1.橋梁概況及損壞情況
佛山市某立交橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，跨度布置為35m+45m+35m，分左、右兩幅。主梁采用單箱雙室變截面，箱梁根部梁高2.5m，主跨跨中和邊跨端部梁高1.7m，箱梁頂板寬19.68m，底板寬13.68m，翼板懸臂長度為3m，腹板厚度45cm-75cm，外側(cè)采用直腹板，箱梁頂板厚28cm，底板厚25cm-50cm。主梁采用C50級(jí)混凝土，每個(gè)腹板采用6束17 ψ
j15.24 mm鋼絞線，預(yù)應(yīng)力管道采用φ90帶鋼波紋管，鋼絞線強(qiáng)度等級(jí)為1860MPa。圖1為該橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。
該橋采用滿堂支架法施工，但在施工過程中，由于支架不均勻下沉，箱梁混凝土澆筑完成后未能及時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力筋，工序間隔時(shí)間太長等原因，導(dǎo)致了箱梁頂面主墩橫隔梁兩側(cè)頂板上發(fā)生了多處裂縫，部分裂縫由頂板延伸至腹板。以左幅為例，箱梁頂面裂縫達(dá)18條，裂縫長度大多己達(dá)到10m以上，裂縫寬度約0.2mm-0.5mm，隨著支架繼續(xù)下沉，最大的裂縫寬度達(dá)1.8mm，橫貫整個(gè)箱梁頂面，并向下延伸至腹板約80cm處，裂縫寬度已遠(yuǎn)超出橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求
[1]。
2.體外預(yù)應(yīng)力法維修加固方案
從受力角度來看，該橋在預(yù)應(yīng)力束張拉前，開裂截面實(shí)際已經(jīng)改變了原結(jié)構(gòu)的截面剛度，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生了重分布。即使之后預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行張拉，開裂截面的裂縫也閉合很小。因此，對(duì)于該橋的維修加固主要是通過增設(shè)預(yù)應(yīng)力筋來提高結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，達(dá)到提高橋梁承載能力和改善橋梁受力狀態(tài)的目的。
設(shè)計(jì)中提出增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束筋和粘貼鋼板的維修加固方案。該方案是將體外預(yù)應(yīng)力束筋直接通過穿孔的方式從主墩橫隔板中間直通，然后錨固于在邊跨端部增設(shè)的錨固齒板上，每幅橋設(shè)置4束21φ
j15.24體外預(yù)應(yīng)力束筋，主梁頂板上按一定間距粘貼鋼板條來約束裂縫的繼續(xù)擴(kuò)張，如圖2所示。為了確保結(jié)構(gòu)的耐久性，在進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力束張拉前，對(duì)寬度大于0.15 mm的裂縫采用“壁可法”進(jìn)行灌注進(jìn)口優(yōu)質(zhì)高分子樹脂處理
[2,3]，并外涂防護(hù)材料；對(duì)寬度小于0.15mm的裂縫，采用環(huán)氧材料進(jìn)行封閉。
3.維修加固方案的分析計(jì)算
對(duì)該橋維修加固的分析計(jì)算分兩個(gè)階段分別進(jìn)行。第1階段為加固維修之前的成橋狀態(tài)，該階段支點(diǎn)附近截面開裂，分析時(shí)支點(diǎn)附近截面需按開裂后的折減截面剛度來計(jì)算，對(duì)應(yīng)的荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力和混凝土收縮徐變等。第2階段為加固維修后的成橋狀態(tài)，此時(shí)，由于裂縫得到處理，開裂截面基本閉合，分析時(shí)按全截面計(jì)算，對(duì)應(yīng)的荷載主要有二期恒載、活載和加固時(shí)的預(yù)應(yīng)力等。最后，將上述兩個(gè)階段各荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力疊加，即可得到加固后橋梁在荷載組合作用下的總應(yīng)力。
分析時(shí)，采用有限元軟件MIDAS建立空間力學(xué)模型，混凝土箱梁采用空間梁?jiǎn)卧M，邊界條件按實(shí)際情況施加。圖3為全橋有限元模型。
