龔斌文 閔紫超

南京新筑加固工程有限公司 江蘇 南京 210031

早在20世紀(jì)20年代，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)即在混凝土橋梁的建設(shè)中得到了初步運用。但由于材料的耐腐蝕等技術(shù)問題一直未得到有效的解決，使得體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用推廣在其后的一段時間里受到了很大的限制。近年來，隨著預(yù)應(yīng)力材料的制造技術(shù)、施工技術(shù)和防腐蝕技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，混凝土橋梁的維修加固項目越來越多地應(yīng)用了體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，如國內(nèi)的井岡山大橋加固[1]、譚家梁子大橋加固[2]，日本的Kireuriwari高架橋加固等工程中，均采用了體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對其進(jìn)行維修加固。

1 工程概況

1.1 總體布置

本文所介紹的大橋于2009年3月初開工建設(shè)，并于2010 年12月初建成并正式通車。該橋梁全長594.2 m，分為東西兩幅，每幅橋面均設(shè)有行車道、超車道和緊急?？寇嚨溃瑢挾葹?2.75 m。每幅橋梁包含3個部分：南引橋（6×30 m部分預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁），主橋（62 m＋100 m＋62 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁），北引橋（6×30 m部分預(yù)應(yīng)力連續(xù) 箱梁）。

1.2 橋梁病害基本情況

該大橋在經(jīng)過近4年的運營后，主橋的部分承重梁體上出現(xiàn)了多條明顯的裂縫。經(jīng)相關(guān)單位的檢測，發(fā)現(xiàn)主橋連續(xù)梁中跨中部底板出現(xiàn)橫向受力裂縫、腹板出現(xiàn)斜向裂縫等病害，并且裂縫病害呈不斷發(fā)展趨勢。經(jīng)多次綜合分析和評價，上部主要承重構(gòu)件梁體部分的技術(shù)狀況等級為4 類（嚴(yán)重），靜載試驗的結(jié)果表明，目前該橋結(jié)構(gòu)整體的剛度雖可以滿足要求，但承載力不滿足設(shè)計的荷載要求。

1.3 無損檢測結(jié)果

1）混凝土強度：實測的抗壓強度推定值達(dá)到了C50，滿足設(shè)計強度的要求。

2）主梁底板鋼筋保護(hù)層厚度：實測鋼筋保護(hù)層厚度特征值與設(shè)計值的比值在0.40～0.53內(nèi)，保護(hù)層厚度不符合設(shè)計值，鋼筋易失去堿性耐腐蝕層的保護(hù)，發(fā)生銹蝕。

3）構(gòu)件尺寸：主梁結(jié)構(gòu)尺寸實測值和原設(shè)計值基本 接近。

4）底板混凝土崩裂空鼓檢查：有10個塊件底板（箱外）出現(xiàn)空鼓，空鼓共12處，總面積達(dá)6.17 m2，有1個節(jié)段底板出現(xiàn)混凝土下崩，面積總計2.4 m2。

2 橋梁病害分析

根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞴懿块T調(diào)查的情況，該橋梁周邊有多個重要港口，港口的砂石車、罐車、大型貨車等超載載重車所占比例較大。因道路限行，這些超載重車一般會在下午六點以后集中過橋。根據(jù)現(xiàn)場檢測報告，運輸碎石的六軸卡車超載所測質(zhì)量為210～230 t。該公路橋梁的原設(shè)計荷載等級為公路-Ⅰ級，采用最大超載荷載進(jìn)行計算分析后得出，所產(chǎn)生的彎矩效應(yīng)最大達(dá)到了原設(shè)計值的2倍。其中：最大超載車隊車道一布置一輛220 t的超載重車，其余均為30 t主車，車道二布置一輛55 t重車，其余均為30 t主車（表1）。

表1 不同車隊工況下的彎矩效應(yīng)

