曹 陽(yáng)

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

1 工程概述

1.1 連續(xù)梁概述

某雙線特大橋(25+40+32)m連續(xù)梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，范圍為46#～49#墩三跨，主墩為47#、48#墩。梁體為單箱單室、等高度、等截面箱梁結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12 m，箱梁底寬6.7 m，梁高3 m。全橋頂板厚35～60 cm，邊跨底板厚30～60 cm，主跨底板厚30～70 cm，腹板厚40～90 cm，按直線變化。梁段分為0#～6#塊。其中6#塊為邊跨直線段；5#塊為邊跨、中跨合龍段。0#塊長(zhǎng)10.0 m，高3 m，腹板厚0.9 m，底板厚0.604～0.7 m，頂板厚0.35～0.6 m；1#～4#塊長(zhǎng)度為(3.5×2+3.5×2+3.5×2+3.5×2)m，采用掛籃懸臂施工。其中3#、4#節(jié)段頂板處設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力索：

1.1.1 頂板縱向預(yù)應(yīng)力索布置

頂板在腹板及加厚段范圍內(nèi)，3#節(jié)段頂板每側(cè)有2索N4、2索N5和3索N6,每側(cè)共7索；4#節(jié)段頂板每側(cè)有2索N5和3索N6，每側(cè)共5索。其中：內(nèi)側(cè)N4索距頂板底部倒角28 cm；內(nèi)側(cè)N5索距頂板底部倒角48 cm；外側(cè)N4索距頂板底部倒角68 cm；內(nèi)側(cè)N6索距頂板底部倒角88 cm。在頂板中部(35 cm厚)范圍內(nèi)，3#、4#節(jié)段有2索N14,間距226 cm。2索N14，一端錨固在小里程梁端，另一端在3#節(jié)段頂板內(nèi)設(shè)上齒塊錨固，上齒塊長(zhǎng)250 cm，距節(jié)段縫50 cm。

1.1.2 橫向預(yù)應(yīng)力索布置

3#、4#節(jié)段頂板各有7索，共14索，縱向間距50 cm，位于頂板底部，距頂板底面10 cm, 距頂板頂面25 cm。

在腹板及加厚段范圍內(nèi)，3#節(jié)段7索位于縱向N4、N5和N6下方；4#節(jié)段7索位于縱向N5和N6下方。

在頂板中部范圍內(nèi)(35 cm厚)，3#節(jié)段后5索(靠大里程方向)位于縱向2索N14上方；3#節(jié)段前2索(靠小里程方向)及4#節(jié)段7索位于縱向2索N14下方。

橋跨布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 橋跨布置示意

1.2 損傷狀況

由于在架設(shè)該橋45#～46#墩24 m簡(jiǎn)支箱梁過(guò)程中，運(yùn)架一體機(jī)提梁行進(jìn)至就位時(shí)，造成支承于連續(xù)梁頂面的輔助滾輪支點(diǎn)處造成局部荷載過(guò)大，導(dǎo)致該連續(xù)梁局部梁段頂板出現(xiàn)損傷。

頂板開(kāi)裂部位位于46#～47#墩25 m邊跨3#、4#節(jié)段。頂板頂面2個(gè)塌陷中心位置距離梁體端部9.85 m，距離翼緣板邊緣5.05 m；塌陷范圍長(zhǎng)80 cm，寬30 cm。頂板底面在兩側(cè)內(nèi)倒角尖各有一條裂縫，兩縫間距4.1 m，裂縫長(zhǎng)順橋向6.5 m，距離邊跨梁端7.0～13.5 m范圍內(nèi)。其余范圍混凝土均沒(méi)有受損。梁體受損示意圖見(jiàn)圖2和圖3所示。

1.3 補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)施工概述

針對(duì)頂板混凝土及縱橫向預(yù)應(yīng)力筋的損傷，本著安全、合理、實(shí)用的原則，按照有關(guān)規(guī)范要求制定了一系列的補(bǔ)強(qiáng)措施。

1.4 補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)施工要點(diǎn)

1.4.1 施工要點(diǎn)

(1)在鑿除頂板受損混凝土?xí)r，應(yīng)間隔分段鑿除，然后進(jìn)行頂板混凝土恢復(fù)施工，待新澆筑混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后再進(jìn)行下一段的鑿除工作，分段長(zhǎng)度控制在1.5 m以內(nèi)，施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)兩腹板間距及箱梁腹板底部、底板下緣混凝土應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防止腹板變形開(kāi)裂。

(2)在頂板破損區(qū)范圍內(nèi)，原樣保留預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋的前提下，鑿除頂板混凝土，并清理干凈；

