受損的裝配式小箱梁更換技術(shù)研究

殷任宏,張 延

（西安公路研究院有限公司,陜西 西安 710065）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式箱梁因其具有較大的抗彎、抗扭剛度和良好的橫向穩(wěn)定性，且構(gòu)件集中預(yù)制，可快速安裝、經(jīng)濟(jì)性好，在公路橋梁中得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用[1-3]。在橋梁運(yùn)營過程中，由于落石、車輛等物體的突然撞擊或者因火災(zāi)、爆炸等病害導(dǎo)致部分梁體受損，不能繼續(xù)使用，而整橋技術(shù)狀況相對較好時(shí)，則將受損箱梁拆除更換便是最便捷的方法[4-5]。在交通繁忙地段、施工緊張情況下，如何進(jìn)行受損主梁更換是橋梁養(yǎng)護(hù)工作中亟待解決的技術(shù)問題。

該文以某個(gè)山體落石受損裝配式箱梁應(yīng)急搶修換梁工程為依托，介紹了適用于部分受損裝配式箱梁更換的技術(shù)原理，并結(jié)合實(shí)際工程，對相關(guān)的施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，使受損橋梁快速恢復(fù)正常運(yùn)營，為同類工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某高速公路橋梁全長149.0 m，橋?qū)?0.0 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用（4×20）m+（3×20+9）m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁，單幅設(shè)置3片預(yù)制箱梁，縱向橋跨之間未設(shè)置負(fù)彎矩鋼束，通過普通鋼筋和現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行縱向連接；橋梁下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，重力式橋臺；橋梁設(shè)計(jì)荷載等級為汽車-超20，掛-120。該橋于2007年10月建成通車。

1.2 橋梁病害

由于連續(xù)陰雨天氣導(dǎo)致山體局部發(fā)生落石。落石撞擊點(diǎn)位于R7-2#箱梁頂面跨中至l/4附近。受高空落石沖擊荷載作用，該梁腹板部位產(chǎn)生了嚴(yán)重開裂，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全。

（1）R7-2#箱梁左側(cè)腹板：在撞擊點(diǎn)附近呈正八字形斜向開裂、破損，左側(cè)跨中附近腹板共計(jì)7條斜向裂縫（裂縫下端延伸至底板邊緣），右側(cè)l/4附近腹板存在3條斜向開裂，裂縫長度在0.25~6.0 m之間，箱梁左側(cè)腹板開裂、破損較為嚴(yán)重，裂縫分布范圍較大，分布長度約6~8 m，主裂縫寬度約1~3 mm，最大開裂寬度約8.0 mm，且裂縫附近伴有大范圍混凝土剝落，受損箱梁的裂縫現(xiàn)場實(shí)測分布見圖1。同時(shí)箱梁腹板下部及上部倒角附近均出現(xiàn)了縱向開裂現(xiàn)象，最大縫寬約3.0 mm，受損箱梁裂縫寬度現(xiàn)場實(shí)測圖見圖2。

圖1 R7-2號箱梁裂縫現(xiàn)場實(shí)測圖

圖2 R7-2號箱梁裂縫寬度現(xiàn)場實(shí)測圖

（2）R7-2#箱梁右側(cè)腹板：在撞擊點(diǎn)附近存在3條斜向裂縫，裂縫長度在0.6~6.0 m之間，裂縫寬度0.2~0.62 mm。

由于落石使箱梁腹板開裂、破損較為嚴(yán)重，裂縫分布范圍較大，且裂縫附近伴有大范圍混凝土剝落，表明梁體混凝土沿裂縫徹底斷裂，截面損傷嚴(yán)重，混凝土內(nèi)鋼筋已經(jīng)部分屈服，使得加固梁體變得幾乎不可能。為了能夠快速恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載能力，保證結(jié)構(gòu)的加固效果，設(shè)計(jì)采用對第7孔R7-2#箱梁進(jìn)行拆除，重新預(yù)制同梁高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁替換原梁。

2 換梁技術(shù)原理

受損箱梁更換是直接將既有受損的裝配式箱梁拆除廢棄，并采用新預(yù)制的箱梁替換原受損箱梁的方法。裝配式箱梁是將預(yù)制小箱梁通過橫向濕接縫、縱向梁端濕接頭連接成整體，由簡支結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為連續(xù)體系。更換受損小箱梁相當(dāng)于裝配式箱梁施工的逆過程，先將受損梁體與周圍正常梁體的連接進(jìn)行切割解除，獨(dú)立出來后成為單片簡支梁，然后將受損箱梁吊走，更換成新預(yù)制的箱梁，再將新更換箱梁與相鄰梁體重新連接起來，恢復(fù)成整體受力的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

