何廣寶

1 工程概述

某匝道橋上部結(jié)構(gòu)為跨度20 m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁,單箱單室斷面,共23跨,下部結(jié)構(gòu)為柱式墩。根據(jù)專項檢測報告和現(xiàn)場調(diào)查,匝道橋現(xiàn)狀和主要問題如下:1)箱梁腹板存在豎向裂縫,縫最寬0.8 mm;底板存在橫向裂縫,縫最寬0.35 mm。與2007年定期檢查結(jié)果相比較,病害明顯發(fā)展,已修補的裂縫均重新開裂。2)個別箱梁底板存在混凝土缺損、露筋現(xiàn)象;部分箱梁頂、底板滲水、泛堿。3)第3跨3號墩墩帽上發(fā)現(xiàn)4條豎向裂縫。4)專項檢測回彈試驗實測箱梁混凝土強度均高于設(shè)計值。5)專項檢測得到的箱梁混凝土碳化深度最大值為5.0 mm,最小值為3.5 mm,平均值為3.5 mm,對鋼筋銹蝕有輕微的影響。6)一些梁跨箱梁實測混凝土保護層厚度偏小,對結(jié)構(gòu)鋼筋的耐久性影響較大。

根據(jù)定檢報告,某匝道橋上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件缺損嚴(yán)重,病害發(fā)展明顯,按重要部件最差的缺損狀況評定,評定為“三類”橋梁。

2 加固方案

由于匝道梁體橫向裂縫較多,對橋梁整體承載力和耐久性非常不利,應(yīng)進行補強加固。按主動加固、被動加固不同的方法,提出了5個方案進行比選。匝道橋維修加固時,先將原有橋面鋪裝鑿除,待梁體加固改造完成后,在鋪裝層內(nèi)設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng),采用鋼纖維混凝土重新進行橋面鋪裝。

1)方案1:梁底預(yù)應(yīng)力鋼絞線+梁頂預(yù)應(yīng)力鋼絞線。在箱梁跨中附近底板下緣、中支點附近頂板上緣增設(shè)Φj8.6 mm的小股預(yù)應(yīng)力鋼絞線,每根鋼絞線由3根φ 4 mm的鋼絲組成,計算面積為37.7 mm2,抗拉標(biāo)準(zhǔn)強度fpk=1 470 MPa,張拉控制應(yīng)力σcon=955.5 MPa,單根鋼絞線張拉力36.0 kN,直線布置,靠近兩端錨固位置時豎彎,采用YM-1錨具分別與固定在箱梁底板、頂板上的錨固支撐齒板錨固。箱梁底板預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置范圍內(nèi)按間距50 cm呈梅花狀布置植筋,外掛5 cm×5 cm鋼絲網(wǎng),然后6 cm厚的高性能抗拉復(fù)合砂漿(HTCM)層,將預(yù)應(yīng)力筋與被加固箱梁粘結(jié)為一體,構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系,提高結(jié)構(gòu)的抗裂性,保護預(yù)應(yīng)力鋼筋免于銹蝕,并封閉原箱梁裂縫。在箱梁頂板上植筋、設(shè)雙層鋼筋網(wǎng),采用C45鋼纖維混凝土重新進行橋面鋪裝,提高橋面鋪裝的使用性能和耐久性,同時對梁頂預(yù)應(yīng)力筋起保護作用。梁底小股預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉后噴注高性能抗拉復(fù)合砂漿,對預(yù)應(yīng)力筋形成保護,并構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系,要求砂漿具有較高的抗壓強度和抗折強度,從而提供較高的抗裂能力,匝道橋鋼絞線預(yù)應(yīng)力補強示意圖見圖1。

2)方案2:梁底預(yù)應(yīng)力鋼絞線。與方案1相比,本方案僅在箱梁跨間底板下設(shè)置多根小股預(yù)應(yīng)力筋,在頂板上不增設(shè)預(yù)應(yīng)力,即只對跨中附近梁底進行預(yù)應(yīng)力加固,對中支點附近梁頂不進行預(yù)應(yīng)力加固,而是在橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)中增加配筋量,利用普通鋼筋來分擔(dān)后期荷載在中支點附近箱梁中產(chǎn)生的負(fù)彎矩,提高截面的承載能力。

3)方案3:梁底預(yù)張緊鋼絲繩+梁頂預(yù)張緊鋼絲繩。本方案與方案1類似,只是將方案1中梁底、梁頂布置的多根Φj8.6 mm小股預(yù)應(yīng)力鋼絞線用多根φ 4.5 mm預(yù)張緊鋼絲繩代替,縱、橫向布置的鋼絲繩形成鋼絲繩網(wǎng)片。傳統(tǒng)的非預(yù)張緊鋼絲繩加固施工時,雖然進行了繃緊的工序,但是,繃緊力比較小,一般在1.0 kN以內(nèi),而根據(jù)試驗測定,φ 4.5 mm鋼絲繩的非線性區(qū)應(yīng)該在3.1 kN以上,所以,一般的繃緊施工完畢后,鋼絲繩并未脫離非線性區(qū),無法保證混凝土構(gòu)件在受力初期,鋼絲繩提供應(yīng)有的拉力,造成鋼絲繩在受力初期無法起到應(yīng)有的加固作用。而預(yù)張緊鋼絲繩在鋼絲繩安裝過程中,對其進行預(yù)張緊,張拉力大于鋼絲繩拉力—位移曲線的非線性區(qū),達到其彈性拉力區(qū)域,這樣能保證加固構(gòu)件在開始受力時,鋼絲繩能夠立即受力參與工作,從而保證了加固材料與被加固構(gòu)件良好的協(xié)同工作效果,同時,鋼絲繩的預(yù)拉力對構(gòu)件施加了一定的預(yù)應(yīng)力,使構(gòu)件受力性能明顯改善。

