装配式梁桥横向预应力筋加固技术应用研究

装配式梁桥横向预应力筋加固技术应用研究

杨修志

(山东省临沂市公路事业发展中心　临沂　２７６００１)

摘　要　针对京沪高速公路Ｋ６０８＋２４３处３~２０ｍ装配式梁桥单板受力病害ꎬ在不完全封闭交通或少封闭交通情况下ꎬ采用环箍预应力筋加固技术ꎬ达到维修加固目的ꎬ实现快速修复ꎬ优化梁桥的上部整体结构ꎬ保证梁桥的安全运营ꎬ不仅具有创新意义ꎬ而且具有重大的社会经济价值ꎮ关键词　装配式梁桥　单板受力　环箍预应力筋加固　维修加固　　装配式混凝土板梁桥是我国早期桥梁工程中常用的桥型ꎮ该桥型结构形式简单ꎬ预制方便ꎬ用材经济ꎬ易于工厂化和标准化施工ꎬ且单板重量轻、稳定性好ꎬ便于运输和吊装ꎬ因而在高速公路、普通干线公路的小型桥梁中得到普遍运用ꎮ京沪高速公路Ｋ６０８＋２４３处３~２０ｍ装配式梁桥ꎬ相对于Ｔ形梁建筑高度较低ꎬ板与板间采用浅铰连接ꎬ在过去交通量不大和车辆载重量较小的情况下可以满足交通需求ꎮ但随着我国经济建设的快速增长和现代交通量的加大ꎬ尤其是超限超载车辆增大ꎬ会使得铰缝横向传力过大ꎬ导致企口缝混凝土被剪开ꎬ出现梁板间横向联系失效ꎬ导致单板受力ꎬ危及桥梁安全ꎬ成为交通安全隐患ꎮ

京沪高速公路是我国交通运输的主干道ꎬ中断交通会给人民群众出行带来极大不便ꎬ并可能造成严重经济损失ꎬ该单板受力梁桥的加固工程应尽可能避免对交通产生影响ꎮ对多种方案进行科学优

选ꎬ采取环箍预应力筋加固技术ꎬ在不完全封闭交通或少封闭交通情况下ꎬ达到维修加固目的ꎬ优化１　梁桥的主要技术标准

梁桥的上部整体结构ꎬ保证其安全运营ꎮ

拟加固梁桥的主要技术标准为:道路等级为高速３.５ｋＮ/ｍ２ꎻ设计行车速度为１００ｋｍ/ｈꎻ梁桥宽度为角为９０°ꎻ加固位置为右幅ꎮ右幅宽度为１３.５ｍꎬ每孔梁桥１３块钢筋混凝土空心板ꎬ板梁高度８５ｃｍꎬ桥面铺２　加固设计方案要点

装为１０ｃｍ钢筋混凝土加７ｃｍ沥青混凝土[１－４]ꎮ公路主干道ꎻ荷载标准为公路－Ｉ级ꎬ人群荷载

１３.５ｍ＋１.０ｍ＋１３.５ｍꎻ梁桥跨径为３×２０ｍꎻ道路交

加固设计方案为:通过在梁板的上表面和下表面成对布设预应力筋ꎬ同时施加张拉力ꎬ形成一个环箍ꎬ有效捆绑装配式梁板ꎬ形成整体ꎬ改善荷载横向分布ꎬ显著提高梁桥的整体性和耐久性ꎮ每孔梁板布设３道ꎬ共９道ꎬ环箍预应力总体平面图如图１所示ꎮ

图１　环箍预应力总体平面图

　　京沪高速公路Ｋ６０８＋２４３处３~２０ｍ装配式梁桥单板受力的加固设计要点如下ꎮ

(收稿日期:２０１８－１２－２４)

