多跨預應力連續(xù)箱梁橋火災后修復加固設計實例

■吳明峰

(1.福建省交通科學技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運工程重點試驗室，福州 350004)

多跨預應力連續(xù)箱梁橋火災后修復加固設計實例

■吳明峰1，2

(1.福建省交通科學技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運工程重點試驗室，福州 350004)

本文根據(jù)多跨預應力連續(xù)箱梁橋火災后火損具體情況并通過現(xiàn)場外觀檢查和靜載試驗，制定相應的加固措施，修復橋梁結(jié)構(gòu)的承載性能和耐久性能。

預應力連續(xù)箱梁 火災 外觀檢查 靜載試驗 加固設計

1 工程概況

某多跨預應力連續(xù)箱梁橋，全長608.66m。該橋于2002年進行改造拓寬，改造后該橋分為左右兩幅，其中左幅橋為拓寬新橋，右幅為舊橋。其中發(fā)生火災的為左幅橋。左幅橋結(jié)構(gòu)具體情況：上部結(jié)構(gòu)采用15孔40m等跨、等截面預應力混凝土連續(xù)箱型梁，共2聯(lián)，具體跨徑為(8×40+7×40)m。箱梁為單箱單室結(jié)構(gòu)，頂板寬14.0m，底板寬6.0m，箱梁高2.50m，跨中截面底板厚度為0.22m。箱梁梁底普通縱向筋為16號帶肋鋼筋，設計保護層厚度為37mm；橫向筋為12號帶肋鋼筋，設計保護層厚度為25mm。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對接鉆孔樁基礎，墩柱、樁身直徑均為1.5m。墩柱豎向主筋采用25號帶肋鋼筋，箍筋為8號光圓筋，設計凈保護層厚度為60mm。橋臺采用混凝土耳墻式，鉆孔樁基礎。箱梁混凝土強度等級為40號，墩柱混凝土強度等級為30號。道路等級為城市主干道I級，計算行車速度60km/h，設計荷載為汽車-20、掛車-100級，人群3.50kN/m2?？傮w布置圖如圖1所示。

圖1 大橋總體置圖

2 火災后結(jié)構(gòu)檢測及評估情況

2.1 火災后結(jié)構(gòu)檢查情況

2016年2月某日凌晨2點左右，橋下廢品回收站堆積在橋下的廢舊塑料制品起火燃燒約2個小時，導致箱梁底面混凝土損傷大面積剝落，箱梁腹板和翼緣板混凝土剝落、墩柱混凝土嚴重損傷開裂、空鼓，全橋梁底熏黑等主要病害?？傮w情況如下：

本次火災主要影響范圍為該橋左幅第11跨～第13跨梁體、11-1、11-2、12-1、12-2墩柱及支座，其中第12跨梁體及11-1、11-2、12-1、12-2墩柱受損最為嚴重。火損范圍見圖2。

圖2 左幅橋火災起火位置和火損范圍

外觀檢查結(jié)果為：(1)主梁結(jié)構(gòu)：箱梁梁體的病害主要集中在第12跨，整個受損面積為78.0m2；梁底受損部位的混凝土損傷剝落深度達20mm以上，靠近火源區(qū)域中心混凝土剝落深度達45mm，且梁底右側(cè)邊角位置混凝土剝落嚴重，預應力鋼束底面架立筋外露。箱梁跨中段底面共計出現(xiàn)6條橫向裂縫，均延伸至腹板，其中4條較2014年橋梁檢測結(jié)果無明顯變化，2條為火災后新增裂縫，最大縫寬0.20mm；左側(cè)腹板和翼緣板也出現(xiàn)大面積混凝土剝落露筋。(2)支座：火災影響區(qū)域內(nèi)4個墩頂支座鋼板防銹油漆表面附著黑煙，且有脫皮現(xiàn)象。(3)墩柱：4根墩柱均出現(xiàn)混凝土保護層剝落、外露橫向箍筋、豎向主筋損傷，其中11-2墩柱損傷最嚴重，外表混凝土剝落深度達78.4mm，混凝土表面呈土黃色、灰白色；11#、12#墩(4根墩柱)火災灼燒區(qū)域敲擊空鼓沉悶聲明顯；11-1墩柱出現(xiàn)3條豎向裂縫，縫長為1.00～1.40m，縫寬為0.36～0.40mm。

根據(jù)外觀檢查結(jié)果，初步判定第12跨上部結(jié)構(gòu)箱梁和11#、12#墩柱為中度灼傷尚未破壞，顯著影響結(jié)構(gòu)材料或結(jié)構(gòu)性能，明顯開裂，對結(jié)構(gòu)安全性或正常使用產(chǎn)生不利影響，應采取加固或局部更換措施。

現(xiàn)場照片詳見圖3～圖5。第12跨箱梁火損情況總體布置圖見圖6。

圖3 箱梁底面混凝土剝落、露筋

圖4 箱梁腹板和翼緣板混凝土剝落

圖5 墩柱混凝土剝落、露筋

圖6 第12跨箱梁火損情況總體布置圖

2.2 靜載試驗結(jié)果

為了摸清火災對橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的影響，檢測單位對受損最嚴重的第12跨進行了靜載試驗，分析測試第12跨跨中截面、受損最深截面、墩頂負彎矩截面的應力和撓度，以及11#和12#墩支座的壓縮量，以確定火災后橋跨截面抗力是否滿足設計荷載要求。