裝配式小箱梁橋換梁技術(shù)關(guān)鍵是如何將受損梁體與正常梁體分離，并確保更換后的梁體與正常梁體重新連接后能恢復(fù)成原受力體系。

3 換梁技術(shù)方案分析

裝配式受損小箱梁的換梁流程主要包括準(zhǔn)備工作、拆除吊離受損箱梁、新梁更換和恢復(fù)連續(xù)體系等四個(gè)步驟。

3.1 準(zhǔn)備工作

（1）進(jìn)行交通組織。受損箱梁更換會影響車輛正常通行，施工前應(yīng)結(jié)合受損箱梁的損傷程度、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、周邊環(huán)境和路網(wǎng)運(yùn)營要求，制定合理的交通組織方案，并應(yīng)及時(shí)向高速交警、路政申請相關(guān)手續(xù)，發(fā)布相關(guān)交通管制的信息，并實(shí)施相應(yīng)的交通組織方案。由于受損橋梁處為秦嶺隧道群，具有長大上坡、彎道急、無應(yīng)急車道的特點(diǎn)，且該橋梁由三片梁組成，病害發(fā)生在中梁，位于行車道和超車道中間，所以施工路段采用單幅雙向通行。

（2）設(shè)置臨時(shí)支撐。在換梁跨和相鄰正?？缰g的小箱梁梁底與蓋梁頂面之間設(shè)置臨時(shí)支撐。

（3）銑刨、鑿除橋面鋪裝層。為方便受損箱梁的拆除以及后期橋面鋪裝的恢復(fù)，銑刨、鑿除橋面鋪裝范圍應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大，銑刨、鑿除橋面鋪裝層平面圖如圖3所示。對瀝青混凝土橋面鋪裝橫橋向全橋?qū)?、縱橋向相鄰橋跨各延伸2 m范圍進(jìn)行銑刨，對混凝土橋面鋪裝橫橋向超過濕接縫0.5 m寬、縱橋向相鄰橋跨各延伸1.5 m范圍進(jìn)行鑿除；并在橋面上放樣出受損小箱梁的中線位置，左右兩條濕接縫各自中線和兩條邊位置。

圖3 橋面鋪裝層銑刨、鑿除平面布置圖（cm）

3.2 拆除吊離受損箱梁

（1）拆除受損箱梁。鋸開受損的R7-2箱梁連續(xù)端濕接頭、濕接縫、橫隔板等，使需要更換的箱梁成為無縱、橫向連接的單片箱梁?？v向連續(xù)端濕接頭為普通鋼筋連接，切除受損梁時(shí)應(yīng)注意保留前后兩孔箱梁連續(xù)端的鋼筋；橫向濕接縫處切割，也應(yīng)保留相鄰梁的濕接縫處鋼筋；梁體切割完成后，應(yīng)采用人工對未受損箱梁切割剩余的濕接縫、濕接頭混凝土進(jìn)行鑿除，混凝土鑿除過程應(yīng)避免對連接鋼筋造成損壞。

（2）吊離受損箱梁。更換箱梁采用單片更換方式，即吊走一片更換一片；吊車及運(yùn)梁車在吊裝過程中的停放位置應(yīng)提前劃線定位，確定各車輛停放位置線時(shí)，兩臺吊車支撐縱橋向應(yīng)盡量放在靠近所換箱梁的支點(diǎn)附近，橫向分別放在下行線邊梁靠近腹板的頂板位置，運(yùn)梁車中心橫向應(yīng)盡量放在橋梁橫斷面中心位置。

（3）拆除箱梁的處治。拆除受損箱梁應(yīng)及時(shí)運(yùn)出高速公路，并選擇安全場地對受損箱梁進(jìn)行破碎，將破碎后的建筑垃圾運(yùn)至垃圾場進(jìn)行處理，不能隨意丟棄而污染環(huán)境。