１)横向预应力布置

采用的横向预应力钢束均不弯起ꎮ每跨设置６

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«江苏交通科技»２０１９年第２期

束５ФＳ１５.２ｍｍ规格的低松弛钢绞线束ꎮ分别对称布置于空心板的顶面和底面ꎮ所有预应力钢束均１中的固定端和张拉端所示ꎮ横向预应力钢束张拉各跨体外预应力钢束５ФＳ１５.２ｍｍ的张拉力为９５８.５ｋＮꎮ

采用新制的锚固混凝土锚固于边板外侧面ꎬ如图应力取钢绞线标准强度的７５％(σＫ＝１３９５ＭＰａ)ꎬ

２)端部锚固件

原设计混凝土边板的腹板较薄ꎬ新设的横向预

应力钢束不能在边板侧面进行张拉ꎬ因此为了保证结构的安全而考虑采用混凝土现浇锚块ꎮ即在确保不破坏原结构的条件下ꎬ采用设置于边板外侧面的端部锚固件进行锚固ꎮ环箍预应力筋加固横断面如图２所示ꎮ

图２　环箍预应力筋加固横断面

　　３)注浆法修复铰缝结构的安全性ꎮ

章中的相关规定ꎮ４　主要施工工序

环箍预应力筋加固施工主要是处置裂缝、安装浇筑端部锚固件、预应力束安装和张拉、梁底预应力筋锚喷封闭等工序ꎬ环箍预应力筋加固剖面如图３所示ꎮ具体施工工序如下ꎮ

清理铰缝ꎬ采用注浆方式修复铰缝ꎮ从而提高

４)桥面铺装恢复及梁底预应力筋锚喷封闭

环箍预应力筋张拉封锚后ꎬ恢复桥面铺装及梁

底预应力筋锚喷封闭ꎬ及时清理ꎬ恢复交通ꎮ３　加固主要用材

加固使用的所有材料必须具备生产厂家的质３.１　混凝土

量证明书ꎬ并按现行相关国家标准检验记录ꎮ

主要承重构件采用Ｃ４０混凝土以及环氧树脂

混凝土ꎮ锚喷用砂浆、裂缝用注浆、表面病害修补用聚合物水泥混凝土等材料ꎬ应符合«公路桥梁加固设计规范»[５](ＪＴＧＴＪ２２—２００８)的相关规定ꎮ混凝土质量要求应符合«公路桥涵施工技术规范»[６]３.２　主要钢材

(ＪＴＧ/ＴＦ５０—２０１１)中的有关规定ꎮ

图３　环箍预应力筋加固剖面

的固定端和张拉端ꎬ进行固定边板外侧锚固体模板安装ꎬ锚固体增强筋和扁锚精确定位ꎬ混凝土的浇筑、成型和养护ꎬ等等ꎮ

(２)注浆法修复铰缝ꎮ清理铰缝ꎬ如图２中铰(３)桥面刻槽ꎮ在梁板面上刻板面槽ꎬ安装波(４)梁底凿毛ꎮ将梁底预应力筋对应位置凿

􀅰１７􀅰

(１)安装浇筑端部锚固件ꎮ在如图１、图２所示

加固所用钢筋ꎬ采用ＨＲＢ３３５和Ｒ２３５普通钢

筋ꎬ必须符合ＧＢ１３０１３—９１国家标准有关规定ꎻ预应力钢绞线采用符合ＡＳＴＭＡ４１６—９７(２７０级)标准１４０ｍｍ２ꎮ钢绞线标准抗拉强度Ｒｙｂ＝１８６０ＭＰａꎬＥｙ＝１.９５×１０５ＭＰａꎬ松弛率２.５％ꎻ预应力锚头采用ＢＭ１５－５锚头和相应夹片ꎬ应符合ＯＶＭ相关产品３.３　其他材料说明书ꎮ

的钢绞线ꎬ其公称直径Фｊ１５.２４ｍｍꎬ钢绞线面积

缝５所示ꎬ埋设注浆嘴和出浆嘴、注浆ꎬ并对表面进行处理ꎮ

纹管道ꎬ如图３桥面刻槽６所示ꎬ将波纹管道与两端锚固体的管道对齐ꎮ毛ꎬ植入Ｕ型筋ꎮ

碳纤维布应符合«公路桥梁加固设计规范»第４

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纹管中穿过(５)安装并张拉预应力筋ꎬ梁底预应力筋应从ꎮ桥面预应力筋从波

