某刚构桥体外预应力加固措施与工艺研究

某刚构桥体外预应力加固措施与工艺研究

张海峰1 ,张红兵2

1.招商局公路网络科技控股股份有限公司京津塘高速分公司 北京 100176 2. 天津市交通科学研究院 天津 300074

摘要：本文介绍了某刚构桥主要病害及维修措施。重点阐述了体外预应力加固工艺，并对加固效果进行了评价，为桥梁养护维修提供借鉴经验。

关键词：刚构桥；病害；体外预应力；加固

1、桥梁概况

某大跨径连续刚构桥，桥跨布置如图所示。桥宽22m，为双向4车道；设计荷载：汽车－超20级，挂车－120。箱梁为三向预应力结构，采用单箱单室截面，顶板宽22m，底板宽l2m。

图1.1桥跨布置图（单位：m）

桥梁目前主跨跨中出现了下挠情况，箱梁的顶板及底板出现了裂缝。

2、主要病害

该桥在维修前进行了一次全面的检测，主要检测结果如下：

(1)主跨跨中较设计值下挠量超过30cm，并仍在发展。

(2)主跨跨中段箱梁底板出现通长横向裂缝，箱梁顶板出现纵向裂缝，裂缝宽度均超过规范允许。

(3)两边跨端部箱梁顶板裂缝较多，端横隔板裂缝较多。在整个主桥范围内，发现箱内顶板在距腹板30～100cm范围内存在较多纵向裂缝，其在纵桥向的分布没有规则。

3、维修加固措施

为确保该桥的耐久性及安全运营，必须对其进行加固处理。结合大桥结构计算情况以及裂缝分布的基本状况，提出以下加固方案：

(1)增设体外纵向预应力钢束^[1]

预应力束设置在主桥中跨，两端分别锚固于两零号块横隔板边跨侧。整个中跨共设置12根19Φ15.2mm 的体外预应力钢束，每个腹板对应6 束，通过四个转向块分三批进行下弯，下弯角度分别为9.1°、7.6°及5.7°。

图3.1 体外钢束布置图

(2)箱体裂缝处理^[2]

裂缝宽度≥0.15mm 的结构受力裂缝采用压浆法进行修补；非结构受力裂缝和宽度＜0.15mm 的裂缝采用封闭法进行修补。对跨中底板下缘横向裂缝采用压浆修补后，粘贴碳纤维布封闭；顶板横向裂缝：在距边跨箱梁端部3.4m 至13.4m 范围内粘贴钢板进行补强；腹板斜向裂缝：在主跨跨中距主墩75m 至117.45m 范围内，边跨距箱梁端部4.93m 至57m 范围内粘贴钢板进行补强；顶板纵向裂缝：采用灌浆封闭措施处理；主跨腹板与底板交界处裂缝：采用灌浆封闭措施处理。

4 主要施工工艺

下面仅对体外预应力加固工艺进行介绍：

(1)流程：

测定箱梁原钢束位置→ 新增齿板及转向块、加劲肋板放样 →在箱梁顶板开孔→开凿新增齿板及转向块、加劲肋板位置处的箱梁→ 钻孔及孔内处理→ 植入门式锚筋→ 焊接及绑扎齿板、转向块、加劲肋板构造钢筋→ 立模浇筑新增齿板、转向块、加劲肋板混凝土→ 养生→ 穿布体外预应力钢束 →张拉体外预应力钢束 →封锚及防护处理，设置钢束减振装置→恢复箱梁顶板施工孔洞

(2)工艺及要点：

1)测定箱梁原顶板、腹板钢筋、钢束位置：根据加固施工图设计图纸所标明的新增齿板及转向块、加劲肋板在箱梁中的纵向位置，先用钢筋保护层仪测定顶板原预应力束在该处的位置（同时对照原设计竣工图的标注），用红漆标明。

2)新增齿板、转向块、加劲肋板的放样：根据实际探明的原钢筋、预应力束在新增齿板及转向块、加劲肋板的位置，按加固施工图纸所给出齿板的位置及尺寸进行平面放样（如有冲突，可适当调整），具体位置用绿漆标明。

3)顶板开孔：根据加固施工图设计图纸所标明的开孔位置，在桥面开孔。开孔前，应先探明箱梁纵向、横向预应力钢束位置，开孔应避过预应力钢束，不得在有预应力束通过处开孔。

