高慶，付旭鋒

（上饒市婺源公路事業(yè)發(fā)展中心，江西婺源 333200）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土槽型梁因建設(shè)高度低、安全性好、空間利用率高以及施工進(jìn)度快等性能優(yōu)勢(shì)而在道路橋梁及城市軌道交通等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但槽型梁橋板梁薄壁體系因剪力滯效應(yīng)大、受力復(fù)雜，且扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，在交通量增大及混凝土收縮徐變的影響下，運(yùn)營(yíng)中極易發(fā)生主梁及橋面板下?lián)稀⒒炷灵_裂等病害。當(dāng)前較常用的梁橋結(jié)構(gòu)加固技術(shù)有體外預(yù)應(yīng)力施加及截面增大加固、粘貼鋼板加固、粘貼碳纖維加固等。以上加固技術(shù)均存在技術(shù)劣勢(shì)與不足，本文針對(duì)梁橋橋面板混凝土開裂等常見病害，結(jié)合截面增大加固和粘貼纖維加固等傳統(tǒng)技術(shù)，提出了超高性能混凝土薄層加固技術(shù)，即在梁橋結(jié)構(gòu)下層底部澆筑一層超高性能混凝土層，使之與原混凝土整體受力；在該超高性能混凝土層澆筑過程中，僅原結(jié)構(gòu)獨(dú)自受力，只有待超高性能混凝土層完成初凝并拆模后，才形成其與原結(jié)構(gòu)共同受力體系。超高性能混凝土材料具有高強(qiáng)度、高延性、高黏結(jié)性等優(yōu)勢(shì)，其材料凝結(jié)、新舊界面粘結(jié)及材料強(qiáng)度等均不受交通運(yùn)行微振情況的影響，對(duì)于橋梁加固十分適用。

1 工程概況

某公路起訖樁號(hào)K131+045—K146+237段建有兩座槽型梁橋，長(zhǎng)度分別為765m和687m，兩座橋梁結(jié)構(gòu)形式完全一致，且均于1999年建成通車。兩座橋梁主梁均采用預(yù)應(yīng)力槽型梁形式，并在槽型梁上加蓋6cm厚的乙式預(yù)制鋼混橋面板；槽型梁間通過厚6cm、橫縱向?qū)挾确謩e為1.06m和0.77m的甲式預(yù)制鋼混橋面板連接，甲式板還同時(shí)發(fā)揮行車荷載橫向傳遞作用。甲式和乙式預(yù)制鋼混橋面板上均現(xiàn)澆9cm厚的鋼筋混凝土，并加鋪7cm厚的瀝青混凝土。兩座橋梁槽型梁、甲式和乙式預(yù)制鋼混橋面板均為工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，甲式預(yù)制鋼混橋面板僅擱置于槽型梁上，并未按設(shè)計(jì)要求固結(jié)處理，導(dǎo)致其受力狀況不佳，且甲式橋面板6cm厚，橫向跨度1.06m，承載力不高。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，兩座橋梁當(dāng)前預(yù)制甲式鋼混橋面板均表現(xiàn)出嚴(yán)重碳化現(xiàn)象及裂縫病害，且在行車荷載的影響下既有病害發(fā)展迅速，日常的養(yǎng)護(hù)已經(jīng)無法徹底消除上述病害，必須采取有效的加固處理措施。

