方健海

(廣州北環(huán)智能交通科技有限公司 廣州市 510475)

0 引言

T形剛構(gòu)橋是剛構(gòu)橋的一種類型，是一種具有懸臂受力特點(diǎn)的梁式橋，從墩上伸出懸臂，跨中用剪力鉸或簡支掛梁組合而成，因墩上在兩側(cè)伸出懸臂。預(yù)應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)橋梁主要分為在跨中設(shè)置剪力鉸和帶掛梁兩種形式[1-2]。T 形剛構(gòu)橋常出現(xiàn)的一些影響橋梁正常使用的病害和問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)T 構(gòu)主梁懸臂端部下?lián)线^大。

(2)T形剛構(gòu)橋主梁存在大量的裂縫。

(3)主梁懸臂端牛腿處受力較為復(fù)雜，易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致出現(xiàn)牛腿斜向裂縫、網(wǎng)狀裂縫等[3]。

適用于預(yù)應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)橋的加固技術(shù)一般有增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法等；非結(jié)構(gòu)性加固如修補(bǔ)裂縫、修補(bǔ)混凝土破損等方式，大部分措施是結(jié)構(gòu)性加固技術(shù)的輔助和完善措施[4]。體外預(yù)應(yīng)力加固法[5-6]是通過在主梁梁體外或箱梁空洞內(nèi)增加適量的體外預(yù)應(yīng)力鋼筋對梁體主動施加外力，以抵消部分因自重、二期等作用產(chǎn)生的內(nèi)力，達(dá)到提高舊橋的承載力、剛度目的的加固方法。體外預(yù)應(yīng)力加固法是一種有效的主動加固方法，它是對加固的原結(jié)構(gòu)主梁主動施加預(yù)壓力，實(shí)際上是對主梁控制截面進(jìn)行卸載，從而達(dá)到改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的[7]。

本研究對廣州某高速一T形剛構(gòu)橋梁實(shí)施了體外索加固。該橋不但病害典型，且結(jié)構(gòu)特殊：成橋后T構(gòu)與掛梁即進(jìn)行了固結(jié)，使得其體外索加固具有一定的特殊性，主要介紹了其體外預(yù)應(yīng)力加固的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況及病害情況

1.1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力T形剛構(gòu)橋位于廣州某高速公路，該橋橫跨京廣鐵路，1990年建成通車。全橋縱向最大坡度 4% ，橫向坡度 1.5%，全橋處于半徑為 6500m 的豎曲線及半徑為 2000m、2200m的平面同向曲線內(nèi)。橋面全寬 27 m，設(shè)計為雙向 6 車道，主橋跨徑組合為(60+100+60)m(圖1)，橋面寬 27.15m，橋上未設(shè)人行道，橋面中央設(shè)分車帶，外側(cè)設(shè)車擋，中間設(shè)寬 1.5m中央分隔帶將全橋分為左右兩幅橋。該橋邊跨及中跨兩端為單室雙箱截面，用頂推法施工；中間掛孔為長 53m 的 6 片簡支 T 梁，吊裝就位后通過體系轉(zhuǎn)換從掛孔式懸臂梁轉(zhuǎn)換成為連續(xù)梁。下部采用鋼筋混凝土板式橋墩、鉆孔樁基礎(chǔ)。荷載等級為汽-超 20 級，掛車-120。

圖1 橋梁構(gòu)造

1.2 橋梁病害概述

橋梁主要存在如下病害：

(1)梁體裂縫

2000年檢測時發(fā)現(xiàn)，箱梁內(nèi)外距離中墩墩頂19.68～22.68m范圍內(nèi)(即距離箱梁牛腿端部 3m)腹板存在多條斜向裂縫，裂縫最大寬度為 0.35mm，與水平方向夾角26.5°～40°。箱梁內(nèi)部斜向裂縫均起源于 M6 預(yù)應(yīng)力束錨固混凝土與腹板相接處，止于牛腿處橫隔板，箱梁內(nèi)外裂縫相互對應(yīng)。2001 年對此處裂縫采取了粘貼碳纖維布的措施進(jìn)行加固。

2005 年檢測時發(fā)現(xiàn)，右幅深圳側(cè) 1#箱室 A 腹板在距離中墩墩頂 10.00～19.50m 范圍內(nèi)腹板存在斜向裂縫。此類裂縫為腹剪裂縫，出現(xiàn)在腹板中間，寬度較大，裂通梁體，裂縫形態(tài)為中間寬兩頭窄，在截面形心軸附近裂縫寬度最大。2007年對此處裂縫采取了粘貼斜向鋼板的措施進(jìn)行加固。

