预应力箱梁桥施工方案(预应力混凝土连续箱梁桥加固技术研究)
预应力箱梁桥施工方案(预应力混凝土连续箱梁桥加固技术研究)对该桥检测结果显示:箱梁内部主要病害为腹板、顶板局部开裂、渗水、析白等,腹板有16条竖向、斜向裂缝,裂缝总长21.2m 缝宽0.10~0.38mm; 顶板有41条纵向裂缝,裂缝总长72.6m 缝宽0.08~0.22mm; 顶板预应力齿块有39条纵向裂缝,裂缝总长57.3m 缝宽0.10~0.24mm; 腹板2条施工节段缝,裂缝总长2.8m 缝宽2.3mm 顶板有2处网裂,面积0.2m2。箱梁外部主要病害有混凝土局部开裂,混凝土破损、漏筋、渗水、析白、其中腹板、底板共有35条斜向、纵向裂缝,裂缝总长41.7m 缝宽0.08~0.46mm; 漏筋有17处,总长5.25m; 混凝土破损6处,总面积0.7m2;腹板、底板共有9处渗水。该桥于1990年建成通车,在通车运营20年后,2010年检测发现存在箱梁顶板和腹板开裂等多种病害,为保证桥梁运营安全,采取主桥箱梁体外索加固、箱梁节段施工
胡欣武汉交通职业学院摘 要:文章通过对一座特大预应力混凝土连续箱梁桥加固为工程背景,从病害成因、加固措施、体外预应力施工技术等方面,对加固前后的效果进行了分析与对比。结果表明,加固效果明显,加固后桥体的极限承载能力有较大提高,整体工作性能有明显改善。
关键词:预应力混凝土;连续箱梁桥;体外预应力;加固;
作者简介:胡欣(1982-) 女,副教授,主要研究方向:公路桥梁养护。;
基金:湖北省教育厅科技处科学研究计划(B2018491);
预应力混凝土连续箱梁桥是一种常见的桥型,目前我国公路上很多的此类桥梁都存在不同程度的病害,如主梁跨中下挠、预应力束孔道锈蚀和梁体开裂等。因此国内外众多学者对桥梁老化问题进行研究,废除这些旧桥重建新桥需要中断交通,花费巨资和时间。大量文献表明,桥梁加固能带来明显的经济效益和实用价值[1 2 3]。
本文以一座六跨预应力混凝土连续箱梁加固为工程背景,系统阐述了连续箱梁桥病害成因分析、加固过程中的加固措施、加固监控手段的应用情况。
1 工程概况湖北省省道S306某特大桥主桥为预应力混凝土连续箱梁桥,主桥为(55 4×100 55)m六跨变截面预应力混凝土连续箱梁,箱梁截面为单箱单室,箱底宽6m 顶宽10.8m 顶板设1.5%双向横坡,桥面仅设4cm沥青混凝土铺装。
该桥于1990年建成通车,在通车运营20年后,2010年检测发现存在箱梁顶板和腹板开裂等多种病害,为保证桥梁运营安全,采取主桥箱梁体外索加固、箱梁节段施工套夹钢板加固等技术进行了首次加固。2017年对该桥进行检测评估发现,主桥箱梁底板与腹板多处有纵向和竖向裂缝、节段接缝开裂、混凝土破损漏筋等问题。根据检测结果,大桥主桥被评定为三类桥梁,为保证该桥使用的安全,必须对主桥进行二次加固,以提高其承载能力。
2 病害成因分析2.1 主要病害对该桥检测结果显示:箱梁内部主要病害为腹板、顶板局部开裂、渗水、析白等,腹板有16条竖向、斜向裂缝,裂缝总长21.2m 缝宽0.10~0.38mm; 顶板有41条纵向裂缝,裂缝总长72.6m 缝宽0.08~0.22mm; 顶板预应力齿块有39条纵向裂缝,裂缝总长57.3m 缝宽0.10~0.24mm; 腹板2条施工节段缝,裂缝总长2.8m 缝宽2.3mm 顶板有2处网裂,面积0.2m2。箱梁外部主要病害有混凝土局部开裂,混凝土破损、漏筋、渗水、析白、其中腹板、底板共有35条斜向、纵向裂缝,裂缝总长41.7m 缝宽0.08~0.46mm; 漏筋有17处,总长5.25m; 混凝土破损6处,总面积0.7m2;腹板、底板共有9处渗水。
2.2 成因分析箱梁顶板纵向裂缝产生的主要原因是:(1)箱梁内外温差过大,产生温度应力超过混凝土抗拉强度;(2)施工过程中养护不当,收缩徐变导致发生裂缝。顶板纵向裂缝会导致钢筋锈胀,降低结构耐久性,应对裂缝进行封闭处理。
箱梁腹板斜裂缝产生的原因比较复杂,有竖向预应力筋部分失效,偏心荷载下畸变应力过大等因素。竖向预应力筋一般施工困难,施工质量不理想,甚至失效。腹板竖筋有效预应力大小直接影响到腹板主拉应力。
箱梁底板纵向裂缝产生的主要原因:(1)在自重和纵向预应力作用下,由于泊松比效应,底板将出现横向拉应力,如果拉应力超过混凝土容许抗拉强度,将引起底板混凝土纵向开裂;(2)底板局部段钢筋保护层偏薄,底板横向拉应力作用下产生裂纹,导致底板纵向开裂。
节段接缝裂缝主要原因是悬臂施工时由于施工接头处理不好,成为薄弱截面,在纵向弯矩、混凝土收缩或较大温差应力等作用下开裂。
