預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋加固技術(shù)研究

胡 欣

(武漢交通職業(yè)學(xué)院 武漢 430000)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋是一種常見的橋型，目前我國公路上很多的此類橋梁都存在不同程度的病害，如主梁跨中下?lián)?、預(yù)應(yīng)力束孔道銹蝕和梁體開裂等。因此國內(nèi)外眾多學(xué)者對橋梁老化問題進行研究，廢除這些舊橋重建新橋需要中斷交通，花費巨資和時間。大量文獻(xiàn)表明，橋梁加固能帶來明顯的經(jīng)濟效益和實用價值[1-3]。

本文以一座六跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁加固為工程背景，系統(tǒng)闡述了連續(xù)箱梁橋病害成因分析、加固過程中的加固措施、加固監(jiān)控手段的應(yīng)用情況。

1 工程概況

湖北省省道S306某特大橋主橋為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，主橋為(55+4×100+55)m六跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁截面為單箱單室，箱底寬6m，頂寬10.8m，頂板設(shè)1.5%雙向橫坡，橋面僅設(shè)4cm瀝青混凝土鋪裝。

該橋于1990年建成通車，在通車運營20年后，2010年檢測發(fā)現(xiàn)存在箱梁頂板和腹板開裂等多種病害，為保證橋梁運營安全，采取主橋箱梁體外索加固、箱梁節(jié)段施工套夾鋼板加固等技術(shù)進行了首次加固。2017年對該橋進行檢測評估發(fā)現(xiàn)，主橋箱梁底板與腹板多處有縱向和豎向裂縫、節(jié)段接縫開裂、混凝土破損漏筋等問題。根據(jù)檢測結(jié)果，大橋主橋被評定為三類橋梁，為保證該橋使用的安全，必須對主橋進行二次加固，以提高其承載能力。

2 病害成因分析

2.1 主要病害

對該橋檢測結(jié)果顯示：箱梁內(nèi)部主要病害為腹板、頂板局部開裂、滲水、析白等，腹板有16條豎向、斜向裂縫，裂縫總長21.2m，縫寬0.10～0.38mm；頂板有41條縱向裂縫，裂縫總長72.6m，縫寬0.08～0.22mm；頂板預(yù)應(yīng)力齒塊有39條縱向裂縫，裂縫總長57.3m，縫寬0.10～0.24mm；腹板2條施工節(jié)段縫，裂縫總長2.8m，縫寬2.3mm，頂板有2處網(wǎng)裂，面積0.2m2。箱梁外部主要病害有混凝土局部開裂，混凝土破損、漏筋、滲水、析白、其中腹板、底板共有35條斜向、縱向裂縫，裂縫總長41.7m，縫寬0.08～0.46mm；漏筋有17處，總長5.25m；混凝土破損6處，總面積0.7m2；腹板、底板共有9處滲水。

2.2 成因分析

箱梁頂板縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因是：(1)箱梁內(nèi)外溫差過大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強度；(2)施工過程中養(yǎng)護不當(dāng)，收縮徐變導(dǎo)致發(fā)生裂縫。頂板縱向裂縫會導(dǎo)致鋼筋銹脹，降低結(jié)構(gòu)耐久性，應(yīng)對裂縫進行封閉處理。

箱梁腹板斜裂縫產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，有豎向預(yù)應(yīng)力筋部分失效，偏心荷載下畸變應(yīng)力過大等因素。豎向預(yù)應(yīng)力筋一般施工困難，施工質(zhì)量不理想，甚至失效。腹板豎筋有效預(yù)應(yīng)力大小直接影響到腹板主拉應(yīng)力。

箱梁底板縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因：(1)在自重和縱向預(yù)應(yīng)力作用下，由于泊松比效應(yīng)，底板將出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力超過混凝土容許抗拉強度，將引起底板混凝土縱向開裂；(2)底板局部段鋼筋保護層偏薄，底板橫向拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致底板縱向開裂。

節(jié)段接縫裂縫主要原因是懸臂施工時由于施工接頭處理不好，成為薄弱截面，在縱向彎矩、混凝土收縮或較大溫差應(yīng)力等作用下開裂。

根據(jù)大橋檢測報告以及對橋梁現(xiàn)狀承載能力評定分析，主橋箱梁承載力及正常使用狀態(tài)下均滿足85規(guī)范要求，樁基豎向承載力也滿足規(guī)范要求。主橋主要問題在于施工節(jié)段縫病害，豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋外漏，瀝青橋面鋪裝破損較為嚴(yán)重等病害?；谝陨戏治?，主橋加固的主要目的是補張拉主梁預(yù)應(yīng)力備用索，提高主梁縱向承載力；對施工節(jié)段縫病害進行加固補強；保護豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋錨頭，避免影響主體結(jié)構(gòu)的安全性；改善橋面瀝青層破損的現(xiàn)狀。

3 加固措施

3.1 張拉箱梁體外預(yù)應(yīng)力備用索

由于本次加固改造中因?qū)χ鳂驑蛎驿佈b進行了加厚改造增加了荷載，同時發(fā)現(xiàn)新增了3道施工節(jié)段縫病害。原橋在2010年加固施工過程中，預(yù)留了體外預(yù)應(yīng)力備用索孔道，經(jīng)計算和研究分析，擬對箱梁邊跨及中跨體外預(yù)應(yīng)力備用索進行補張拉，首先可提高箱梁的縱向承載力，其次可降低節(jié)段施工縫開裂的可能性。