Ｕ型筋中间穿过ꎬ锚固筋锚固ꎬ张拉示意图如图２中桥面横向预应力筋３和梁底横向预应力筋(６)４所示ꎮ

(７)压浆封锚环氧混凝土封闭桥面预应力筋ꎮ张拉后ꎬ板面槽压水泥浆ꎮ土封闭桥面预应力筋应力筋(８)ꎬ找补封闭梁底预应力筋ꎬ恢复桥面混凝土铺装层ꎮ环氧混凝、整形、抹平ꎮ锚喷混凝土封闭梁底预ꎮ

(９)清理场地ꎬ开放交通ꎬ如图ꎮ

３中锚喷混凝土７所示ꎮ５　主要工序施工要点

环箍预应力筋加固施工必须严格遵守中华人民共和国交通部标准«公路桥涵施工技术规范»有５.关要求１　ꎮ

５.１.１　安装浇筑端部锚固件施工前精确定位

ꎬ按设计图纸将端部锚固件普通钢筋以及扁锚精确定位ꎮ其中普通钢筋应与原结构构造钢筋焊接ꎬ且不得侵入横向预应力束限界中ꎻ施工后ꎬ应对锚固构件的尺寸进行检查ꎬ缺损应补填ꎬ凸５.起应打磨消除１.２　模板固定ꎮ

扁锚准确放样后ꎬ固定边板外侧面的锚固体模

５.板１.ꎬ确保结构尺寸准确３　浇筑混凝土

ꎮ

验ꎬ并注意实验养生条件与实际情况的差异(１)预先进行混凝土配合比、强度及弹性模量试

ꎮ在满足设计标号的前提下尽量减小水灰比ꎬ降低水泥用量ꎬ最大水灰比应控制在０.４３以内ꎬ最大水泥用量不超过４５０ｋｇ/ｍ３ꎬ采用骨料粒径和级配应符合规范要求ꎮ

次成形(２)ꎮ浇筑混凝土前应进行充分准备浇筑混凝土时应充分振捣ꎬ但应注意不得损ꎬ确保浇筑一

５.伤波纹管１.４　养生及交通管制

ꎮ加固所用混凝土应尽量缩短初凝时间ꎮ

处于湿润状态(１)混凝土养生期内ꎬ养生操作应严格按照ꎬ应确保混凝土表面长期«公路桥涵施工技术规范(２)为提高新老混凝土的黏结质量»有关规定进行ꎮ

病害ꎬ在端部锚固件浇筑及养生期间ꎬ应采用锥形交通ꎬ降低混凝土

５.路标和施工警告灯将边板所在车道部分临时封闭ꎮ

５.２　２.１　注浆法修复铰缝采用高压水枪或高压风机对铰缝进行深度清

清理铰缝

洁ꎬ确保铰缝中无松散混凝土、无杂尘ꎮ􀅰１８􀅰

５.２.２　注浆嘴和出浆嘴的位置应精确放样定位埋设注浆嘴和出浆嘴ꎮ注浆嘴

５.的高度应为梁高的２.３　铰缝注浆

２/３ꎬ出浆嘴顶部应距梁顶２ｃｍꎮ

采用压力注浆机对空心板铰缝进行注浆ꎬ应使

铰缝内注浆饱满并看到较少浆液溢出ꎮ选择重车较少的时段施工ꎬ铰缝处理施工时ꎬ应设置锥形交通路标和施工警示灯ꎬ施工车道封闭限行３ｄꎬ并在伸缩缝上铺设草袋减震ꎮ灌浆施工还应满足«水泥５.基灌浆材料应用技术规范２.４　表面处理»[７]中的相关规定ꎮ

