某匝道橋維修方案比選簡述

何廣寶

1 工程概述

某匝道橋上部結構為跨度20 m鋼筋混凝土連續箱梁,單箱單室斷面,共23跨,下部結構為柱式墩。根據專項檢測報告和現場調查,匝道橋現狀和主要問題如下:1)箱梁腹板存在豎向裂縫,縫最寬0.8 mm;底板存在橫向裂縫,縫最寬0.35 mm。與2007年定期檢查結果相比較,病害明顯發展,已修補的裂縫均重新開裂。2)個別箱梁底板存在混凝土缺損、露筋現象;部分箱梁頂、底板滲水、泛堿。3)第3跨3號墩墩帽上發現4條豎向裂縫。4)專項檢測回彈試驗實測箱梁混凝土強度均高于設計值。5)專項檢測得到的箱梁混凝土碳化深度最大值為5.0 mm,最小值為3.5 mm,平均值為3.5 mm,對鋼筋銹蝕有輕微的影響。6)一些梁跨箱梁實測混凝土保護層厚度偏小,對結構鋼筋的耐久性影響較大。

根據定檢報告,某匝道橋上部結構主要承重構件缺損嚴重,病害發展明顯,按重要部件最差的缺損狀況評定,評定為“三類”橋梁。

2 加固方案

由于匝道梁體橫向裂縫較多,對橋梁整體承載力和耐久性非常不利,應進行補強加固。按主動加固、被動加固不同的方法,提出了5個方案進行比選。匝道橋維修加固時,先將原有橋面鋪裝鑿除,待梁體加固改造完成后,在鋪裝層內設置雙層鋼筋網,采用鋼纖維混凝土重新進行橋面鋪裝。

1)方案1:梁底預應力鋼絞線+梁頂預應力鋼絞線。在箱梁跨中附近底板下緣、中支點附近頂板上緣增設Φj8.6 mm的小股預應力鋼絞線,每根鋼絞線由3根φ 4 mm的鋼絲組成,計算面積為37.7 mm2,抗拉標準強度fpk=1 470 MPa,張拉控制應力σcon=955.5 MPa,單根鋼絞線張拉力36.0 kN,直線布置,靠近兩端錨固位置時豎彎,采用YM-1錨具分別與固定在箱梁底板、頂板上的錨固支撐齒板錨固。箱梁底板預應力筋設置范圍內按間距50 cm呈梅花狀布置植筋,外掛5 cm×5 cm鋼絲網,然后6 cm厚的高性能抗拉復合砂漿(HTCM)層,將預應力筋與被加固箱梁粘結為一體,構成有粘結預應力體系,提高結構的抗裂性,保護預應力鋼筋免于銹蝕,并封閉原箱梁裂縫。在箱梁頂板上植筋、設雙層鋼筋網,采用C45鋼纖維混凝土重新進行橋面鋪裝,提高橋面鋪裝的使用性能和耐久性,同時對梁頂預應力筋起保護作用。梁底小股預應力鋼絞線張拉后噴注高性能抗拉復合砂漿,對預應力筋形成保護,并構成有粘結預應力體系,要求砂漿具有較高的抗壓強度和抗折強度,從而提供較高的抗裂能力,匝道橋鋼絞線預應力補強示意圖見圖1。

2)方案2:梁底預應力鋼絞線。與方案1相比,本方案僅在箱梁跨間底板下設置多根小股預應力筋,在頂板上不增設預應力,即只對跨中附近梁底進行預應力加固,對中支點附近梁頂不進行預應力加固,而是在橋面鋪裝鋼筋網中增加配筋量,利用普通鋼筋來分擔后期荷載在中支點附近箱梁中產生的負彎矩,提高截面的承載能力。

