預(yù)制空心板橋體內(nèi)加固新技術(shù)研究

汪方勇，吳 真，孫 浩

(1.江蘇筑镹營(yíng)造科技有限公司，江蘇 南京 210019； 2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

0 引言

預(yù)制空心板橋因具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、外形美觀、施工方便、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用。預(yù)制空心板橋常通過(guò)企口混凝土鉸縫有效傳遞剪力，使板共同承擔(dān)荷載。然而，受橋梁所處環(huán)境、施工工藝等多種因素的影響，在役預(yù)制空心板橋企口混凝土鉸縫出現(xiàn)不同程度的破壞，使橋梁橫向連接減弱或失效，往往導(dǎo)致橋梁病害不斷發(fā)生。為解決上述問(wèn)題，并克服預(yù)制空心板橋傳統(tǒng)加固技術(shù)存在的問(wèn)題，提出預(yù)制空心板橋體內(nèi)加固新技術(shù)。

1 企口混凝土鉸縫

1.1 鉸縫受力

預(yù)制空心板橋在車(chē)輛荷載作用下產(chǎn)生豎向撓度，并通過(guò)企口混凝土鉸縫向相鄰空心板傳遞內(nèi)力，使相鄰空心板產(chǎn)生一定撓度。鉸縫傳遞多種內(nèi)力，其中豎向剪力較大，其他內(nèi)力較小，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，取鉸縫傳遞的豎向剪力作為設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)。鉸縫抗剪能力與深度有關(guān)，為提高抗剪能力，淺鉸縫已發(fā)展為目前廣泛使用的深鉸縫。

1.2 鉸縫破壞

由于鉸縫受力較復(fù)雜，常處于彎剪組合受力狀態(tài)，為改善其傳力性能，常設(shè)計(jì)成多邊形結(jié)構(gòu)，這約束了鉸縫轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉸縫混凝土在徐變和新舊混凝土粘結(jié)作用下發(fā)生破壞?？招陌鍍蓚?cè)未充分鑿毛、鉸縫空間小導(dǎo)致鋼筋綁扎焊接困難、混凝土振搗不充分、底模漏漿等，對(duì)鉸縫產(chǎn)生不同程度的影響。在橋梁運(yùn)營(yíng)階段，大型貨車(chē)長(zhǎng)期在道路一側(cè)行駛，導(dǎo)致空心板長(zhǎng)期受力不均勻，引起鉸縫破壞。如果橋面鋪裝層防水性能差，受雨雪等天氣影響，空心板提前受到破壞，鉸縫隨之破壞。鉸縫破壞使混凝土與空心板側(cè)壁發(fā)生剝離，引起橋面鋪裝層破壞，導(dǎo)致橋梁整體穩(wěn)定性降低，最終造成預(yù)制空心板單板受力，進(jìn)而大大降低空心板橋承載力，并引起其他病害。

2 體內(nèi)加固新技術(shù)

目前，空心板橋加固方法多為橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法、橫向體外預(yù)應(yīng)力加固法、橫向粘貼鋼板或碳纖維布加固法，其中，橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法施工周期較長(zhǎng)，工作量較大，對(duì)施工期間橋梁交通運(yùn)輸能力的影響顯著，且承載力的增加受主梁受拉鋼筋配筋率限制；橫向體外預(yù)應(yīng)力加固法受現(xiàn)場(chǎng)和構(gòu)件強(qiáng)度的影響較大，且施工繁瑣，成本高，預(yù)應(yīng)力損失和疲勞損傷需進(jìn)一步研究；橫向粘貼鋼板或碳纖維布加固法受化學(xué)粘結(jié)材料易老化、不耐酸堿、不耐高溫、不能經(jīng)受紫外線長(zhǎng)期照射等因素影響，導(dǎo)致該方法對(duì)后期使用階段溫度和環(huán)境的要求較高，無(wú)法滿足防火、抗紫外線照射的使用要求。為使企口混凝土鉸縫有效傳遞剪力，并克服預(yù)制空心板橋傳統(tǒng)加固技術(shù)存在的問(wèn)題，提出預(yù)制空心板橋體內(nèi)加固新技術(shù)，在既有空心板外側(cè)架設(shè)鉆孔設(shè)備，根據(jù)空心板強(qiáng)度等級(jí)、腰筋布置情況、鉸縫及路面破壞情況、路面荷載及加固要求確定增設(shè)錨桿位置，在空心板合適位置橫向鉆孔，并在孔洞內(nèi)穿設(shè)錨桿，采用灌漿料填補(bǔ)孔洞，通過(guò)灌漿料膨脹使襯套在空心板內(nèi)形成機(jī)械鎖鍵連接，增強(qiáng)鉸縫與空心板的剛性連接性能，避免發(fā)生空心板單板受力情況，增強(qiáng)橋梁整體穩(wěn)定性和承載力。