3 主要加固方案

3.1 體外預(yù)應(yīng)力加固

為了改善主梁主拉應(yīng)力，控制底板、腹板裂縫的持續(xù)發(fā)展，防止橋梁線形和技術(shù)狀況繼續(xù)惡化，適當(dāng)改善橋面線形，并有效抑制主橋主梁跨中下?lián)?，對該橋主橋箱室?nèi)增設(shè)多束縱向體外預(yù)應(yīng)力束。體外預(yù)應(yīng)力加固的設(shè)計思路為：通過張拉增設(shè)在箱梁內(nèi)部的體外預(yù)應(yīng)力束，使得主跨跨中有一定的向上位移，提高承載能力安全儲備，增加主跨跨中下緣壓應(yīng)力儲備。本工程對兩側(cè)62 m邊跨每箱各布置6束12-7φ5 mm環(huán)氧涂層鋼鉸線體外索，100 m中跨布置8束12-7φ5 mm環(huán)氧涂層鋼鉸線體外索。體外預(yù)應(yīng)力利用7#墩、8#墩橫隔板，以及新增鋼結(jié)構(gòu)支架作為體外預(yù)應(yīng)力束轉(zhuǎn)向支點，在6#墩、9#墩底板厚度變化段部位及7#墩、8#墩橫隔板位置設(shè)置錨固塊，并通過植筋與端橫梁連接（圖1）。

圖1 體外預(yù)應(yīng)力束布置立面

3.2 箱梁端部錨固塊埋件板錨栓鉆孔及鋼箱錨安裝

箱梁端部錨固塊分為A型、B型、C型，均為采用Q345C鋼板焊接成形的鋼箱錨，分別布置于箱梁底板、腹板和頂板，與混凝土箱梁之間采用8.8級化學(xué)錨栓（M16、M27）進(jìn)行連接。采用鋼箱錨的優(yōu)點是其自重相比現(xiàn)澆混凝土錨固塊可以減少50%，且施工快捷，可以有效縮短工期?；瘜W(xué)錨栓鉆孔時應(yīng)對梁體普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行無損探測，避免鉆孔時打斷普通鋼筋及原預(yù)應(yīng)力筋。該施工工藝過程是束形建立的關(guān)鍵性工藝環(huán)節(jié)[3]。

3.3 橫隔板頂轉(zhuǎn)向器定位鉆孔及轉(zhuǎn)向器安裝

墩頂橫隔板處轉(zhuǎn)向器安裝時需要先進(jìn)行鉆孔，在線形布置設(shè)計時已考慮了盡量避開既有箱梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行鉆孔。但若原預(yù)應(yīng)力筋所在位置施工誤差過大，鉆孔時也有可能會碰到，因此鉆孔施工時需要特別小心。鉆孔施工前需仔細(xì)查閱原設(shè)計圖，用鋼筋探測儀對其進(jìn)行探測并準(zhǔn)確放線后才能進(jìn)行施工。鉆孔施工完成后，設(shè)置φ219 mm×7 mm×1 100 mm的鋼管，鉆孔的直徑大于鋼管直徑1 mm，兩者之間的空隙部分采用了結(jié)構(gòu)膠灌注密實。穿鋼管施工時，對于墩兩側(cè)隔板上的鉆孔中心點，采取措施保證孔徑中心點的偏差不超過4 mm。穿過墩頂橫隔板混凝土的鋼管應(yīng)在張拉過程中防止其發(fā)生滑動。同時，應(yīng)保證其與混凝土之間的緊密性，以保證荷載傳遞的均勻性。

3.4 轉(zhuǎn)向固定支架安裝

轉(zhuǎn)向固定支架采用鋼結(jié)構(gòu)桁架形式，減少濕作業(yè)，同時因其剛度較大，可以將預(yù)應(yīng)力束提供的反力直接傳遞給箱梁腹板，大大減少箱梁底板的受力。鋼結(jié)構(gòu)桁架形式也相當(dāng)于提供了一個小型的箱體橫隔板，可以在一定程度上提高箱體的抗扭剛度。鋼結(jié)構(gòu)桁架利用箱梁頂?shù)坠Ｃ{設(shè)置基座。