2 加固方案及施工

2.1 加固方案

考慮到上述兩座病害橋梁公路等級(jí)高、交通量大，無法中斷交通進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工，且甲式預(yù)制鋼混橋面板碳化嚴(yán)重，剝蝕、破碎病害面積大，粘貼碳纖維布等常規(guī)處理技術(shù)無法達(dá)到理想的加固效果；鋼托架架設(shè)時(shí)必須在主梁上打孔，如此操作在損害主梁結(jié)構(gòu)的同時(shí)對(duì)橋梁整體承載力并無顯著改善，只能避免甲式預(yù)制鋼混橋面板脫落。為此，對(duì)上述兩座病害橋梁實(shí)施超高性能混凝土加固，以保證加固效果的可靠性和持久性。將厚度5～20cm的超高性能混凝土層加設(shè)在甲式預(yù)制鋼混橋面板下方以構(gòu)成組合截面，同時(shí)將直徑10mm的鋼筋按100mm間距設(shè)置在超高性能混凝土材料內(nèi)部，具體見圖1。所使用的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別不小于12MPa和150MPa，抗拉應(yīng)變性能良好，且致密性、耐久性和裂紋自修復(fù)性高；超高性能混凝土無粗骨料，具備較好的流動(dòng)性，澆筑施工過程中也無需振搗，行車引起的微振反而有利于超高性能混凝土凝結(jié)及新舊結(jié)合面黏結(jié)，且該加固方案無需中段交通。

圖1 超高性能混凝土薄層加固方案（單位：cm）

2.2 施工難點(diǎn)

槽型梁橋預(yù)制結(jié)構(gòu)應(yīng)用超高性能混凝土加固存在一定的技術(shù)難點(diǎn)。首先，甲式預(yù)制鋼混橋面板底部進(jìn)行超高性能混凝土澆筑施工必須采用支模+灌注的方式，結(jié)構(gòu)內(nèi)部有鋼筋且最薄弱處僅為5cm厚，要求超高性能混凝土灌注必須均勻飽滿且能與普通混凝土可靠黏結(jié)；其次，目前我國(guó)并無超高性能混凝土相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范，在其設(shè)計(jì)及施工方面缺少結(jié)構(gòu)計(jì)算指導(dǎo)及加固后結(jié)構(gòu)承載力的定量確定依據(jù)[1]，在大范圍施工前必須展開全面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.3 加固施工

根據(jù)足尺實(shí)驗(yàn)[2]結(jié)果及對(duì)結(jié)構(gòu)承載力和施工可行性的驗(yàn)證，得出上述槽型梁橋甲式預(yù)制鋼混橋面板超高性能混泥土加固主要的施工流程。首先，在加固前徹底處治甲式預(yù)制鋼混橋面板所存在的混凝土剝落、鋼筋銹蝕裸露等病害，并通過高壓水槍將甲式橋面板結(jié)構(gòu)中存在的蜂窩麻面、風(fēng)化酥松等混凝土塊徹底清除。在安裝模板和鋼筋前，通過水泥砂漿將橋梁結(jié)構(gòu)中甲式橋面板和槽型梁接縫密封處理，并保證密封效果。

將規(guī)定標(biāo)號(hào)鋼筋植入槽型梁外側(cè)頂部超高性能混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，以增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并形成鋼筋網(wǎng)。加固施工除要求模板密封性能優(yōu)良外，還要求模板及支撐體系實(shí)際承載力能達(dá)到2.0～3.0MPa，且支撐牢固、不出現(xiàn)脹模。為此，本橋梁工程采用鋼模板+木條支撐體系，既能滿足以上要求，又能實(shí)現(xiàn)模板循環(huán)利用。

采用立軸行星式攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拌制超高性能混凝土。攪拌機(jī)啟動(dòng)后先依次投加粉料、水和添加劑，持續(xù)攪拌3～4min，使全部物料達(dá)到均勻液態(tài)后再投入纖維，繼續(xù)勻速攪拌2～5min，待目測(cè)纖維拌和均勻后出料，并通過混凝土泵將混凝土泵送至模板內(nèi)部一次性灌注。為保證灌注施工質(zhì)量，供料必須連續(xù)，且分別設(shè)置兩個(gè)灌注口，其中進(jìn)料口設(shè)在高程較低側(cè)，出料口設(shè)置在高程較高側(cè)。根據(jù)灌注出料口是否連續(xù)溢出混凝土為判斷模板是否灌滿的標(biāo)準(zhǔn)，一旦出料口連續(xù)溢出混凝土，則應(yīng)立即關(guān)閉泵送設(shè)備，避免因模板內(nèi)壓快速升高而擠壞模板。本工程槽型梁橋模板內(nèi)設(shè)置有鋼筋網(wǎng)，且模板內(nèi)部空間狹小，灌注施工存在較大技術(shù)難度，為保證灌注均勻，超高性能混凝土塌落度應(yīng)嚴(yán)格控制在600～800mm范圍內(nèi)。

