱主墩+單（雙）側(cè)輔墩接倒T型蓋梁，其中橋梁立柱為矩形截面結(jié)構(gòu)，截面尺寸1.6～2.0m不等；蓋梁為倒T型截面，均為預(yù)制結(jié)構(gòu)，其中主線蓋梁?jiǎn)喂?jié)預(yù)制長度為11.65～24m不等。高度≤12m的立柱及全部蓋梁采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝施工工藝。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)段橋梁下部結(jié)構(gòu)圖

2 波紋管錨固系統(tǒng)研究意義

對(duì)于雙柱或三柱橋梁立柱與大挑臂蓋梁之間的采用φ85×2mm厚壁波紋管灌漿連接，連接的可靠性對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)行車安全至關(guān)重要，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響較大，是裝配式橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)控制關(guān)鍵要點(diǎn)之一。目前對(duì)于灌漿波紋管連接工藝尚無對(duì)應(yīng)的國家或地方標(biāo)準(zhǔn)作參考，也無相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)可借鑒參考。

鑒于此，開展裝配式橋梁立柱蓋梁厚壁波紋管灌漿連接可靠性研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖2 厚壁波紋管結(jié)構(gòu)圖

3 波紋管錨固系統(tǒng)試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

模擬橋梁蓋梁與立柱波紋管灌漿連接系統(tǒng)構(gòu)造，制作截面為400×400mm，高度為800mmC50混凝土試塊，事先預(yù)埋長725mm壁厚2mm波紋管，養(yǎng)護(hù)28天。插入HRB400級(jí)φ40鋼筋，從底部預(yù)留φ25mm注漿孔注漿。

共計(jì)制作3組試驗(yàn)試件，模擬現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，其中分別制作2組試件，每組3個(gè)試件，一組居中（編號(hào)為1#、2#、3#），一組偏置（編號(hào)為4#、5#、6#）。

圖3 波紋管錨固系統(tǒng)

3.2 試件制作

①試件先預(yù)制制作，試件制作采用木模板，事先預(yù)埋灌漿厚壁波紋管及固定鋼筋，在波紋管底部5～10cm范圍安裝壓漿管道并固定牢固。

②C50混凝土在攪拌站集中拌合，3組試件一次澆筑成型，采用插入式振搗器振搗密實(shí)，至少灑水保濕養(yǎng)護(hù)7d后，進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。

圖4 試件波紋管定位

圖5 試件混凝土澆筑

③采取臨時(shí)措施固定φ40錨固鋼筋并進(jìn)行波紋管內(nèi)灌漿作業(yè)，并制作灌漿材料同養(yǎng)試塊。灌漿漿液養(yǎng)護(hù)期為7d。

3.3 波紋管錨固系統(tǒng)試驗(yàn)方案

波紋管錨固系統(tǒng)采用拉拔試驗(yàn)方式，采用規(guī)格150t的穿心式千斤頂加載，手動(dòng)油泵分級(jí)施加壓力，千斤頂錨固系統(tǒng)采用厚度為60mm鋼板與錨固鋼筋焊接。錨固系統(tǒng)采用千斤頂連續(xù)加荷，每隔100kN進(jìn)行千斤頂行程測(cè)量，直至φ40錨固鋼筋破壞為止。通過記錄錨固鋼筋拉斷時(shí)油表讀數(shù)，反推破壞拉力。試驗(yàn)裝置如圖7所示。

圖6 波紋管內(nèi)壓漿

圖7 拉拔試驗(yàn)錨固裝置

4 試驗(yàn)過程及結(jié)果

4.1 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前，檢測(cè)了同批次上海申特鋼材HRB400φ40錨固鋼筋原材屈服拉力和極限拉力等材料參數(shù)，鋼筋屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為475～480MPa、680～695MPa，材料抗拉強(qiáng)度為均滿足要求。

試驗(yàn)所用千斤頂校驗(yàn)回歸方程為y=0.034514x+0.180952。

其中y-油表指示器讀數(shù)（MPa）

x-負(fù)荷（kN）

分6級(jí)（100kN-600kN）計(jì)算加載如下：

分級(jí)加載試驗(yàn)表 表1

分級(jí)加載完成后，繼續(xù)對(duì)千斤頂施加力，直至構(gòu)件破壞，同時(shí)記錄破壞時(shí)油表讀數(shù)推算破壞荷載。

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄處理

按照100kN分級(jí)對(duì)試件進(jìn)行加載，每個(gè)試件選取四周四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，每級(jí)加載完成后測(cè)量千斤頂行程并記錄，試件破壞時(shí)記錄油表讀數(shù)，推算破壞荷載值。

圖8-1 中1#拉拔試驗(yàn)荷載位移曲線

圖8-2 偏4#拉拔試驗(yàn)荷載位移曲線

分級(jí)加載伸長量及構(gòu)件破壞形式統(tǒng)計(jì)表 表2

中1#試件加載千斤頂行程 表3

偏4#試件加載千斤頂行程 表4

4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)過程中，通過分級(jí)加載，鋼板尺測(cè)定千斤頂4個(gè)標(biāo)記點(diǎn)伸出量，記錄如下表（僅以中1#、偏4#試件為例）：

從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及試件破壞情況可以看出：①所有試件均為錨固鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度后破壞；②拉拔力達(dá)到500kN后千斤頂行程顯著增大；③C50混凝土表面基本出現(xiàn)微裂縫；④波紋管錨固系統(tǒng)除漿液表面有少量震碎外，未出現(xiàn)變化；⑤鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度后，相比中1～3#試件，偏4～6#試件千斤頂伸長總體大為2～3mm。

5 結(jié)語

圖9 中1#試件破壞情況

圖10 中1#試件混凝土裂縫情況

圖11 灌漿料表面震碎及鋼筋表面縮徑

通過對(duì)以上2組共計(jì)6個(gè)試件的拉拔試驗(yàn)，主要結(jié)論為：①所有錨固試件均為鋼筋母材拉斷破壞，未出現(xiàn)波紋管內(nèi)高強(qiáng)灌漿料整體破壞、波紋管整體拔除及混凝土試件整體拉裂破壞現(xiàn)象，說明通過波紋管錨固鋼筋達(dá)到裝配式橋梁連接穩(wěn)定可靠；②與原設(shè)計(jì)相比，即是錨固長度為16d（d為錨固鋼筋直徑）仍滿足錨固性能的要求；③從鋼筋偏置與鋼筋居中錨固千斤頂行程對(duì)比看出，錨固鋼筋安裝精度對(duì)錨固系統(tǒng)穩(wěn)定可靠程度有一定的影響，盡量保證錨固鋼筋位于波紋管中心，確保四周均有高強(qiáng)灌漿料包裹鋼筋，以便高強(qiáng)灌漿料充分發(fā)揮其錨固性能。