５.３　注浆后ꎬ对板底表面、铰缝处进行清洁处理ꎮ

５.３.１　桥面刻槽按设计图纸定位放线

５.３.２　切割ꎬ准确定位后放出切割线ꎮ

桥面铺装切割应利用夜间交通量较小的时段

进行ꎮ切割施工时应临时中断桥面交通ꎮ切割缝应凿边整齐ꎮ混凝土铺装层中有钢筋时应采用喷射高压水的方式切割混凝土以免损伤钢筋ꎮ在与防撞栏相交的位置可采用沿预应力束位置钻孔的方式施工ꎮ切割桥面铺装时应避免碰伤空心板顶５.面３.ꎮ３　板面刻槽的深度为清扫

１７ｃｍꎬ宽度为１８ｃｍꎮ

切割完成后应先将割缝中的残渣清扫干净ꎮ安装

５.的波纹管道应与端部锚固件的管道对齐４　混凝土表面凿毛

ꎬ并固定位置ꎮ

为保证加固新浇混凝土与原结构混凝土结合

良好并共同受力ꎬ凿毛面应露出原结构构造钢筋ꎮ在凿除混凝土时不得损伤原结构构造钢筋ꎮ浇注加固混凝土时按原样予以连接恢复ꎮ凿毛和凿除面应清刷干净ꎮ在浇筑端部锚固块或锚喷混凝土５.时应将凿毛面或凿除面用水提前润湿５　穿束与张拉

ꎮ

５.５.１　穿束前钢绞线质量检验

ꎬ应对钢绞线质量进行检验ꎬ内容包括:

至３ｍ(１)长的钢绞线检查每捆钢绞线有无不均匀初应力ꎬ在室内放置２４ｈ后ꎬ检查各钢丝:截取２

断面是否仍在一个平面内ꎬ如发生变化ꎬ说明钢绞线各钢丝存在不均匀初应力积、延伸量和硬度进行抽检(２)按有关规定对钢绞线强度ꎬ此类钢绞线禁止使用ꎬ质量不合格者禁止使用、弹性模量、ꎮ

截面(３)钢绞线应妥善放置ꎬ无可见锈蚀ꎮ钢绞线

ꎮ

下料应用圆盘锯切割ꎬ切割面应为一平面ꎬ以便张

５.拉时检查断丝５.２　穿束ꎮ

桥面横向预应力束从波纹管中穿过ꎬ梁底横向

预应力束应从Ｕ型筋中间穿过ꎮ用锚固筋进行锚固ꎮ板面预应力筋和梁底预应力筋分别由５条直径５.为５.１５.３　２张拉

ｍｍ的钢束组成ꎮ

预应力束张拉应在有经验的技术人员指导下ꎬ

由固定工班进行操作ꎮ每次张拉均应有完整记录ꎬ且应在监理在场的情况下进行跨ꎬ并左右对称(１)预应力钢束张拉顺序为先第ꎮ

、一对一对的均衡张拉１、３ꎮ跨桥面预应ꎬ后第２

力筋和梁底预应力筋的张拉顺序为先张拉最外侧的预应力筋ꎬ再张拉里侧的ꎮ张拉过程应遵循均匀对称的原则两端采用千斤顶对钢束进行松动张拉(２)预应力钢束在张拉工作开始之前应分别在ꎮ

ꎬ以确保钢绞线在管道内平行顺直且滑动自由(３)施加预应力应采用张拉力与引伸量双控ꎮ

预应力筋张拉达到设计张拉力时ꎬ实际引伸量值与理ꎮ当

论引伸量值的误差应控制在６％以内ꎮ实际引伸量值应扣除钢束的非弹性变形影响ꎮ张拉操作步骤为:初５张拉ｍｉｎ(张拉力Ｐ→量测延伸量０等于为δ０.２倍设计张拉力Ｐ)→持荷