本次預(yù)應(yīng)力鋼束在原來預(yù)留的錨固塊及轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上采用兩段張拉，張拉控制應(yīng)力取0.5fpk，單根鋼束控制張拉力為2473.8kN。

3.2 箱梁節(jié)段縫加固

粘貼鋼板加固應(yīng)在該階段裂縫處治完成后進行。施工時應(yīng)先對接縫處進行壓降處理，然后采用壓力注膠法黏結(jié)鋼板。施工時應(yīng)先對接縫進行壓漿處理，然后再采用壓力注膠法黏結(jié)鋼板。錨栓鉆孔前，應(yīng)準(zhǔn)確確定預(yù)應(yīng)力鋼束的位置，避免對預(yù)應(yīng)力鋼束的損傷。

3.3 橋面改造

為解決主橋墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝層破損較為嚴(yán)重、豎向預(yù)應(yīng)力錨頭外露等病害，提出橋面改造方案；人工鑿除原4cm厚橋面鋪裝層，鑿除時注意保護豎向預(yù)應(yīng)力錨頭，再植入抗剪鋼筋，鋪設(shè)直徑12鋼筋網(wǎng)，最后澆筑8cm厚CF50鋼纖維防水混凝土。鋼纖維混凝土能顯著提高混凝土對塑性收縮、溫度、應(yīng)力等因素導(dǎo)致的非結(jié)構(gòu)性裂縫的抗裂能力，可有效提高混凝土的抗?jié)B防水性能。

4 體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點

4.1 測量索長

進場后，首先用測量儀器，包括全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺測量各體外預(yù)應(yīng)力索的實際長度，并對應(yīng)設(shè)計給的長度，最終確定廠家訂做的長度。

4.2 鋼絞線下料

首先對長短兩束鋼絞線均進行現(xiàn)場模擬穿束后，確定鋼束的下料長度，按照確定后的長度進行下料。下料后，對每根鋼絞線進行編號，人孔處進入箱內(nèi)。鋼絞線在搬運過程中，注意保護PE外套管不受損害，不得在地上拖運。穿束采用人工進行，從底層開始穿束，每根鋼絞線必須穿入對應(yīng)編號的轉(zhuǎn)向鋼管的預(yù)留孔中，并防止鋼絞線互相纏繞。

4.3 預(yù)應(yīng)力鋼束穿布

體外預(yù)應(yīng)力鋼束采取卷揚機牽引方式，通過在底板上安裝滾動軸，將鋼束置于滾動軸上牽引鋼束前行，而預(yù)應(yīng)力鋼束由廠家制作打盤后送到現(xiàn)場，牽鋼束時，將鋼束裝入索盤放出，在橋面用卷揚機牽引至腹板位置。

4.4 體外預(yù)應(yīng)力鋼束張拉

預(yù)應(yīng)力鋼束采取對稱、均衡張拉，即先張拉第一跨，再第二跨～第五跨，最后張拉第六跨。張拉采用張拉力與張拉伸長量雙控，但以張拉力為主。根據(jù)理論計算的張拉伸長量，對應(yīng)千斤頂?shù)淖畲罄炝?00mm，且由于采取兩端張拉的方式，張拉時分別測量計算兩端的伸長量。

預(yù)應(yīng)力張拉步驟：

初張拉(即預(yù)緊，張拉力為0.2倍設(shè)計張拉力P)→檢查是否有異常情況→張拉并維持設(shè)計噸位0.6P→量測延伸量δ11并檢查是否有異常情況→張拉并維持設(shè)計噸位P→量測延伸量δ12并檢查是否有異常情況→回油→量測延伸量δ2。

4.5 預(yù)應(yīng)力鋼束減震器安裝

體外預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完后，在測量橋面線形標(biāo)高、應(yīng)力無問題后可安裝減震器，減震器通過在腹板植筋固定。 固定鋼束減震器與混凝土通過埋植螺栓與梁體連接為一個整體，所有鉆孔位置已考慮了避開既有箱梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋，但若原預(yù)應(yīng)力鋼筋位置施工誤差過大，有可能鉆孔會碰到，鉆孔前先探測既有梁體預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的位置，將全部鉆孔位置在腹板上標(biāo)記好后再開鉆。施工中需根據(jù)索體、梁體的實際位置關(guān)系現(xiàn)場測量、放樣、下料。

5 加固效果

通過對加固箱梁主控截面應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫、主梁撓度等情況的監(jiān)控監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：在體外索張拉過程中，各測點應(yīng)編制變化較均勻，無突變現(xiàn)象，表面在預(yù)應(yīng)力張拉過程中結(jié)構(gòu)主控截面反應(yīng)正常。各測試截面基本上呈整體全截面受壓，跨中、墩頂截面測試值和理論值較為吻合。

預(yù)應(yīng)力張拉完成后，所有的裂縫均體現(xiàn)為閉合效應(yīng)，并且效果較為明顯。預(yù)應(yīng)力張拉完成后，梁體均有整體上拱的趨勢。

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的舊橋加固施工過程中，應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)能夠切實提高公路橋梁建設(shè)質(zhì)量。但是在施工過程中，需要按照項目的特點對預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)進行選擇，同時，還需要在施工時嚴(yán)格按照施工規(guī)范進行施工，提高公路橋梁質(zhì)量。