大跨度變截面預應力混凝土連續箱梁體外預應力加固技術

羅珅

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620）

1 概述

某特大型橋梁，全長2352m，主橋上部結構為雙幅單箱單室預應力混凝土連續箱梁，跨徑組合為65+100+65m。設計荷載：汽超-20級，掛車-120級。主橋變截面箱梁高度介于220～560cm之間，箱梁頂板厚25cm，腹板厚42cm，底板厚度介于18～80cm之間變化。

橋梁經過若干年運營后，出現了箱梁截面開裂、跨中下撓等病害，且病害日趨嚴重。

2 主要病害及成因分析

該橋主要病害如下：

該橋在前期檢查中發現邊跨及中跨腹板出現近45°斜裂縫，中跨跨中合攏段出現U形裂縫，裂縫貫通左右腹板，歷次檢查結果對比顯示該橋原有裂縫繼續發展且不斷有新的裂縫產生。

原線形測量結果顯示，以設計標高為參照并考慮基礎沉降后，左幅主橋跨中下撓較多，預應力損失較為明顯，主跨跨中截面預應力度不滿足全預應力結構的要求。

實際橋面鋪裝厚度過大，且瀝青鋪裝厚度分布離散嚴重，實際鋪裝厚度非常不均勻，并且分布在主跨跨中附近。

經分析，施工誤差引起箱梁恒荷載過大及汽車超載等因素導致箱梁預應力度不足，是箱梁下撓的主要原因。

3 連續箱梁體外索加固施工

3.1 箱梁體外索布置

箱梁加固采用的體外預應力鋼束為兩股沿底板的曲線束和兩股箱內的直線束。

圖1 預應力索布置示意圖

底板束錨固構造特點：在箱梁底板兩側四分之一跨的位置澆筑新齒板，通過在箱梁底板鑿出剪力槽，新舊混凝土接觸面種植鋼筋，使結構共同受力。底板束均通過齒板錨固于底板上并靠近底板布置。直線長束則錨固于主墩墩頂對應的橫隔梁上。

該工程鋼絞線束均采用帶PE護套的15-12環氧噴涂鋼絞線成品索，標準強度為1860MPa，錨具采用可更換索式的TSK15-12型錨具。鋼絞線束公稱截面積為16.8cm2，破斷索力為3125KN。A1號索為短索，根數為2根，A2號索為長索，根數為2根。體外索設計張拉力為2031KN。

3.2 體外索加固施工總體工藝

根據設計要求，在設置齒板處植入直徑16mm的鋼筋，植入深度為20cm，并與齒板鋼筋焊接，設置可更換索式的TSK15-12型錨具，外徑為102×5mm的鋼管。預應力鋼束軸線應與錨墊板垂直。

錨下的螺旋筋及加強鋼筋要嚴格按要求設置，喇叭管與錨墊板、預應力管道要連接平順、密封，對錨墊板上的壓漿孔要妥善封堵，防止澆注混凝土時以上部位漏漿，造成穿束困難。

齒板混凝土按照設計要求強度進行配合比設計。齒板混凝土采用商品混凝土。7天強度大于80%的設計強度，28天強度大于50MPa。每立方米齒板混凝土內摻入鋼纖維78.5kg，摻入纖維素纖維0.9kg。為盡量減少車輛震動影響混凝土初凝以及新老混凝土的結合效果，澆筑前進行充分準備，確保一次澆筑成形，不允許產生施工縫。混凝土澆筑過程中封閉橋面交通。混凝土澆筑采用地泵接管泵送工藝。

體外索的張拉順序為先張拉主梁底板曲線短束A1號束，后張拉主梁底板直線長束A2號束。

3.3 體外索安裝工藝

按照設計圖紙計算無粘結鋼絞線下料長度，在廠內進行無粘結鋼絞線的切斷下料工作。下料長度的計算應考慮鋼束曲線長、錨夾具長度、千斤頂長度及外露工作長度等因素。

布索完成后，按圖紙要求在相應位置設置減震器或減震支座。

穿束前首先要準確計算張拉端的PE護套剝除的長度，無粘結預應力筋張拉段范圍內PE層先行去掉，將內部油脂全部清除干凈，以確保夾片與鋼絞線的咬合。穿束過程中必須小心，防止碰壞刮傷體外索的索體PE護套。穿束完成后方能安裝錨頭。千斤頂及其輔助設備（如工作錨、限位板、懸浮式張拉支撐撐腳）要求配套安裝與使用，相關的加工尺寸及參數須準確一致。