５ｍｉｎ０→张拉并维持设计吨位Ｐ→(４)→量测延伸量检查千斤顶和锚具有无滑丝应先查看δ１→回油→量测延伸量δ２ꎮ持荷δ１是否大于７ｍｍꎬ如大于７ｍｍꎬ则表明出现了整体δ２~滑丝ꎬ应查明原因并采取措施解决后方可继续张拉ꎻ再检查钢绞线尾端标定平面是否仍为一个平面ꎬ如平面出现了变化ꎬ说明有个别钢绞线出现了滑丝现象斤顶限位板尺寸(５)应根据每批钢绞线的实际直径随时调整千ꎬ必须采取措施及时处理ꎮ

ꎬ最标准的限位板尺寸应使钢绞线只有夹片的牙痕而无刮伤ꎬ如钢绞线出现严重刮伤则限位板限位尺寸过小ꎬ如出现滑丝或无明显夹片牙痕则有可能是限位板限位尺寸大ꎮ

张拉前应检查千斤顶内摩阻是否符合有关规定要(６)千斤顶和油泵必须配套标定和配套使用ꎮ

５.求６　ꎬ否则应停止使用压浆封锚ꎮ

桥面预应力筋和梁底预应力筋张拉完后ꎬ使用水泥浆对板面槽进行压浆处理(１)压浆嘴和排气孔可根据实际施工需要设置ꎮ

(２)压浆前ꎬ应用压缩空气清除管道内的杂质ꎻ

ꎬ

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然后压浆ꎻ管道压浆要求密实ꎬ压浆配合比要仔细比选ꎬ等在封闭后不应拆除或打开直至水泥浆凝固(３)采用最优配合比压浆完成后ꎬ灌浆口ꎬ不得掺入氯盐、出浆口、ꎮ

排气口、ꎬ２４阀门ｈ内孔道不能受振以免影响灌浆质量(４)压浆质量控制ꎬ按７０ｍｍ×ꎮ

立方体做试件ꎬ标准养护２８ｄ测得的抗压强度不应７０ｍｍ×７０ｍｍ

５.低于７　４０环氧混凝土封闭桥面预应力筋ＭＰａꎮ

采用环氧混凝土封闭桥面预应力筋ꎬ恢复桥面

混凝土铺装层ꎬ当环氧混凝土达到设计强度后再恢７复沥青面层ｃｍ铺设沥青面层ꎮ下面ꎮ

１０ｃｍ填充环氧混凝土ꎬ上面

５.８　采用多次锚喷混凝土将梁底预应力筋封闭锚喷混凝土封闭梁底预应力筋

ꎬ刮

刀剔除多余部分ꎬ整形后不齐整部位用水泥砂浆找５.补抹平ꎮ锚喷混凝土的宽度为１８ｃｍꎬ厚度为７ｃｍꎮ

６　９　安全生产和环保

清理场地ꎬ开放交通应选择非汛期施工ꎮ施工物料应码放整齐ꎬ物料应放置在不会受暴雨或洪水冲刷的位置ꎬ做好防火ꎬ并安排专人值守ꎮ施工废弃物不得随意丢弃ꎬ应统一收集、统一处理ꎮ７　结语

为加固京沪高速公路Ｋ６０８＋２４３处３~２０ｍ装配式梁桥ꎬ需通过在装配式梁板的上表面和下表面成对布设预应力筋ꎬ同时施加张拉力ꎬ形成一个环箍ꎬ有效捆绑装配式梁板ꎬ形成整体ꎬ改善荷载横向分布ꎬ显著提高桥梁的整体性和耐久性ꎻ需通过对铰缝进行压力注浆ꎬ封闭孔洞ꎬ提高空心板间整体连接性能ꎮ环箍预应力筋加固应用技术不改变原有结构受力体系ꎬ既能保证施工安全、运营安全ꎬ又实现快速修复ꎬ提高了桥梁整体受力性能ꎬ比重做桥面铺装节约资源ꎬ减少了材料废弃情况ꎬ不污染环境ꎬ对公路交通影响小ꎬ是一种低碳、环保、安全、高效的绿色加固技术ꎮ

参考文献

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９􀅰