應(yīng)用預(yù)制空心板橋體內(nèi)加固新技術(shù)時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C20，空心板厚度≥240mm。確定錨桿布置方案時(shí)需進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，并符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。鉆孔直徑、深度，錨桿鋼筋規(guī)格、長(zhǎng)度，灌漿料強(qiáng)度等應(yīng)按設(shè)計(jì)要求及材料特性進(jìn)行合理選擇，鉸縫破壞較嚴(yán)重的位置需加密錨桿。

3 工程應(yīng)用

3.1 材料選用

以某預(yù)制空心板橋?yàn)槔?，該橋?qū)?.5m，跨徑10m，空心板截面尺寸如圖1所示。錨桿外包柔性纖維襯套，設(shè)置在空心板空腔下部，如圖2所示。鉆孔時(shí)不得破壞空心板底板，預(yù)留5cm厚保護(hù)層。

圖1 空心板截面尺寸

圖2 錨桿布置示意

采用由級(jí)配骨料(經(jīng)篩選)和其他無(wú)機(jī)物組成的水泥基灌漿料，與水混合攪拌后形成泵送漿液，具有高性能、高強(qiáng)度、低收縮率等優(yōu)點(diǎn)。灌漿料受襯套約束，被有效控制在襯套內(nèi)，不會(huì)四處漫溢，且少量的稀釋漿液可有效穿透襯套，與空心板實(shí)心基材部位緊密粘結(jié)。在灌漿料中添加無(wú)機(jī)流動(dòng)劑和抗收縮添加劑，使?jié){液在凝固過(guò)程中不會(huì)因收縮而影響錨桿整體受力性能。灌漿料凝固后可達(dá)到粘結(jié)和機(jī)械錨固雙重效果，使錨桿錨固力大大提升。

襯套為由特殊聚酯纖維編織而成的柔性材料，可利用其良好的膨脹性能適應(yīng)不同的孔徑和孔深。襯套能夠較好地包裹灌漿料中的粗骨料，同時(shí)允許稀釋漿液穿過(guò)網(wǎng)眼，與空心板實(shí)心基材進(jìn)行有效粘結(jié)。包裹漿液的襯套通過(guò)注漿壓力作用在預(yù)制空心板空腔內(nèi)發(fā)生鼓脹，與空心板實(shí)心基材形成鎖鍵效應(yīng)，大大提高整體強(qiáng)度。襯套通過(guò)獨(dú)特設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)在直徑方向擴(kuò)展的同時(shí)不改變錨桿軸心方向長(zhǎng)度，因此，可充分保證灌漿料徑向飽滿度，提高粘結(jié)和錨固作用可靠性。

錨桿承載力取決于材質(zhì)和截面類(lèi)型，可采用金屬桿件，也可采用高強(qiáng)纖維類(lèi)桿件。截面可為空心，也可為實(shí)心。如果選用實(shí)心桿件，應(yīng)為螺紋鋼或牙條；如果選用圓形鋼管，應(yīng)在鋼管上壓有波紋凹痕；如果選用方形鋼管，應(yīng)將與鉆孔尺寸相似的鋼板焊接在桿件兩端，以保證受力均勻。相同直徑鉆孔可選用不同類(lèi)型桿件，以適應(yīng)不同類(lèi)型基材和受力要求。本工程選用φ20mm螺紋型錨桿，孔徑為50mm。

基材(混凝土及砂漿)強(qiáng)度影響錨桿承載力，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范要求對(duì)基材強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，進(jìn)而測(cè)算錨桿承載力。如果基材強(qiáng)度不確定，可通過(guò)錨桿現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)測(cè)得。