3.3 新梁制作更換

（1）新更換梁型的選擇。由于受損箱梁不符合現(xiàn)行規(guī)范要求，而且梁場沒有受損箱梁的模板，重新制作模板費(fèi)用大、周期長，新更換箱梁尺寸參照現(xiàn)行通用圖，但應(yīng)保證新舊梁的尺寸和力學(xué)性能要匹配，連接要可靠。設(shè)計(jì)新更換箱梁梁高與原梁高同為1 m，預(yù)制寬度與原梁相同，頂板厚度、跨中腹板、跨中底板厚度采用18 cm，比原梁15 cm有所加厚，其余構(gòu)造尺寸均與原梁相同，新更換箱梁橫斷面示意圖見圖4。預(yù)應(yīng)力鋼束仍采用6束，每束采用5根標(biāo)準(zhǔn)鋼絞線，比原梁有所增強(qiáng)。普通鋼筋特別是箍筋的規(guī)格與間距都比原梁有所增強(qiáng)。

圖4 新更換箱梁橫斷面示意圖（cm）

（2）新更換箱梁預(yù)制。由于受損箱梁更換屬于應(yīng)急搶險(xiǎn)工程，而新更換梁體的預(yù)制、養(yǎng)護(hù)需要時(shí)間較長，是整個(gè)項(xiàng)目工期的關(guān)鍵，可提前聯(lián)系好梁場或在現(xiàn)場做好預(yù)制準(zhǔn)備工作，在設(shè)計(jì)圖確定后立即安排預(yù)制。預(yù)制箱梁施工前，施工單位應(yīng)對替換箱梁尺寸和位置、梁底楔形調(diào)平塊尺寸等參數(shù)進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)，確保新預(yù)制箱梁滿足設(shè)計(jì)及后續(xù)安裝要求。該項(xiàng)目位于山區(qū)，周圍地形沒有現(xiàn)場預(yù)制條件，故選擇附近的梁場預(yù)制好后再運(yùn)送到施工現(xiàn)場。

（3）新更換梁體的運(yùn)輸。預(yù)制梁體一般體積較大，可能需要辦理大件運(yùn)輸?shù)氖掷m(xù)，施工單位應(yīng)提前與相關(guān)管理單位進(jìn)行對接，辦理相關(guān)手續(xù)。

（4）新梁的吊裝。運(yùn)輸新梁的運(yùn)梁車就位，運(yùn)梁車運(yùn)輸新梁停放在下行線靠近施工現(xiàn)場的緊急停車區(qū)內(nèi)，待R7-2號受損箱梁吊離后，安裝新支座，然后吊裝新預(yù)制箱梁。

3.4 恢復(fù)連續(xù)體系

（1）恢復(fù)新?lián)Q箱梁的縱橫向聯(lián)系。連接新?lián)Q梁體與周圍梁體的縱橫向連續(xù)接頭鋼筋，澆筑濕接縫、梁端及橫梁現(xiàn)澆段混凝土?，F(xiàn)澆連接混凝土過程中，要注意對周圍箱梁的梁端連接部位進(jìn)行鑿毛處理，以保證新舊混凝土良好結(jié)合。

（2）恢復(fù)橋面鋪裝及標(biāo)線。在更換的箱梁橫向相鄰梁板上種植橋面鋪裝接茬鋼筋，整體鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)；然后分層澆筑橋面鋪裝混凝土、涂布防水層和瀝青混凝土鋪裝層；最后恢復(fù)橋面標(biāo)線。橋面防水層按照Ⅰ級防水等級設(shè)計(jì)，采用柔性防水涂料，施工時(shí)應(yīng)先做好節(jié)點(diǎn)處理，然后再進(jìn)行大面積涂布，轉(zhuǎn)角及立面應(yīng)做細(xì)部增強(qiáng)處理。

受損小箱梁換梁過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范施工，全程監(jiān)控，項(xiàng)目20 d就達(dá)到開放交通條件。為檢驗(yàn)加固效果和施工質(zhì)量，項(xiàng)目完成后對該橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，橋梁橫向整體性與理論計(jì)算基本符合，新更換梁體與相鄰梁體連接處未出現(xiàn)開裂，結(jié)構(gòu)整體連接性能正常。經(jīng)過2年跟蹤觀測，橋梁技術(shù)狀況良好，未出現(xiàn)新增病害。實(shí)踐證明，更換受損箱梁方案是安全可靠的。

4 結(jié)語

基于受損裝配式箱梁更換工程實(shí)例，對換梁技術(shù)原理進(jìn)行分析，并重點(diǎn)介紹準(zhǔn)備工作、拆除吊離受損箱梁、新梁制作更換及恢復(fù)連續(xù)體系等施工工序和關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)對受損裝配式箱梁更換技術(shù)進(jìn)行了分析。工程實(shí)踐證明，對受損箱梁更換不僅能快速恢復(fù)交通，還能改善橋梁技術(shù)狀況，可供類似工程參考借鑒。