裝配式橋梁波紋管連接錨固可靠性技術研究

石 劍 （中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州215131）

1 工程概況

無錫鳳翔路快速化改造工程是錫澄兩地路網規劃中“1高2快7普”共十條南北向交通走廊中兩條規劃快速路之一，其建成對無錫中心城區與江陰的溝通，促進沿線資源共享和經濟發展具有重要戰略意義。同時鳳翔路快速化作為“十三五”規劃中城市道路的重要組成部分，是緩解城市主城區交通擁堵問題的重要措施，工程建成后可進一步縮短惠山新城與中心城區的時空距離，滿足惠山新城交通量迅速增長以及和中心城區溝通的需要，并可促進沿線區域的開發與發展。

該工程位于無錫市梁溪區與惠山區，南起廣石路，終于堰豐路，路線全長約10.3km，道路紅線寬44m～68m，其中中鐵四局集團承建的FXB01標段全長4.65km。該項目為江蘇省首個采用預制拼裝施工工藝的市政橋梁工程項目。

橋梁下部結構形式為雙柱式主墩接大挑臂倒T型蓋梁或雙柱主墩+單（雙）側輔墩接倒T型蓋梁，其中橋梁立柱為矩形截面結構，截面尺寸1.6～2.0m不等；蓋梁為倒T型截面，均為預制結構，其中主線蓋梁單節預制長度為11.65～24m不等。高度≤12m的立柱及全部蓋梁采用工廠預制、現場安裝施工工藝。

圖1 標準段橋梁下部結構圖

2 波紋管錨固系統研究意義

對于雙柱或三柱橋梁立柱與大挑臂蓋梁之間的采用φ85×2mm厚壁波紋管灌漿連接，連接的可靠性對橋梁結構行車安全至關重要，同時對結構耐久性影響較大，是裝配式橋梁預制拼裝技術控制關鍵要點之一。目前對于灌漿波紋管連接工藝尚無對應的國家或地方標準作參考，也無相應的工程經驗可借鑒參考。

鑒于此，開展裝配式橋梁立柱蓋梁厚壁波紋管灌漿連接可靠性研究具有重要的現實意義。

圖2 厚壁波紋管結構圖

3 波紋管錨固系統試驗方案

3.1 試驗設計

模擬橋梁蓋梁與立柱波紋管灌漿連接系統構造，制作截面為400×400mm，高度為800mmC50混凝土試塊，事先預埋長725mm壁厚2mm波紋管，養護28天。插入HRB400級φ40鋼筋，從底部預留φ25mm注漿孔注漿。

共計制作3組試驗試件，模擬現場施工實際情況，其中分別制作2組試件，每組3個試件，一組居中（編號為1#、2#、3#），一組偏置（編號為4#、5#、6#）。

圖3 波紋管錨固系統

3.2 試件制作

①試件先預制制作，試件制作采用木模板，事先預埋灌漿厚壁波紋管及固定鋼筋，在波紋管底部5～10cm范圍安裝壓漿管道并固定牢固。

②C50混凝土在攪拌站集中拌合，3組試件一次澆筑成型，采用插入式振搗器振搗密實，至少灑水保濕養護7d后，進行自然養護。

圖4 試件波紋管定位

圖5 試件混凝土澆筑

③采取臨時措施固定φ40錨固鋼筋并進行波紋管內灌漿作業，并制作灌漿材料同養試塊。灌漿漿液養護期為7d。

3.3 波紋管錨固系統試驗方案

波紋管錨固系統采用拉拔試驗方式，采用規格150t的穿心式千斤頂加載，手動油泵分級施加壓力，千斤頂錨固系統采用厚度為60mm鋼板與錨固鋼筋焊接。錨固系統采用千斤頂連續加荷，每隔100kN進行千斤頂行程測量，直至φ40錨固鋼筋破壞為止。通過記錄錨固鋼筋拉斷時油表讀數，反推破壞拉力。試驗裝置如圖7所示。

圖6 波紋管內壓漿

圖7 拉拔試驗錨固裝置

4 試驗過程及結果

4.1 試驗過程

試驗前，檢測了同批次上海申特鋼材HRB400φ40錨固鋼筋原材屈服拉力和極限拉力等材料參數，鋼筋屈服強度和極限強度標準值分別為475～480MPa、680～695MPa，材料抗拉強度為均滿足要求。

試驗所用千斤頂校驗回歸方程為y=0.034514x+0.180952。

其中y-油表指示器讀數（MPa）

x-負荷（kN）

分6級（100kN-600kN）計算加載如下：

分級加載試驗表 表1

分級加載完成后，繼續對千斤頂施加力，直至構件破壞，同時記錄破壞時油表讀數推算破壞荷載。

4.2 試驗數據記錄處理

按照100kN分級對試件進行加載，每個試件選取四周四個點進行檢測，每級加載完成后測量千斤頂行程并記錄，試件破壞時記錄油表讀數，推算破壞荷載值。

圖8-1 中1#拉拔試驗荷載位移曲線

圖8-2 偏4#拉拔試驗荷載位移曲線

分級加載伸長量及構件破壞形式統計表 表2

中1#試件加載千斤頂行程 表3

偏4#試件加載千斤頂行程 表4

4.3 試驗數據分析

試驗過程中，通過分級加載，鋼板尺測定千斤頂4個標記點伸出量，記錄如下表（僅以中1#、偏4#試件為例）：

從以上試驗數據分析及試件破壞情況可以看出：①所有試件均為錨固鋼筋達到屈服強度后破壞；②拉拔力達到500kN后千斤頂行程顯著增大；③C50混凝土表面基本出現微裂縫；④波紋管錨固系統除漿液表面有少量震碎外，未出現變化；⑤鋼筋達到屈服強度后，相比中1～3#試件，偏4～6#試件千斤頂伸長總體大為2～3mm。

5 結語

圖9 中1#試件破壞情況

圖10 中1#試件混凝土裂縫情況

圖11 灌漿料表面震碎及鋼筋表面縮徑

通過對以上2組共計6個試件的拉拔試驗，主要結論為：①所有錨固試件均為鋼筋母材拉斷破壞，未出現波紋管內高強灌漿料整體破壞、波紋管整體拔除及混凝土試件整體拉裂破壞現象，說明通過波紋管錨固鋼筋達到裝配式橋梁連接穩定可靠；②與原設計相比，即是錨固長度為16d（d為錨固鋼筋直徑）仍滿足錨固性能的要求；③從鋼筋偏置與鋼筋居中錨固千斤頂行程對比看出，錨固鋼筋安裝精度對錨固系統穩定可靠程度有一定的影響，盡量保證錨固鋼筋位于波紋管中心，確保四周均有高強灌漿料包裹鋼筋，以便高強灌漿料充分發揮其錨固性能。