根据大桥检测报告以及对桥梁现状承载能力评定分析,主桥箱梁承载力及正常使用状态下均满足85规范要求,桩基竖向承载力也满足规范要求。主桥主要问题在于施工节段缝病害,竖向预应力钢筋外漏,沥青桥面铺装破损较为严重等病害。基于以上分析,主桥加固的主要目的是补张拉主梁预应力备用索,提高主梁纵向承载力;对施工节段缝病害进行加固补强;保护竖向预应力钢筋锚头,避免影响主体结构的安全性;改善桥面沥青层破损的现状。
3 加固措施3.1 张拉箱梁体外预应力备用索由于本次加固改造中因对主桥桥面铺装进行了加厚改造增加了荷载,同时发现新增了3道施工节段缝病害。原桥在2010年加固施工过程中,预留了体外预应力备用索孔道,经计算和研究分析,拟对箱梁边跨及中跨体外预应力备用索进行补张拉,首先可提高箱梁的纵向承载力,其次可降低节段施工缝开裂的可能性。
本次预应力钢束在原来预留的锚固块及转向架基础上采用两段张拉,张拉控制应力取0.5fpk 单根钢束控制张拉力为2473.8kN。
3.2 箱梁节段缝加固粘贴钢板加固应在该阶段裂缝处治完成后进行。施工时应先对接缝处进行压降处理,然后采用压力注胶法黏结钢板。施工时应先对接缝进行压浆处理,然后再采用压力注胶法黏结钢板。锚栓钻孔前,应准确确定预应力钢束的位置,避免对预应力钢束的损伤。
3.3 桥面改造为解决主桥墩顶负弯矩区桥面铺装层破损较为严重、竖向预应力锚头外露等病害,提出桥面改造方案;人工凿除原4cm厚桥面铺装层,凿除时注意保护竖向预应力锚头,再植入抗剪钢筋,铺设直径12钢筋网,最后浇筑8cm厚CF50钢纤维防水混凝土。钢纤维混凝土能显著提高混凝土对塑性收缩、温度、应力等因素导致的非结构性裂缝的抗裂能力,可有效提高混凝土的抗渗防水性能。
4 体外预应力施工技术要点4.1 测量索长进场后,首先用测量仪器,包括全站仪、水准仪、钢尺测量各体外预应力索的实际长度,并对应设计给的长度,最终确定厂家订做的长度。
4.2 钢绞线下料首先对长短两束钢绞线均进行现场模拟穿束后,确定钢束的下料长度,按照确定后的长度进行下料。下料后,对每根钢绞线进行编号,人孔处进入箱内。钢绞线在搬运过程中,注意保护PE外套管不受损害,不得在地上拖运。穿束采用人工进行,从底层开始穿束,每根钢绞线必须穿入对应编号的转向钢管的预留孔中,并防止钢绞线互相缠绕。
4.3 预应力钢束穿布体外预应力钢束采取卷扬机牵引方式,通过在底板上安装滚动轴,将钢束置于滚动轴上牵引钢束前行,而预应力钢束由厂家制作打盘后送到现场,牵钢束时,将钢束装入索盘放出,在桥面用卷扬机牵引至腹板位置。
4.4 体外预应力钢束张拉预应力钢束采取对称、均衡张拉,即先张拉第一跨,再第二跨~第五跨,最后张拉第六跨。张拉采用张拉力与张拉伸长量双控,但以张拉力为主。根据理论计算的张拉伸长量,对应千斤顶的最大拉伸量200mm 且由于采取两端张拉的方式,张拉时分别测量计算两端的伸长量。
预应力张拉步骤:
初张拉(即预紧,张拉力为0.2倍设计张拉力P)→检查是否有异常情况→张拉并维持设计吨位0.6P→量测延伸量δ11并检查是否有异常情况→张拉并维持设计吨位P→量测延伸量δ12并检查是否有异常情况→回油→量测延伸量δ2。
4.5 预应力钢束减震器安装体外预应力钢束张拉完后,在测量桥面线形标高、应力无问题后可安装减震器,减震器通过在腹板植筋固定。 固定钢束减震器与混凝土通过埋植螺栓与梁体连接为一个整体,所有钻孔位置已考虑了避开既有箱梁的预应力钢筋,但若原预应力钢筋位置施工误差过大,有可能钻孔会碰到,钻孔前先探测既有梁体预应力筋与普通钢筋的位置,将全部钻孔位置在腹板上标记好后再开钻。施工中需根据索体、梁体的实际位置关系现场测量、放样、下料。
5 加固效果通过对加固箱梁主控截面应力、应变、裂缝、主梁挠度等情况的监控监测发现:在体外索张拉过程中,各测点应编制变化较均匀,无突变现象,表面在预应力张拉过程中结构主控截面反应正常。各测试截面基本上呈整体全截面受压,跨中、墩顶截面测试值和理论值较为吻合。
预应力张拉完成后,所有的裂缝均体现为闭合效应,并且效果较为明显。预应力张拉完成后,梁体均有整体上拱的趋势。
在预应力混凝土连续箱梁桥的旧桥加固施工过程中,应用体外预应力加固施工技术能够切实提高公路桥梁建设质量。但是在施工过程中,需要按照项目的特点对预应力加固技术进行选择,同时,还需要在施工时严格按照施工规范进行施工,提高公路桥梁质量。
参考文献[1] 李健.浅析公路桥梁施工中体外预应力加固技术[J].建筑机械化,2017 38(5):44-45.
[2] 万会春,刘丽红.公路桥梁施工中体外预应力加固技术[J].交通世界,2018(33):98-99.
[3] 王连明.公路桥梁体外预应力加固与施工方法探析[J].中国标准化,2018(16):72-73.