3)方案3:梁底預張緊鋼絲繩+梁頂預張緊鋼絲繩。本方案與方案1類似,只是將方案1中梁底、梁頂布置的多根Φj8.6 mm小股預應力鋼絞線用多根φ 4.5 mm預張緊鋼絲繩代替,縱、橫向布置的鋼絲繩形成鋼絲繩網片。傳統的非預張緊鋼絲繩加固施工時,雖然進行了繃緊的工序,但是,繃緊力比較小,一般在1.0 kN以內,而根據試驗測定,φ 4.5 mm鋼絲繩的非線性區應該在3.1 kN以上,所以,一般的繃緊施工完畢后,鋼絲繩并未脫離非線性區,無法保證混凝土構件在受力初期,鋼絲繩提供應有的拉力,造成鋼絲繩在受力初期無法起到應有的加固作用。而預張緊鋼絲繩在鋼絲繩安裝過程中,對其進行預張緊,張拉力大于鋼絲繩拉力—位移曲線的非線性區,達到其彈性拉力區域,這樣能保證加固構件在開始受力時,鋼絲繩能夠立即受力參與工作,從而保證了加固材料與被加固構件良好的協同工作效果,同時,鋼絲繩的預拉力對構件施加了一定的預應力,使構件受力性能明顯改善。

4)方案 4:梁底預張緊鋼絲繩。與方案3相比,本方案僅在箱梁跨間底板下設置預張緊鋼絲繩網片,在頂板上不布置,而是采用與方案2相同的方法,增加橋面鋪裝中的配筋量,利用普通鋼筋來分擔后期荷載在中支點附近箱梁中產生的負彎矩,提高截面的承載能力。

5)方案5:梁底粘貼鋼板補強。在箱梁底板沿縱向粘貼6 mm厚Q235鋼板,每塊鋼板寬度為200 mm,在箱梁頂板上植筋、設雙層鋼筋網,采用C45鋼纖維混凝土重新進行橋面鋪裝,用于減小后期荷載作用下的鋼筋應力,提高截面的抗彎能力。

在支點附近箱梁腹板外側粘貼豎向條形鋼板,鋼板寬200 mm,厚8 mm,以提高截面的抗剪能力。

對裂縫較多的3號墩蓋梁采用粘貼碳纖維布進行補強。

3 方案比選

通過結構分析,從加固效果方面考慮,方案1～方案4為主動加固措施,通過對箱梁施加預應力,降低箱梁內的應力水平,且增加的預應力筋可分擔后期作用的恒載和活載,減小加固部位原箱梁主筋的受力,控制裂縫的發展。同時,通過在梁底噴注抗拉砂漿、在梁頂植筋、重新進行橋面鋪裝,不僅為后加預應力鋼束提供了保護,并對原梁體裂縫起到封閉的作用,且增加了主梁的剛度,加固效果明顯。方案1、方案3同時對箱梁跨中截面底板和中支點截面頂板主筋進行預應力加固,加固效果要好于只對梁底進行預應力加固的方案2、方案4。方案5為被動加固措施,后加材料僅分擔后期增加的恒載和活載產生的內力,原梁底板主筋受力仍然較大,同時,粘貼鋼板對主梁剛度的提高有限,效果不如前面4個方案。

從施工工期方面考慮,前4個預應力加固方案施工程序較多,施工周期要長些,方案 5較短。方案 1、方案3需同時對梁底和梁頂進行加固,施工工期比方案 2、方案4稍長。

從施工難易程度方面考慮,方案1、方案2為小股鋼絞線預應力加固,方案3、方案4為預張緊鋼絲繩加固,在預應力齒板加工安裝、抗拉砂漿錨噴等方面施工經驗少,工藝復雜,對施工材料的可靠性、施工技術水平要求高。前4個方案中,小股鋼絞線的施工要比預張緊鋼絲繩的施工復雜。方案5為經常使用的一種常規加固方法,施工經驗較多,容易實施。

從后期養護維修方面考慮,前4個方案設置的鋼絞線或鋼絲繩均被砂漿層或橋面鋪裝保護,在保證施工質量、正常使用情況下后期養護維修工作量較小,但方案1、方案 3中梁頂加固造成橋面鋪裝層厚度減小,容易受損,需注意養護;方案5在梁底粘結鋼板,后期需對鋼構件進行定期檢查、養護。

經綜合比選,將方案3:梁底預張緊鋼絲繩+梁頂預張緊鋼絲繩加固作為A匝道橋維修加固的推薦方案。

4 結語

體外預應力加固是一種有效改善結構受力性能的加固方法,結合工地實踐,通過對加固后橋梁加固效果、施工難易程度、后期養護容易性的比較,得出了較優的方案,為同類型匝道橋病害處治提供了有益的參考。

[1]范立礎,徐光輝.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2010.

[2]JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設計規范[S].

[3]JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術規范[S].

[4]劉效堯,趙立成.公路橋涵設計手冊:梁橋[M].北京:人民交通出版社,2000.