3.4 體外索張拉工藝

體外索張拉原則。混凝土養護齡期達7天及混凝土強度達到設計強度的90%后，方可張拉預應力鋼束。

張拉過程實行分級張拉工藝，最后錨下控制應力為1209MPa。根據體外索設計張拉力，選擇YCW250B型千斤頂進行張拉。

張拉荷載采用"雙控"法進行控制，即主要以壓力表的讀數為準，再結合檢測到的箱梁應力和索的延伸量校核為輔的控制方法。預應力鋼束的張拉順序，應使結構基本上保持受力均勻、同步，所以在張拉過程中應遵循同步、對稱、兩端同時張拉的原則。

在體外索張拉前后與張拉過程中對齒板混凝土等相應位置進行觀測，觀測齒板混凝土有無開裂情況發生。

第一對索的張拉。 將第一對索作為試驗索進行張拉。選擇2根編號為A1的短體外索做為試驗索。為了保證第一對索張拉施工的安全，張拉過程需分級進行。

每級張拉完成后需要進行鋼束延伸測量、混凝土應變觀測、利用磁通量傳感器進行的索力觀測等。

考慮到橋梁通車過程中有一個動菏載的作用，使得齒板張拉完成后的混凝土開裂有一個過程，第一對索張拉完成后需根據具體情況再觀察1天，以觀察裂縫是否產生與已出現的裂縫的開展情況。張拉前后觀察過程確保連續進行，并記錄觀察結果。

另一對體外索的張拉根據第一對索的張拉情況與觀測結果，來安排另一對索的張拉施工。為了保證張拉施工作業安全，另一對索的張拉時參照第一對索張拉工藝也分級進行。

3.5 體外索防護工藝

體外索張拉完成后，為了保證體外索的錨固安全可靠，在錨具連接筒內灌注環氧砂漿進行錨固，安裝錨具防護罩并涂刷防腐油脂封錨作業。

用砂輪切割機切除多余的鋼絞線，然后安裝錨具保護罩，并將與錨墊板接觸面四周進行密封。錨具保護罩表面需要進行防腐涂裝處理。

4 體外索加固過程的施工監控

主控截面應力監控。在各墩頂、跨中、各控制點及產生混凝土最大壓應力的地方布置應變片。在受拉區當裂縫閉合時混凝土開始受壓，測量該點的應力變化值。在受壓區測量最大壓應力的增量。測量內容為在維護施工前、澆注底板鋼束齒板后、張拉底板鋼束后均測量了各點的變形值。比較每個施工階段梁體的應力變化情況，并與設計值作比較，以檢驗梁體的維護效果。為了掌握結構主要控制截面在加固過程中的應力變化，應力測點隨預應力張拉分級測試。

裂縫監控。該橋運營階段在中跨跨中附近腹板出現了斜裂縫，加固過程中隨著不同施工階段的進行，裂縫會出現不同的反應，為掌握結構加固過程中過程中梁體裂縫的閉合情況，選取主要截面的典型裂縫進行監測。根據前期檢查結果，在跨中兩側各選取2條裂縫進行監測。裂縫測點隨預應力張拉分級測試。

5 該橋梁體外索加固工藝的創新點

5.1 該工程預應力索率先采用了目前國內技術領先的由歐維姆預應力公司生產的可調可換式體外索及錨具，并采用懸浮式張拉裝置進行張拉施工，以避免在多回合張拉過程中由于工作夾片的重復咬合給夾片的錨固性能帶來的不利影響。

5.2 在預應力索索力監測方面采用了磁通量傳感器。磁通量法是測定索力、監測拉索銹蝕的非破壞性方法。鐵磁性材料受外荷載作用時，內應力發生變化，其磁導率隨之發生變化，通過測定磁導率的變化來反映應力的變化，進而測出索力，磁通量法所用的材料是電磁傳感器，這種傳感器由兩層線圈組成，除磁化拉索之外，它不影響拉索的任何特性，具有結實可靠、耐久性好、測量精度高、防水耐壓性好等特點。可采用現場制作方式實現既有橋梁纜索的索力測量。

6 結束語

該變截面連續梁橋梁體采用增設體外索等維護加固措施，各截面中性軸高度明顯上升，橋面鋪裝參與了結構受力，結構整體剛度有了一定程度的提高。在試驗荷載作用下各截面測試指標均正常，加固后滿足設計荷載汽－超20、掛－120的正常使用要求，延長了橋梁的使用壽命，確保了運營期間橋梁結構的安全。

[1]蒙云，盧波，橋梁加固與改造.北京:人民交通出版社，2005.

[2]劉來君，趙小星，橋梁加固設計與施工技術.北京:人民交通出版社，2004.