圖2 受損示意

圖3 3#、4#節(jié)段頂板受損范圍

(3)鑿除頂板混凝土后，在新老混凝土結(jié)合面處進(jìn)行植筋處理。

(4)距橫向邊緣20 cm，預(yù)應(yīng)力邊緣5 cm范圍內(nèi)砼鑿除需采用人工進(jìn)行，禁止風(fēng)鎬作業(yè)。

(5)重新澆筑頂板混凝土和兩束N14頂板預(yù)應(yīng)力束錨固齒塊，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋和縱向預(yù)應(yīng)力筋。

(6)預(yù)應(yīng)力筋張拉工作結(jié)束后，拆除施工設(shè)施，清理施工場(chǎng)地。

1.4.2 植筋工藝要點(diǎn)

本橋在頂板修復(fù)過(guò)程中在新老混凝土結(jié)合面處采用了植筋處理，以增強(qiáng)新舊結(jié)構(gòu)間的結(jié)合力和抗剪能力。

植筋所采用的鋼筋均為Ⅱ級(jí)鋼筋。

植筋所采用的藥劑為專用植筋粘結(jié)劑。藥劑必須具有產(chǎn)品成熟、適合小間距作業(yè)、快速凝固、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。對(duì)于拱座部位的縱向受力鋼筋，應(yīng)保證鋼筋達(dá)到屈服而不被拔出。

植筋鉆孔使用的鉆機(jī)必須具有產(chǎn)品成熟、可導(dǎo)向定位、可貫通鋼筋砼中的鋼筋、震動(dòng)小、不損壞結(jié)構(gòu)表面、成孔快、孔徑孔深準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

植筋鉆孔前，應(yīng)使用混凝土保護(hù)層厚度儀對(duì)原結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋、波紋管位置進(jìn)行判定，盡量保證鉆孔不破壞原結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋。鉆孔應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度。

植筋所用鋼筋為φ16鋼筋，鉆孔直徑為20 mm。施工時(shí)不得隨意增大鉆孔直徑。

植筋鉆孔時(shí)，應(yīng)盡量確保鉆孔方位，以防鉆穿相鄰植筋孔。成孔后，應(yīng)用圓刷子清孔，再用高壓氣體吹出灰塵，并保持孔內(nèi)的干燥，然后從底部打入藥劑，旋轉(zhuǎn)植入鋼筋。為了保證施工質(zhì)量，建議植筋修復(fù)施工亦由專業(yè)修復(fù)施工單位施工。

2 修補(bǔ)過(guò)程中受力分析

施工過(guò)程中鑿除部分頂板會(huì)導(dǎo)致橫向預(yù)應(yīng)力束對(duì)剩余部分的腹板和底板產(chǎn)生不利作用。因此，評(píng)估橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)的影響以及評(píng)估加固過(guò)程中安全性必須采用空間實(shí)體有限元模型圖4。根據(jù)實(shí)際狀態(tài)，選取沿縱向1.5 m鑿除頂板范圍計(jì)算分析，以獲取最不利的受力狀態(tài)，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

圖4 應(yīng)力分布

對(duì)最不利工況進(jìn)行分析計(jì)算可知：當(dāng)鑿除長(zhǎng)度控制在1.5 m時(shí)，結(jié)構(gòu)底板下緣會(huì)出現(xiàn)1.28 MPa的拉應(yīng)力(表1)，但該值小于規(guī)范規(guī)定混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度1.96 MPa(C55混凝土)，不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，腹板上不出現(xiàn)拉應(yīng)力(表2)。

表1 頂級(jí)沿縱向鑿除1.5 m時(shí)的應(yīng)力

表2 規(guī)范規(guī)定的混凝土設(shè)計(jì)程度

由于結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)大面積的開(kāi)裂和壓潰等塑性變形，建議對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固過(guò)程時(shí)，應(yīng)合理組織施工，并采取結(jié)構(gòu)保護(hù)措施，嚴(yán)格監(jiān)控施工過(guò)程中各部位的應(yīng)力發(fā)展和變形趨勢(shì)。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

在整個(gè)修補(bǔ)施工過(guò)程中，根據(jù)受損情況，在相應(yīng)點(diǎn)安裝傳感器，隨時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力和變形情況，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)、施工各方，防止結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過(guò)大的應(yīng)力和變形，避免結(jié)構(gòu)再次出現(xiàn)損傷，尤其是損傷混凝土拆除、預(yù)應(yīng)力張拉等階段。

3.1 監(jiān)控內(nèi)容

(1)變形監(jiān)測(cè)包括兩側(cè)腹板距離的變化和橋跨結(jié)構(gòu)整體豎向撓曲的變化。兩側(cè)腹板距離的監(jiān)測(cè)主要是為了保證混凝土拆除過(guò)程和新加混凝土澆筑等階段，盡量做到腹板距離零變化，防止在腹板和底板上不產(chǎn)生過(guò)大的橫向附加應(yīng)力。橋跨結(jié)構(gòu)整體豎向撓曲變化主要是觀察新增加重量對(duì)結(jié)構(gòu)自重的影響，與理論值比較可以驗(yàn)證新加結(jié)構(gòu)對(duì)整體的影響情況。變形監(jiān)測(cè)有原單位負(fù)責(zé)。