3.5 減振支架定位及安裝

根據(jù)減振器的設(shè)計要求進(jìn)行減振器的安裝，并將其與梁體預(yù)埋件連接，起到減振限位作用。施工時先鉆孔安裝化學(xué)錨栓，固定減振墊；安裝上下卡箍，再安裝調(diào)節(jié)螺桿與減振墊相連，完成減振器安裝。減振裝置安裝間距應(yīng)≤8 m。

3.6 穿預(yù)應(yīng)力束

1）在穿索之前對轉(zhuǎn)向器的各個孔道進(jìn)行編號，可以防止穿索時混亂的情況，避免鋼絞線扭絞在一起。穿索采用人工穿索方式，按照從下至上、從左至右的順序進(jìn)行。

2）搭設(shè)鋼絞線支架之后，鋪設(shè)木工板及軟墊層，保護(hù)鋼絞線的外部PE層。

3）在張拉之前對預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行預(yù)張緊，穿筋過程中做好對表面防護(hù)層的保護(hù)，不得拖拽預(yù)應(yīng)力束[4-5]。

3.7 安裝錨具

1）將錨具懸吊至后置錨板前一定距離。

2）按照順序?qū)摻g線索穿孔完畢后，再將錨具推進(jìn)預(yù)埋導(dǎo)管內(nèi)，使錨環(huán)與錨墊板緊密貼在一起并居中，安裝夾片，即完成一個錨具的安裝。

3.8 預(yù)應(yīng)力束張拉、錨固及防護(hù)

張拉工藝流程：每個體外預(yù)應(yīng)力束分3級張拉、即首先按順序全部張拉至15%σcon（σcon為控制張拉應(yīng)力），第2 次再全部張拉至7 0%σcon，最后依次全部張拉至100%σcon。

連續(xù)梁體外預(yù)應(yīng)力張拉時，按箱室順序，先張拉6#—8#墩箱內(nèi)索，再張拉7#—9#墩箱內(nèi)索。各箱室內(nèi)的預(yù)應(yīng)力索張拉順序為：先對稱張拉位于腹板邊的2根外側(cè)索，再對稱張拉位于箱室中間剩余的2根索（圖2、圖3）。

圖2 預(yù)應(yīng)力束張拉

圖3 預(yù)應(yīng)力束錨固

在轉(zhuǎn)向塊、錨固塊等裝置安裝完成，且連接材料達(dá)到設(shè)計強度后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的張拉。張拉完成后，對預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行錨固，安裝布罩，涂刷防腐蠟油并安裝防護(hù)罩。

4 結(jié)語

對加固后的上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況進(jìn)行評定，橋梁的技術(shù)等級達(dá)到了二類，滿足使用要求。通過本文的介紹，得出以下結(jié)論：

1）該橋各墩體在體外力張拉過程中，撓度累積實測無異常，配合橋面鋪裝層的減薄，最大累積上撓值實測為16.2 mm，與理論計算值差距不大，全橋整體線形在經(jīng)過體外力的張拉后得到了較好的改善，跨中下?lián)犀F(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)。

2）根據(jù)理論計算結(jié)果，在采用體外預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行加固后，底板拉應(yīng)力減小了1.9 MPa，撓度減少了7.9 mm，配合橋面鋪裝減薄措施后，大大減小了梁體的彎矩效應(yīng)，達(dá)到了理想的加固效果。

3）本文研究采用Midas軟件分析計算體外力施工階段及施工完成后的應(yīng)力應(yīng)變，其結(jié)果與實際監(jiān)控數(shù)據(jù)吻合，驗證了該加固方法的有效性。

[1] 李晨光,劉航,段建華,等.體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北 京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] 謝吉賢.淺析如何進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2011(24):191.

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[5] 盧晨怡,祝向群,凌中水,等.某六孔預(yù)應(yīng)力大懸臂箱梁橋體外索加 固分析[J].黑龍江工業(yè)學(xué)院學(xué)報(綜合版),2019,19(9):55-60.