本加固技術(shù)特安裝光纖感應(yīng)器，采用金屬基索狀應(yīng)變感測(cè)光纜，通過(guò)多股金屬加強(qiáng)絲絞合進(jìn)行保護(hù)，使光纜抗拉和抗剪強(qiáng)度大幅提升，避免施工過(guò)程中發(fā)生沖擊破壞。將錨桿插入預(yù)制空心板鉆孔孔洞內(nèi)，光纖傳感器隨著錨桿插入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)錨桿加固情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并用于監(jiān)測(cè)構(gòu)件變形、裂縫發(fā)育、應(yīng)力變化等。

3.2 工藝流程

1)施工前使用測(cè)量?jī)x器按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行精確放線定位，確定鉆孔位置。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況采用空心鉆頭及內(nèi)置接頭式鉆桿，配套設(shè)備包括扶正器。

2)根據(jù)鉆孔放線位置架設(shè)鉆孔設(shè)備，確保鉆機(jī)中心與測(cè)量鉆孔線在同一位置，且鉆機(jī)架與邊側(cè)空心板穩(wěn)固連接。

3)利用空心鉆頭緩慢向空心板指定位置鉆孔，鉆孔過(guò)程中應(yīng)根據(jù)鉆孔深度，每隔一定距離設(shè)置1個(gè)扶正器。鉆至一定深度后，需明確是否發(fā)生偏位，如發(fā)生偏位需及時(shí)糾偏。如遇硬質(zhì)物或卡鉆情況，應(yīng)采取輕壓、慢轉(zhuǎn)的方式，直至恢復(fù)正常，否則應(yīng)立即停止鉆孔，分析孔內(nèi)情況后采取有效措施恢復(fù)鉆孔。

4)孔洞清理完成后進(jìn)行錨桿安裝，安裝時(shí)應(yīng)注意保持襯套清潔，輕拿慢送，直至整根錨桿送入孔中，并將水泥基灌漿料按特定配合比進(jìn)行調(diào)配。

5)將全部錨桿送入孔洞后開(kāi)始攪拌灌漿料，并向襯套內(nèi)緩慢注漿，防止注漿時(shí)漿液凝固，灌漿至漿液滿溢出洞口。應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、溫度、施工條件等調(diào)整漿液配合比，設(shè)備須保持清潔，不能在壓力罐內(nèi)部使用潤(rùn)滑油或除銹劑，否則將污染灌漿料，影響其受力性能。攪拌灌漿料時(shí)，根據(jù)配合比要求，嚴(yán)格控制用水量，否則將降低灌漿料凝固后的強(qiáng)度。

6)當(dāng)灌漿料由裂縫處溢出時(shí)，應(yīng)及時(shí)利用清水進(jìn)行沖洗。注漿完成后，利用原鉆孔部位空心板材料對(duì)孔洞進(jìn)行封堵，以恢復(fù)橋面原狀。

3.3 加固效果

加固后的空心板橋通過(guò)錨桿加強(qiáng)空心板與鉸縫及空心板間的橫向連接，增強(qiáng)了整體性，解決了橋梁?jiǎn)伟迨芰?wèn)題，增加了空心板橋橫向承載力，延緩了橋面鋪裝層開(kāi)裂。加固施工過(guò)程不影響正常交通，加固后不對(duì)結(jié)構(gòu)外立面產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語(yǔ)

提出預(yù)制空心板橋體內(nèi)加固新技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)水泥基灌漿料在襯套的有效約束下，使襯套在空心板空腔內(nèi)鼓脹后與實(shí)心基材形成機(jī)械鎖鍵效應(yīng)，加強(qiáng)各部件間的橫向連接，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性與承載力，達(dá)到加固目的。錨桿置于空心板橋內(nèi)部，不受火災(zāi)、紫外線照射、雨雪天氣等因素影響。預(yù)制空心板橋體內(nèi)加固新技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，施工速度快，造價(jià)低，且為體內(nèi)隱形加固技術(shù)，不影響橋梁外立面效果，施工期間不影響橋面上部道路交通的正常運(yùn)行，適用于多種形式橋梁結(jié)構(gòu)的加固，可有效解決基礎(chǔ)不均勻沉降引起的空心板開(kāi)裂問(wèn)題。