預應力鋼絲繩-聚合物改性砂漿技術在總江口大橋加固中的應用

韋樹昱

(廣西壯族自治區沿海公路管理局，廣西 欽州 535000)

0 引言

橋梁在使用一定時間后必然出現結構老化、承載力下降等問題，應及時進行必要的加固。預應力鋼絲繩-聚合物改性砂漿作為橋梁體外加固技術的一種，可將新增的高強度鋼絞線與原橋梁結構緊密結合為一個整體，從而顯著提高梁、板的抗彎強度，也可大大減少裂縫的產生，延緩內部鋼筋結構的腐蝕老化。本文對預應力鋼絲繩-聚合物改性砂漿技術在總江口大橋加固中的應用進行詳細分析，為類似工程提供參考。

1 工程概況

總江口大橋位于合浦縣境內南寧至北海二級公路國道325線K637+421處，建成于1990年。橋梁全長330.94 m，橋面全寬12.50 m。橋梁總體結構為現澆鋼筋混凝土板梁+預制鋼筋混凝土T形梁。總江口大橋橋墩均為雙柱式橋墩加樁基礎，墩臺柱直徑均為1.30 m，樁基礎直徑均為1.50 m。經檢測：本橋梁現澆板梁僅存在1條縱向裂縫(長1.4 m，寬0.12 mm)；T形梁腹板底面和側面分別存在較多橫向貫通裂縫、豎向裂縫、斜向裂縫，側面有少量混凝土剝落、露筋且銹蝕病害。因此本項目主要針對T形梁進行加固。

2 T形梁加固方案設計

根據總江口大橋結構類型，經專家組現場考察，最終設計采用“預應力鋼絲繩-聚合物改性砂漿”加固技術，具體方案如下：

2.1 預應力鋼絲繩設計

在每個T型梁底部設置2層高強度預應力鋼絲繩網片，該加固技術鋼絲繩種類主要分為不銹鋼絲繩和(熱)鍍鋅鋼絲繩，其具體參數對比如表1所示。通過對比，本項目采用φ4 mm的不銹鋼絲繩，具體類型為18×7+IWS(即有18股，每股含有7根鋼芯)，兩層合計有21根，總抗拉強度可超過800 MPa。

表1 預應力鋼絲繩參數對比表

針對T型梁的側板及腹板加固設計為“外包高強鋼絲繩網片+聚合物改性砂漿”，其中鋼絲片間距為3×3 cm，布置示意圖見圖1。

圖1 T形梁加固方案設計示意圖(單位：mm)

2.2 聚合物改性砂漿設計

本項目根據砂漿用途和使用位置不同可分為錨固砂漿和防護砂漿，其中端部錨固砂漿要求強度高、固化時間短、粘結性好，其性能指標應滿足表2中Ⅰ級砂漿要求。錨固范圍包括從錨具邊緣向外擴展≥500 mm，且厚度≥25 mm；防護砂漿要求粘結性、延性、施工性較好，具體性能指標應滿足表2中Ⅱ級砂漿要求。

表2 砂漿性能指標表

2.3 錨固裝置設計

套管和鋼絲繩直徑要對應，當不能取整時則可采用“四舍五入”選套管號，套管表面和錨頭要求光滑無瑕疵。根據鋼絲繩直徑和數量確定槽道寬度和間距，本項目擠壓錨頭采用鋁合金雙孔套筒式，鋼絲繩在端部折成雙股后穿入擠壓錨頭內孔，由專門設計的擠壓模具、擠壓機械對擠壓錨頭進行強力擠壓，使擠壓錨頭與鋼絲繩擠壓成一體(見圖2)。

圖2 鋼絲繩套管過程示意圖

3 預應力鋼絲繩-聚合物改性砂漿施工工藝分析

預應力鋼絲繩-聚合物改性砂漿施工流程主要可分為：基層表面清理→錨具和錨固鋼板定位安裝→鋼絲繩下料和張拉→聚合物改性砂漿涂抹與養護。重點施工步驟是：

3.1 基層表面清理

清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土及表面浮漿、油污等雜質，直至露出混凝土結構新面，之后對凹凸不平的表面做平整修復，并利用環氧樹脂對裂縫進行灌縫處理。為保證鋼絲繩和橋體緊密接觸，本項目要求對總江口大橋T形梁抗剪加固轉角做倒角處理，倒角半徑應≥20 mm(本項目倒角半徑為23～25 mm)。

3.2 錨具、錨固鋼板定位安裝

按圖紙尺寸要求制作錨具，并焊接在錨固鋼板上。本項目要求在焊接完成后進行靜載拉拔試驗(拉拔力不小于要求應力的1.5倍，本項目拉拔力設計為260 kN)。對加固橋梁構件進行量測、放線，確定端部錨具的中心線位置，以此定出錨固鋼板位置。在錨固鋼板范圍內開槽，深度以板厚為宜，然后粘貼錨固鋼板。

3.3 鋼絲繩下料及張拉

鋼絲繩下料及張拉直接決定了加固力大小及效果。本項目要求首先測試鋼絲繩在控制應力下的最大應變ε，然后測量出錨具外邊緣的實際長度L(測量L時，以鋼絲繩拉直即可，原則上以沒有應力為準，但鋼絲繩有一定硬度，一旦彎曲，則需要有一定的拉力調直)，則鋼絲繩下料長度L0可按照式(1)計算。

(1)

為防止結構產生扭轉、側彎，本項目要求在鋼絲繩張拉時采用對稱原則，即：從兩側向中間對稱前進，兩側的鋼絲繩數量之差不宜超過3根。對稱張拉2根鋼絲繩后，考慮到鋼絲繩與梁底不可能完全密實接觸，在梁底預埋直徑為10 mm(取決于開槽粘鋼的嵌入深度)的細圓鋼筋作為反力點。

3.4 HPM-S聚合物改性砂漿涂抹及養護

3.4.1 聚合物砂漿制作

HPM-S聚合物改性砂漿使用時應在實驗室確定配合比例，準確計量A(粉體)、B(乳液)兩組分別攪拌成均勻的漿料即可，無需另加拌合水。為保證砂漿料質量，本項目要求采用攪拌機進行攪拌(不宜采用人工拌合)，且時間≥30 min。

3.4.2 聚合物砂漿涂抹

HPM-S聚合物改性砂漿涂抹厚度為從鋼絲繩外表面算起至4 cm。施工前應充分濕潤混凝土表面，涂抹前需保證混凝土表面處于飽和面干(表面無明水)狀態。本項目要求采用分層涂抹施工，每層噴涂厚度為6～8 mm，間隔時間設置為24 h。當涂抹厚度達到設置值后要及時壓抹收光。

3.4.3 聚合物砂漿養護

本項目要求在HPM-S聚合物改性砂漿施工完成后的30 min至4 h內對其施工面進行噴水養護，且至少持續7 d，期間應防止加固部位受到硬性沖擊。砂漿干燥后進行表面涂裝，保持整體美觀。

4 結語

總江口大橋通過應用預應力鋼絲繩-HPM-S加固后，經測定其承載能力提升明顯，達到了設計指標，加固效果良好。但由于工期較緊，在砂漿并沒有達到100%強度后便開放交通，可能會對加固效果造成一定影響，之后會持續檢測分析。預應力鋼絲繩-HPM-S加固技術簡單、成熟，非常適合于T形梁橋，目前已成為最流行的加固技術之一。