經(jīng)過詳細的靜載試驗，得到如下結(jié)論：(1)橋跨結(jié)構(gòu)測試截面的撓度和應變校驗系數(shù)均滿足檢測規(guī)范要求。(2)墩柱支座具有較好的彈性變形能力。(3)試驗荷載工況作用，箱梁橫向裂縫有一定開合，卸載后能夠恢復初始狀態(tài)，未見新裂縫出現(xiàn)。(4)火災后橋跨結(jié)構(gòu)承載能力滿足設計荷載等級要求，但抗彎承載能力相比火災前有所降低。

3 修復加固設計方案

3.1 修復加固主要內(nèi)容

根據(jù)火災后橋梁外觀檢查結(jié)果和靜載試驗結(jié)論，本次修復加固工程的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：

(1)第11跨～第13跨箱梁腹板和翼緣板混凝土剝落區(qū)的修復。

(2)第12跨箱梁梁底混凝土剝落區(qū)的修復與補強。

(3)11-1、11-2、12-1、12-2墩柱采用混凝土抱箍進行補強。

3.2 修復加固具體處理方案

3.2.1 箱梁腹板和翼緣板混凝土剝落區(qū)的修復

圖7 腹板和翼緣板混凝土剝落區(qū)修復示意圖

具體方法與步驟如下：

(1)采用高壓水槍對梁體熏黑部位進行清洗。

(2)將剝落區(qū)域表層劣質(zhì)混凝土鑿除，并將周邊區(qū)域表層混凝土鑿除至新鮮混凝土。

(3)鑿除范圍涂阻銹劑，采用聚合物高性能砂漿進行逐層修補，最后抹平至原設計尺寸。

(4)養(yǎng)護并進行表面防護，修復后梁體表面采用同原混凝土色比相近的涂料進行涂裝。

3.2.2 箱梁底板混凝土剝落區(qū)的修復與補強

第12跨箱梁底板混凝土剝落區(qū)最大深度為4.5cm，混凝土剝落范圍在距 11#墩 37.00m～39.00m、7.00m～20.00m范圍內(nèi)。修復材料為聚合物高性能砂漿，采用逐層找平和灌注相結(jié)合的方法進行修復，待箱梁底部砂漿養(yǎng)護14d后，在進行箱梁底板表面打磨粘貼碳纖維布進行補強。

2)找最近鄰：將上面計算出來的距離按照遞增關(guān)系進行排序，選取距離最小的K個樣本，即離測試樣本最近的K個訓練樣本，就是K最近鄰。

具體方法與步驟如下：

(1)采用高壓水槍對梁體熏黑部位進行清洗，對梁體裂縫進行處理。

(2)將剝落區(qū)域表層劣質(zhì)混凝土鑿除，并將周邊區(qū)域表層混凝土鑿除至新鮮混凝土(見圖8)。

圖8 梁體混凝土鑿除和清洗處理示意圖

(3)鑿除范圍涂刷阻銹劑，對外露鋼筋進行除銹、整合、置換，植入鋼模板錨固螺桿，在底板鉆注漿出入孔。

(4)涂刷界面劑，對剝落區(qū)外露鋼筋網(wǎng)以下的范圍進行逐層修補。

(5)在鋼板上放樣鉆孔，將鋼模板粘貼面涂刷粘鋼膠后安裝就位。周邊局部即為粘貼鋼板，中間部位即形成空腔。必須保證鋼板周圍及對接縫密實、不露氣。

(6)在箱梁底板低端注漿孔注入聚合物高性能砂漿，待空腔中部及高端周邊的出漿孔均流出均勻的砂漿后，逐個封閉孔口，確保注漿飽滿與密實(見圖9)。

圖9 箱梁底面植筋、注漿示意圖

(7)養(yǎng)護并進行表面防護14d后，拆除鋼模板，打磨粘貼碳纖維布范圍的基底，涂刷阻銹劑。

(8)碳纖維布按照規(guī)格尺寸下料后，逐層粘貼。在粘貼碳纖維布范圍涂刷粘貼膠，按照由箱梁構(gòu)件邊緣向構(gòu)件內(nèi)側(cè)順序進行粘貼。詳見圖10。

(9)進行貼碳纖維布表面防護。

3.2.3 橋墩抱箍處理

11-1、11-2、12-1、12-2墩柱表面混凝土剝落、露筋較嚴重，最大剝落深度約8cm，修復材料為C30混凝土，采用抱箍增大墩柱截面積的方法，進行補強。詳見圖11。

具體方法與步驟如下：

(1)采用高壓水槍和拋光機對墩體熏黑部位進行清洗。

(2)將剝落區(qū)域表層劣質(zhì)混凝土鑿除，并露出堅實骨料。將周邊區(qū)域表層混凝土鑿除至新鮮混凝土。

(3)涂阻銹劑，對外露鋼筋進行除銹與阻銹處理。

(4)在處理后的墩柱表面進行植筋，按施工圖要求綁扎主筋和箍筋。將墩柱模板安裝到位后，澆筑C30混凝土。

(5)混凝土養(yǎng)護14d后，拆除墩柱模板，再進行墩柱表面混凝土涂裝。

圖11 墩柱抱箍立面和橫斷面示意圖

圖10 箱梁底面粘貼碳纖維布示意圖

圖12 箱梁加固后效果圖 圖13 墩柱抱箍加固效果圖

4 結(jié)語

(1)在加固設計前，對該橋進行了詳細的外觀檢查和靜載試驗，其結(jié)果為火損修復加固設計提供了有利的數(shù)據(jù)支持，使加固設計有的放矢，避免了不必要的加固項目。

(2)本次修復加固設計內(nèi)容比較詳細，現(xiàn)場實施十分順利，施工單位施工過程未對加固項目及加固工藝流程提出異議，確保了工程順利實施，加固效果良好(見圖12和圖13)。