超高性能混凝土常溫養(yǎng)護(hù)48h，養(yǎng)護(hù)結(jié)束并將模板拆除后結(jié)構(gòu)表面應(yīng)光滑無裂縫、無氣泡、無麻面，并與原混凝土界面良好粘結(jié)。

3 加固效果評(píng)價(jià)

應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件構(gòu)建兩座槽型梁橋甲式預(yù)制鋼混橋面板局部有限元模型，以進(jìn)行橋面板加固前后行車荷載作用下應(yīng)力變動(dòng)趨勢(shì)分析及加固效果的評(píng)價(jià)。分別通過Solid65和Link8進(jìn)行甲式預(yù)制鋼混橋面板及超高性能混凝土層受力情況以及進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋單元模擬[3]，并通過降溫法施加預(yù)應(yīng)力效果。局部模型邊界條件模擬分固結(jié)和鉸接兩種情況，試驗(yàn)車輛荷載按70kN確定，現(xiàn)澆橋面混凝土層和瀝青鋪裝層分別厚9cm和7cm，行車荷載擴(kuò)散效應(yīng)按45°考慮。

根據(jù)有限元分析結(jié)果，在行車荷載的影響下，當(dāng)邊界受到固結(jié)約束時(shí)，加固后甲式預(yù)制鋼混橋面板橫向拉應(yīng)力最大值從加固前的3.10MPa降至0.45MPa；而當(dāng)邊界受到鉸接約束時(shí)，加固后甲式預(yù)制鋼混橋面板橫向拉應(yīng)力最大值從加固前的7.01MPa降至0.45MPa。兩座槽型梁橋超高性能混凝土層和槽型梁實(shí)際采用固結(jié)方式，加固后橫向拉應(yīng)力最大值均為2.51MPa。超高性能混凝土和普通混凝土界面黏結(jié)完好，不存在任何界面剝離、錯(cuò)位等問題，且跨中截面抗彎承載力達(dá)到21.95kN·m，高出3.29kN·m的極限抗彎承載力設(shè)計(jì)值，也說明超高性能混凝土和普通混凝土黏結(jié)組合構(gòu)件承載力完全符合設(shè)計(jì)要求。

應(yīng)用超高性能混凝土薄層加固技術(shù)加固兩座槽型梁橋后，甲式預(yù)制鋼混橋面板橫向應(yīng)力均明顯減小，并降至0.5MPa以下，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，在該應(yīng)力水平下普通混凝土發(fā)生開裂的可能性很??；超高性能混凝土薄層橫向正應(yīng)力最大值比其抗拉強(qiáng)度小，表明兩座槽型梁橋應(yīng)用超高性能混凝土薄層加固技術(shù)后甲式預(yù)制鋼混橋面板受力情況明顯改善。

4 結(jié)語

綜上所述，兩座槽型梁橋主梁混凝土橋面板開裂病害處治方面采用超高性能混凝土薄層加固技術(shù)后，甲式預(yù)制鋼混橋面板ANSYS有限元分析結(jié)果顯示，該加固技術(shù)能使預(yù)制板橫向拉應(yīng)力順利降至0.5MPa以下，且行車荷載作用下加固層橫向拉應(yīng)力也明顯降低；此外，超高性能混凝土薄層加固技術(shù)還能顯著增強(qiáng)橋面板與主梁結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系，使甲式預(yù)制鋼混橋面板橫向應(yīng)力顯著降低，降低撓度，并提升橋面板剛度。兩座槽型梁橋均于2020年初完成加固，此后運(yùn)營(yíng)狀況良好，該工程實(shí)踐也為類似槽型梁橋結(jié)構(gòu)承載力提升及裂縫處治提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。