(2)應(yīng)力監(jiān)測(cè)包括頂板保留部分橫向應(yīng)力、頂板新加混凝土橫向應(yīng)力和底板混凝土縱向橫向應(yīng)力。目的是監(jiān)測(cè)和防止頂板和底板中出現(xiàn)過(guò)大應(yīng)力，造成混凝土開(kāi)裂。

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(3)原橫向預(yù)應(yīng)力束會(huì)對(duì)腹板產(chǎn)生不利作用，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性和完整性，須嚴(yán)格限制兩腹板之間距離的變化。建議在施工過(guò)程中分段鑿除，分段長(zhǎng)度控制在1.5 m以內(nèi)。當(dāng)修復(fù)頂板開(kāi)槽縱向距離大于1.5 m時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行具體分析。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

通過(guò)實(shí)體有限元模型計(jì)算分析可以看出，最大拉應(yīng)力是在底板處，因此，傳感器布置原則是在低板受力最大拉應(yīng)力位置安裝(圖5)。

圖5 測(cè)點(diǎn)布置(單位：cm)

3.3 監(jiān)控儀器與傳感器安裝

3.3.1 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器采用振弦式傳感器，它是目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的一種傳感器，由于直接輸出的是自振頻率信號(hào)，因此有很強(qiáng)的抗干擾能力和并且受電參數(shù)影響小，零點(diǎn)飄移小，受溫度影響小，性能穩(wěn)定可靠，耐震動(dòng)，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。鋼弦的振蕩頻率可以由下式確定：

表3 測(cè)試結(jié)果

式中：f0為振蕩頻率；l為鋼弦有效長(zhǎng)度；σ為應(yīng)變；ρ為鋼弦密度。

我們采用的是成都金碼公司生產(chǎn)的振弦式表面應(yīng)變計(jì)，它由應(yīng)變計(jì)、安裝夾具、信號(hào)傳輸電纜等組成，其主要技術(shù)參數(shù)，量程： 1200με，靈敏度：1με，精度：≤1%F＊S符合測(cè)試要求(圖6)。

圖6 表面應(yīng)變計(jì)

當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形時(shí)，將帶動(dòng)表面應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生變形，變形通過(guò)前、后端座傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測(cè)出引起被測(cè)結(jié)構(gòu)物變形的應(yīng)變量。同時(shí)可同步測(cè)出布設(shè)點(diǎn)的溫度值。

3.3.2 傳感器安裝

由于傳感器安裝好壞直接影響到測(cè)試精度，所以傳感器的安裝很重要(圖7)。

圖7 傳感器安裝

3.4 測(cè)試結(jié)果與分析

根據(jù)對(duì)測(cè)試原始數(shù)據(jù)分析處理，剔除不合理數(shù)據(jù)，得到如表3，總體觀測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果符合，當(dāng)溫度降低時(shí)，由于裸露鋼筋的熱漲冷縮的作用，使得在低板中部的853號(hào)和848號(hào)處傳感器應(yīng)力變大的規(guī)律，找出表中最不利的數(shù)據(jù)33.3με進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)公式：

σx=Eμε= 3.60×10^4×33.3×10^-6(max)=1.20 MPa< 1.28MPa(計(jì)算值)<1.96 MPa(設(shè)計(jì)抗拉應(yīng)力)

通過(guò)以上計(jì)算分析可知，在目前的工況情況下屬于臨界安全范圍內(nèi)，需隨時(shí)注意應(yīng)力值變化，當(dāng)測(cè)試到的應(yīng)力大于規(guī)定值時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警到監(jiān)理和施工單位，停止施工檢查原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

該橋梁采用的加固方法合理，在理論計(jì)算控制范圍內(nèi)。所以，當(dāng)橋梁發(fā)生損傷進(jìn)行加固時(shí)，合理的施工方法和施工步驟以及在施工過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)控各個(gè)施工階段結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化非常重要，以免發(fā)生二次損傷。

[1] 章關(guān)永.橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].第2版.人民交通出版社，2010

[2] JTG/F 50-2011 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]

[3] GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4] 劉自明,陳開(kāi)利.橋梁工程檢測(cè)手冊(cè)[M]. 第2版. 人民交通出版社,2010

[5] 王國(guó)鼎,袁海慶，陳開(kāi)利.橋梁檢測(cè)與加固[M].人民交通出版社,2003