4)凿毛处理：凿掉新增齿板及转向块、加劲肋板范围内顶、底板及腹板混凝土保护层，将凿掉的混凝土块及碎屑清除干净，露出新鲜混凝土表面，用钢刷对露出的纵向、横向钢筋进行除锈，并用高压水冲洗干净。

5)钻孔及孔内处理：根据加固设计施工图布置，在做新增齿板的位置用电锤钻深度不小于20厘米，直径约为22毫米的盲孔（不露出板外），用压缩空气清除孔内浮尘。注意孔内浮尘的清理必须由孔底向孔口清理（硬质排气管插入孔底，再后拔1～2厘米）。种植钢筋孔深必须达到设计要求，一般为10d，d为钢筋直径。孔径必须满足设计要求，一般比钢筋直径大4～6mm。

6)种植齿板钢筋：用种植锚固件胶粘剂植锚筋，将搅拌好的胶粘剂装入注射器中，从盲孔底部开始，将药剂注入孔中。除去锚筋上的油漆及锈斑，将齿板锚固钢筋缓缓插入盲孔底，使其在盲孔内长度不小于20厘米，其它锚筋的植入方法同上。植筋要保证注胶密实，特别是顶板向上植筋，多余的胶应及时清除。钢筋表面应清洗干净不能有油污，清洗前应采用物理方法清除表面锈迹。

7)焊接齿板块构造钢筋：等胶粘剂固化后（固化时间和施工环境的温度有关，一般需20～60分钟），绑扎其余钢筋，形成钢筋骨架。

8)浇筑新增齿板：骨架形成后，按照齿板、转向块、肋板的形状立模，注意锚具、预埋钢管的正确位置，然后浇筑混凝土，形成构造块件。注意浇筑时注意混凝土配合比，加强振捣使混凝土密实，避免孔洞及蜂窝麻面的发生。新增齿板、肋板需要用自流平混凝土浇筑。

9)养生：浇筑好新增构造后应加强养生，使其立方体强度达到85％以上后，方可进行张拉工作。

10)穿布新增预应力束：穿束前需在墩顶横隔板上凿出可通过钢束的孔洞以利于顺利穿束，穿束时注意不要损坏钢绞线外的PE护套。

11)张拉预应力束：预应力束穿束就位后，即可进行张拉，对同一齿板预应力束进行张拉时，为了消除由于张拉次序的先后引起预应力束的弹性压缩损失，宜采用超张拉式重复张拉的方法，调整各束的预加力，使得各根钢束的有效预加力基本相等。预应力束的张拉应严格按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F500-2011）中的有关技术要求进行，张拉机具应到有资质的单位进行标定，张拉严格以吨位和引伸量双控，张拉过程中应对新增锚固端、转向块区域进行观测，以防止意外发生并检验加固效果，如有异常情况发生，应立即停止张拉。

12)体外预应力束防护：体外预应力束张拉完成后，应给张拉端套上保护模套，以利于二次张拉及换索。

5 加固后实际效果

为检验桥梁实际承载能力和工作状况，综合评价加固效果，对大桥进行了荷载试验，内容包括：主桥静载试验、主桥动载试验、主桥动力特性试验。主要试验结论如下：主桥在汽车－超20级作用下，刚度略显不足，没有安全储备；主跨跨中截面加固后强度满足正常使用要求；主桥实测活载冲击系数均大于理论计算值，需加强桥面保养，维护桥面平整，以改善本桥的动态受力状况；主桥实测自振频率均大于相应的理论计算值，结构刚度和结构总体动力特性有一定改善。

由此可见加固效果较为显著，新裂缝产生较少。增设体外预应力束是阻止跨中下挠及梁体开裂的重要手段，可从很大程度上缓解原有桥梁结构强度不足与现实车辆荷载剧增的矛盾。

参考文献

[1] 刘瑞勋. 体外预应力技术在连续刚构桥加固中的应用研究[D]. 长安大学 2005

[2] 王首绪，詹建辉. 特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝的体外预应力处治[J]. 中外公路. 2007(03) .

[3] 袁鸿跃. 大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状及其发展趋势分析[J]. 科技资讯. 2011（62）

[4] Yin Gu，Weidong Zhuo.Study on Applicblity of a pushover Analysis Method for seismic Analysis of Long-Span Contiinous RIgid Frame Bridge with High PIERS. Advanced Scidence Letters,2012(9).

1作者简介：:张海峰(1983-)，博士，高级工程师，主要从事公路工程、桥梁工程方面研究，电子邮箱：75450607@qq.com。

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