表1列出了該橋各階段各種荷載作用下控制截面處的應(yīng)力，表1中取邊跨跨中、中支點(diǎn)和中跨跨中共3個(gè)控制截面，橋梁其他截面處的應(yīng)力都小于上述3處的應(yīng)力，不一一列出。可見，橋梁維修后，在荷載組合作用下，各控制截面均有2.60 MPa以上壓應(yīng)力儲(chǔ)備，橋梁受力狀態(tài)滿足要求。
4.維修加固方案的施工工藝、技術(shù)要點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)
4.1 施工工藝
橋梁加固采用兩箱對(duì)稱單根兩端同時(shí)張拉，張拉過程分兩部分，即預(yù)緊張拉和高應(yīng)力張拉。為了達(dá)到鋼絞線從松散狀態(tài)到張拉完成后順直不纏繞，正式張拉前先要進(jìn)行預(yù)緊張拉，預(yù)緊張拉的質(zhì)量決定了整個(gè)加固效果的好壞。首先，鋼絞線在松散狀態(tài)下，即使采用了必要的措施，由于鋼絞線很長，下垂量還是較大，因此，為保證兩端粘結(jié)段長度大致相等，預(yù)緊要兩端對(duì)稱進(jìn)行；其次，預(yù)緊張拉力的大小既要保證在預(yù)緊張拉過程中，鋼絞線繃緊且不纏繞，又要保證在高應(yīng)力張拉時(shí)鋼絞線不錯(cuò)位，預(yù)緊張拉力過大或過小都達(dá)不到該目的。在加固施工中，預(yù)緊張拉力建議采用15%設(shè)計(jì)張拉力。高應(yīng)力張拉過程中需多行程連續(xù)張拉，工作夾片要進(jìn)行多次錨固。隨著工作夾片的反復(fù)多次夾持鋼絞線，齒問環(huán)氧涂層碎屑增多，應(yīng)采取必要的措施消除環(huán)氧涂層碎屑引起滑絲現(xiàn)象，確保工作夾片的錨固效果。
綜合來講，本次增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束筋和粘貼鋼板維修加固方案的施工工藝可歸納為如下步驟：
(1)安裝照明設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、電源和人梯。
(2)灌注箱梁裂縫進(jìn)行封閉。
(3)墩頂橫隔板鉆孔，直徑20 cm。
(4)開齒槽、種植鋼筋、涂界面膠，澆注錨固齒板塊和轉(zhuǎn)向隔板。
(5)待混凝土強(qiáng)度達(dá)到10%后，張拉體外束，要求分級(jí)、對(duì)稱張拉。
(6)鑿毛、找平、種植鋼筋、粘貼固定加強(qiáng)鋼板。
(7)設(shè)置體外束防震定位裝置。
4.2 施工技術(shù)要點(diǎn)
為了保證可靠的錨固性能和粘貼效果，防止出現(xiàn)鋼絞線纏繞以及新舊混凝土粘結(jié)不牢等不良后果，施工工程中除進(jìn)行必要的技術(shù)交底外，還要注意以下幾點(diǎn)：
(1)新舊混凝土結(jié)合面鑿毛。開槽鑿除混凝土應(yīng)從鑿除區(qū)域中間開始，鑿除區(qū)域內(nèi)原布設(shè)的鋼筋應(yīng)保留。鑿毛結(jié)合面應(yīng)平整，待鉆孔種植鋼筋后，應(yīng)清洗干凈。
(2)鉆孔。應(yīng)先探明預(yù)應(yīng)力筋位置，應(yīng)避免鉆傷受力鋼筋，量測(cè)定位好孔距后再鉆孔。
(3)體外束張拉。采用兩端同步對(duì)稱張拉，采用單控，即控制張拉力。
(4)粘貼鋼板。用修補(bǔ)膠泥填補(bǔ)找平后，植入固定鋼板螺栓，打磨鋼板結(jié)合面的氧化表層，安裝固定好鋼板；然后用101膠泥封好邊，壓入E 2300粘結(jié)膠粘貼鋼板。
(5)錨頭防銹處理。體外索的錨頭采用外套錨罩，內(nèi)填防銹材料進(jìn)行防護(hù)。
4.3 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束筋和粘貼鋼板維修加固技術(shù)具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：
(1)能夠較大幅度地提高橋梁承載能力。加固后所能達(dá)到的荷載等級(jí)與原橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及安全儲(chǔ)備有關(guān)，一般情況下可將原橋承載力提高30%-40%。
(2)加固中人力投入少，施工工期短。
(3)對(duì)原橋結(jié)構(gòu)損傷小，可以做到不影響橋下凈空，且不增加路面標(biāo)高。
5.結(jié)語
體外預(yù)應(yīng)力法能使主橋得到結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)，梁體剛度增大，恢復(fù)了原設(shè)計(jì)正常使用承載能力。后續(xù)觀測(cè)表明，通車運(yùn)營后橋梁未出現(xiàn)新的病害，原有裂縫未有擴(kuò)展。這說明，該橋的維修加固達(dá)到了預(yù)期效果。
參考文獻(xiàn)：
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