預制空心板橋體內加固新技術研究

汪方勇，吳 真，孫 浩

(1.江蘇筑镹營造科技有限公司，江蘇 南京 210019； 2.北京建筑大學，北京 100044)

0 引言

預制空心板橋因具有構造簡單、外形美觀、施工方便、工藝成熟等優點，已得到廣泛應用。預制空心板橋常通過企口混凝土鉸縫有效傳遞剪力，使板共同承擔荷載。然而，受橋梁所處環境、施工工藝等多種因素的影響，在役預制空心板橋企口混凝土鉸縫出現不同程度的破壞，使橋梁橫向連接減弱或失效，往往導致橋梁病害不斷發生。為解決上述問題，并克服預制空心板橋傳統加固技術存在的問題，提出預制空心板橋體內加固新技術。

1 企口混凝土鉸縫

1.1 鉸縫受力

預制空心板橋在車輛荷載作用下產生豎向撓度，并通過企口混凝土鉸縫向相鄰空心板傳遞內力，使相鄰空心板產生一定撓度。鉸縫傳遞多種內力，其中豎向剪力較大，其他內力較小，為簡化設計，取鉸縫傳遞的豎向剪力作為設計計算依據。鉸縫抗剪能力與深度有關，為提高抗剪能力，淺鉸縫已發展為目前廣泛使用的深鉸縫。

1.2 鉸縫破壞

由于鉸縫受力較復雜，常處于彎剪組合受力狀態，為改善其傳力性能，常設計成多邊形結構，這約束了鉸縫轉動，使鉸縫混凝土在徐變和新舊混凝土粘結作用下發生破壞。空心板兩側未充分鑿毛、鉸縫空間小導致鋼筋綁扎焊接困難、混凝土振搗不充分、底模漏漿等，對鉸縫產生不同程度的影響。在橋梁運營階段，大型貨車長期在道路一側行駛，導致空心板長期受力不均勻，引起鉸縫破壞。如果橋面鋪裝層防水性能差，受雨雪等天氣影響，空心板提前受到破壞，鉸縫隨之破壞。鉸縫破壞使混凝土與空心板側壁發生剝離，引起橋面鋪裝層破壞，導致橋梁整體穩定性降低，最終造成預制空心板單板受力，進而大大降低空心板橋承載力，并引起其他病害。

2 體內加固新技術

目前，空心板橋加固方法多為橋面補強層加固法、橫向體外預應力加固法、橫向粘貼鋼板或碳纖維布加固法，其中，橋面補強層加固法施工周期較長，工作量較大，對施工期間橋梁交通運輸能力的影響顯著，且承載力的增加受主梁受拉鋼筋配筋率限制；橫向體外預應力加固法受現場和構件強度的影響較大，且施工繁瑣，成本高，預應力損失和疲勞損傷需進一步研究；橫向粘貼鋼板或碳纖維布加固法受化學粘結材料易老化、不耐酸堿、不耐高溫、不能經受紫外線長期照射等因素影響，導致該方法對后期使用階段溫度和環境的要求較高，無法滿足防火、抗紫外線照射的使用要求。為使企口混凝土鉸縫有效傳遞剪力，并克服預制空心板橋傳統加固技術存在的問題，提出預制空心板橋體內加固新技術，在既有空心板外側架設鉆孔設備，根據空心板強度等級、腰筋布置情況、鉸縫及路面破壞情況、路面荷載及加固要求確定增設錨桿位置，在空心板合適位置橫向鉆孔，并在孔洞內穿設錨桿，采用灌漿料填補孔洞，通過灌漿料膨脹使襯套在空心板內形成機械鎖鍵連接，增強鉸縫與空心板的剛性連接性能，避免發生空心板單板受力情況，增強橋梁整體穩定性和承載力。

應用預制空心板橋體內加固新技術時，混凝土強度等級不低于C20，空心板厚度≥240mm。確定錨桿布置方案時需進行結構計算，并符合相關設計規范要求。鉆孔直徑、深度，錨桿鋼筋規格、長度，灌漿料強度等應按設計要求及材料特性進行合理選擇，鉸縫破壞較嚴重的位置需加密錨桿。