2016 年檢測時發(fā)現(xiàn)，箱梁外部距離中墩墩頂 19.68～22.68m 范圍內(nèi)(即距離箱梁牛腿端部 3 m)腹板及底板存在多條斜向裂縫，裂縫最大寬度為 0.22mm，部分腹板斜向裂縫延伸至底板，底板裂縫最大寬度為 0.12mm；個別斜向裂縫貫穿底板形成“U”型裂縫。相對于 2000 年的檢測結(jié)果，牛腿附近的斜裂縫數(shù)量有所增加、長度有所延伸，且部分箱室該處底板新增橫向裂縫，與腹板斜裂縫連通成“U”型?？傮w來說梁體的開裂狀況有所惡化。

牛腿處裂縫主要是由于結(jié)構(gòu)尺寸的突變，局部應(yīng)力集中造成；腹板裂縫主要由于結(jié)構(gòu)未設(shè)置彎起預(yù)應(yīng)力鋼束，抗裂性能略差引起。

(2)梁體下?lián)?/p>

箱梁牛腿處截面下?lián)系那闆r：2000 年至 2010 年間下?lián)献兓秶?0～0.037m 之間；2010 年至2016 年間下?lián)献兓?0.005～0.011m 之間，表明目前橋梁的線形狀態(tài)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；綜合上述兩段時期之內(nèi)的梁體下?lián)辖Y(jié)果可以看出，2000 年至 2016 年間下?lián)献兓秶?0.008～0.048m 之間。

與竣工圖中相關(guān)信息進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)從1990 年竣工開始至 2016 年，標(biāo)高的變化范圍在-0.129～-0.166m之間。

經(jīng)計算分析可知，縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋配置略低，預(yù)應(yīng)力鋼束引起的墩頂負(fù)彎矩效應(yīng)小于恒載的彎矩效應(yīng)，進(jìn)而引起過大的懸臂撓度。

2 加固方案及施工

2.1 總體加固方案

針對縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋配置不足引起過大的懸臂撓度，采用體外束加固，進(jìn)一步增強(qiáng)墩頂負(fù)彎矩區(qū)的預(yù)應(yīng)力鋼束效應(yīng)；對牛腿、底板、腹板采用粘貼鋼板、增大結(jié)構(gòu)厚度等措施來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度，抑制裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

(1)負(fù)彎矩體外束加固(圖2)

逐根對稱將 2006 年牛腿處人孔位置的加固鋼束拆除后替換為 PES(C)7-55 鋼絲拉索、并利用連接器延長至邊跨橫隔板位置進(jìn)行張拉錨固，分別在中墩及邊跨橫隔板處設(shè)張拉錨固塊，單端張拉。體外束錨固塊處橫隔板粘貼鋼板加強(qiáng)。

圖2 負(fù)彎矩體外束布置圖

(2)箱梁腹板補(bǔ)強(qiáng)加固(圖3)

在 4#～7#、4'#～7'#箱室腹板外側(cè)圍內(nèi)，采用 C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土將腹板加厚 0.12m，加厚混凝土內(nèi)增設(shè)鋼筋網(wǎng)。在中墩 26m 范圍內(nèi)的腹板加厚段增設(shè) 2 束 3Φs15.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在腹板齒塊處錨固，兩端張拉。

圖3 箱梁腹板補(bǔ)強(qiáng)加固圖

在 4#箱室至牛腿橫梁范圍內(nèi)的腹板加厚段增設(shè) 3 束通長 3Φs15.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，箱梁外側(cè)腹板采用兩端張拉，箱梁內(nèi)側(cè)腹板采用單端張拉。

在6#箱室和6′#箱室腹板內(nèi)側(cè)粘貼豎向 500mm(寬)×8mm(厚) 鋼板。腹板粘貼鋼板雖然對結(jié)構(gòu)抗彎性能影響不大，但可提高截面抗剪強(qiáng)度，有效限制腹板斜向裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。

(3)牛腿、底板補(bǔ)強(qiáng)加固

拆除原牛腿底板加固鋼板，重新沿縱向采用壓力灌注法粘貼 500mm(寬)×10mm(厚) 的鋼板至7#、7′#箱室底板下緣，粘貼鋼板可有效限制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。在鄰近牛腿橫梁的箱梁 7#、7′#箱室底板上緣 4.6m范圍內(nèi)，采用 C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土將底板加厚 0.2m。

(4)邊跨底板壓重

在邊跨 2#、3#及 2′#、3′#箱室底板壓重，采用在底板上緣澆筑 20cm 厚 C20混凝土進(jìn)行壓重。

另外對箱室底板、腹板、頂板、橫隔板出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行灌注和封閉修復(fù)處理。對主橋箱梁局部存在的混凝土破損、蜂窩、漏筋等病害進(jìn)行修補(bǔ)。