4)方案 4:梁底預(yù)張緊鋼絲繩。與方案3相比,本方案僅在箱梁跨間底板下設(shè)置預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片,在頂板上不布置,而是采用與方案2相同的方法,增加橋面鋪裝中的配筋量,利用普通鋼筋來分擔(dān)后期荷載在中支點附近箱梁中產(chǎn)生的負(fù)彎矩,提高截面的承載能力。

5)方案5:梁底粘貼鋼板補強。在箱梁底板沿縱向粘貼6 mm厚Q235鋼板,每塊鋼板寬度為200 mm,在箱梁頂板上植筋、設(shè)雙層鋼筋網(wǎng),采用C45鋼纖維混凝土重新進行橋面鋪裝,用于減小后期荷載作用下的鋼筋應(yīng)力,提高截面的抗彎能力。

在支點附近箱梁腹板外側(cè)粘貼豎向條形鋼板,鋼板寬200 mm,厚8 mm,以提高截面的抗剪能力。

對裂縫較多的3號墩蓋梁采用粘貼碳纖維布進行補強。

3 方案比選

通過結(jié)構(gòu)分析,從加固效果方面考慮,方案1～方案4為主動加固措施,通過對箱梁施加預(yù)應(yīng)力,降低箱梁內(nèi)的應(yīng)力水平,且增加的預(yù)應(yīng)力筋可分擔(dān)后期作用的恒載和活載,減小加固部位原箱梁主筋的受力,控制裂縫的發(fā)展。同時,通過在梁底噴注抗拉砂漿、在梁頂植筋、重新進行橋面鋪裝,不僅為后加預(yù)應(yīng)力鋼束提供了保護,并對原梁體裂縫起到封閉的作用,且增加了主梁的剛度,加固效果明顯。方案1、方案3同時對箱梁跨中截面底板和中支點截面頂板主筋進行預(yù)應(yīng)力加固,加固效果要好于只對梁底進行預(yù)應(yīng)力加固的方案2、方案4。方案5為被動加固措施,后加材料僅分擔(dān)后期增加的恒載和活載產(chǎn)生的內(nèi)力,原梁底板主筋受力仍然較大,同時,粘貼鋼板對主梁剛度的提高有限,效果不如前面4個方案。

從施工工期方面考慮,前4個預(yù)應(yīng)力加固方案施工程序較多,施工周期要長些,方案 5較短。方案 1、方案3需同時對梁底和梁頂進行加固,施工工期比方案 2、方案4稍長。

從施工難易程度方面考慮,方案1、方案2為小股鋼絞線預(yù)應(yīng)力加固,方案3、方案4為預(yù)張緊鋼絲繩加固,在預(yù)應(yīng)力齒板加工安裝、抗拉砂漿錨噴等方面施工經(jīng)驗少,工藝復(fù)雜,對施工材料的可靠性、施工技術(shù)水平要求高。前4個方案中,小股鋼絞線的施工要比預(yù)張緊鋼絲繩的施工復(fù)雜。方案5為經(jīng)常使用的一種常規(guī)加固方法,施工經(jīng)驗較多,容易實施。

從后期養(yǎng)護維修方面考慮,前4個方案設(shè)置的鋼絞線或鋼絲繩均被砂漿層或橋面鋪裝保護,在保證施工質(zhì)量、正常使用情況下后期養(yǎng)護維修工作量較小,但方案1、方案 3中梁頂加固造成橋面鋪裝層厚度減小,容易受損,需注意養(yǎng)護;方案5在梁底粘結(jié)鋼板,后期需對鋼構(gòu)件進行定期檢查、養(yǎng)護。

經(jīng)綜合比選,將方案3:梁底預(yù)張緊鋼絲繩+梁頂預(yù)張緊鋼絲繩加固作為A匝道橋維修加固的推薦方案。

4 結(jié)語

體外預(yù)應(yīng)力加固是一種有效改善結(jié)構(gòu)受力性能的加固方法,結(jié)合工地實踐,通過對加固后橋梁加固效果、施工難易程度、后期養(yǎng)護容易性的比較,得出了較優(yōu)的方案,為同類型匝道橋病害處治提供了有益的參考。

[1]范立礎(chǔ),徐光輝.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2010.

[2]JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]劉效堯,趙立成.公路橋涵設(shè)計手冊:梁橋[M].北京:人民交通出版社,2000.