2.2 預(yù)應(yīng)力加固施工

2.2.1拆除牛腿預(yù)應(yīng)力鋼筋施工

替換體外索橫斷面為9根鋼絞線組成，主梁側(cè)為張拉端，掛梁側(cè)為固定端，錨下控制應(yīng)力為1116MPa，張拉力為1406kN,兩錨固端計算長度為4.8m，單端放張量為27mm，采取整束放張張拉工裝連接原工作錨板外螺牙(如圖4)，分5級張拉至張拉力1406kN，檢查工作螺母是否懸空且是否可擰松，若工作螺母未懸空且不可擰松，需再行超張拉至1.05倍張拉力(即1476.3kN),再行檢查以確保工作螺母懸空且可擰松，將工作螺母向后擰出預(yù)留30mm放張量，千斤頂分級放張卸載至拉索無應(yīng)力狀態(tài)，再依次拆除錨頭、索體。

圖4 原體外索整體放張張拉工裝示意圖

2.2.2體外預(yù)應(yīng)力索和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索施工

單幅橋兩箱室具體施工步驟如下：

(1)對牛腿原內(nèi)側(cè)N3索對稱整束分級放張卸載索力，待卸載至無應(yīng)力狀態(tài)，依次拆除錨頭、索體。

(2)安裝新替換短索，接長體外預(yù)應(yīng)力索，同步對稱張拉2根內(nèi)側(cè)N3索至錨下控制應(yīng)力為660MPa，鎖緊新替換短索連接端螺母錨固，接長體外預(yù)應(yīng)力索張拉端放張錨下控制應(yīng)力為600MPa，鎖緊張拉端螺母錨固，完成內(nèi)側(cè)N3索張拉。

(3)外側(cè)N3索更換接長安裝及張拉步驟同(1)，完成外側(cè)N3索張拉。

(4)N2索更換接長安裝及張拉步驟同(1)，完成N2索張拉。

(5)外側(cè)腹板加固混凝土澆注前，將體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索F1～F8穿入波紋管中，穿入過程中防止鋼絞線打絞，并做好波紋管密封防漏漿措施。

(6)待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，根據(jù)上述張拉順序，依次對稱張拉各箱室體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索F1～F8，待各箱室體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索張拉完成，對波紋管進(jìn)行灌注壓漿。

(7)N1索更換接長安裝及張拉步驟同(1)，完成N1索張拉。

(8)安裝預(yù)應(yīng)力索減振裝置。

(9)體外預(yù)應(yīng)力索錨固端、連接端防腐及保護(hù)罩安裝。

2.2.3施工交通組織及施工監(jiān)控

體外拉索更換期間進(jìn)行限載(30t以下)，限速(40km/h)，限交通流量，確保加固施工過程結(jié)構(gòu)安全。

體外索張拉過程采取對稱分級張拉，需與施工監(jiān)控單位緊密配合，按照監(jiān)控指令每完成一級索力張拉，需與監(jiān)控單位監(jiān)控數(shù)據(jù)相互校核，在項(xiàng)目業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)控單位和施工單位各參與單位均達(dá)成一致意見認(rèn)為結(jié)構(gòu)在安全可控狀態(tài)下，方可實(shí)施下一級張拉的監(jiān)控指令，否則如有異常，需停止實(shí)施，檢查分析原因，排除異常情況，方可實(shí)施下一步施工操作。

橋梁于2019年完成了橋梁的體外索加固，經(jīng)荷載試驗(yàn)及運(yùn)營至今的情況來看，梁體下?lián)衔闯掷m(xù)發(fā)展，裂縫未進(jìn)一步開展，加固效果良好。

3 結(jié)論

對廣州某高速一T形剛構(gòu)橋梁實(shí)施了體外索加固，主要結(jié)論如下：

(1)對牛腿處鋼束拆除后替換為 PES(C)7-55 鋼絲拉索，并利用連接器延長至邊跨橫隔板位置進(jìn)行張拉錨固，達(dá)到了對牛腿處的預(yù)應(yīng)力連接及負(fù)彎矩體外束加固的雙重目的。

(2)箱室腹板外側(cè)采用C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土將腹板加厚并設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在增大結(jié)構(gòu)剛度及抗剪、抗裂性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)負(fù)彎矩區(qū)的承載能力。

綜合上述措施，結(jié)合底板補(bǔ)強(qiáng)加固、邊跨底板壓重對大跨預(yù)應(yīng)力T形剛構(gòu)橋進(jìn)行了加固，取得了良好的加固效果，可為同類橋梁提供借鑒。