3 工程應用

3.1 材料選用

以某預制空心板橋為例，該橋寬8.5m，跨徑10m，空心板截面尺寸如圖1所示。錨桿外包柔性纖維襯套，設置在空心板空腔下部，如圖2所示。鉆孔時不得破壞空心板底板，預留5cm厚保護層。

圖1 空心板截面尺寸

圖2 錨桿布置示意

采用由級配骨料(經篩選)和其他無機物組成的水泥基灌漿料，與水混合攪拌后形成泵送漿液，具有高性能、高強度、低收縮率等優點。灌漿料受襯套約束，被有效控制在襯套內，不會四處漫溢，且少量的稀釋漿液可有效穿透襯套，與空心板實心基材部位緊密粘結。在灌漿料中添加無機流動劑和抗收縮添加劑，使漿液在凝固過程中不會因收縮而影響錨桿整體受力性能。灌漿料凝固后可達到粘結和機械錨固雙重效果，使錨桿錨固力大大提升。

襯套為由特殊聚酯纖維編織而成的柔性材料，可利用其良好的膨脹性能適應不同的孔徑和孔深。襯套能夠較好地包裹灌漿料中的粗骨料，同時允許稀釋漿液穿過網眼，與空心板實心基材進行有效粘結。包裹漿液的襯套通過注漿壓力作用在預制空心板空腔內發生鼓脹，與空心板實心基材形成鎖鍵效應，大大提高整體強度。襯套通過獨特設計可實現在直徑方向擴展的同時不改變錨桿軸心方向長度，因此，可充分保證灌漿料徑向飽滿度，提高粘結和錨固作用可靠性。

錨桿承載力取決于材質和截面類型，可采用金屬桿件，也可采用高強纖維類桿件。截面可為空心，也可為實心。如果選用實心桿件，應為螺紋鋼或牙條；如果選用圓形鋼管，應在鋼管上壓有波紋凹痕；如果選用方形鋼管，應將與鉆孔尺寸相似的鋼板焊接在桿件兩端，以保證受力均勻。相同直徑鉆孔可選用不同類型桿件，以適應不同類型基材和受力要求。本工程選用φ20mm螺紋型錨桿，孔徑為50mm。

基材(混凝土及砂漿)強度影響錨桿承載力，應按有關規范要求對基材強度進行現場檢測，進而測算錨桿承載力。如果基材強度不確定，可通過錨桿現場拉拔試驗測得。

本加固技術特安裝光纖感應器，采用金屬基索狀應變感測光纜，通過多股金屬加強絲絞合進行保護，使光纜抗拉和抗剪強度大幅提升，避免施工過程中發生沖擊破壞。將錨桿插入預制空心板鉆孔孔洞內，光纖傳感器隨著錨桿插入結構內部，從而實時準確地對錨桿加固情況進行監測，并用于監測構件變形、裂縫發育、應力變化等。

3.2 工藝流程

1)施工前使用測量儀器按設計圖紙進行精確放線定位，確定鉆孔位置。根據施工現場具體情況采用空心鉆頭及內置接頭式鉆桿，配套設備包括扶正器。

2)根據鉆孔放線位置架設鉆孔設備，確保鉆機中心與測量鉆孔線在同一位置，且鉆機架與邊側空心板穩固連接。

3)利用空心鉆頭緩慢向空心板指定位置鉆孔，鉆孔過程中應根據鉆孔深度，每隔一定距離設置1個扶正器。鉆至一定深度后，需明確是否發生偏位，如發生偏位需及時糾偏。如遇硬質物或卡鉆情況，應采取輕壓、慢轉的方式，直至恢復正常，否則應立即停止鉆孔，分析孔內情況后采取有效措施恢復鉆孔。

4)孔洞清理完成后進行錨桿安裝，安裝時應注意保持襯套清潔，輕拿慢送，直至整根錨桿送入孔中，并將水泥基灌漿料按特定配合比進行調配。

5)將全部錨桿送入孔洞后開始攪拌灌漿料，并向襯套內緩慢注漿，防止注漿時漿液凝固，灌漿至漿液滿溢出洞口。應根據施工現場環境、溫度、施工條件等調整漿液配合比，設備須保持清潔，不能在壓力罐內部使用潤滑油或除銹劑，否則將污染灌漿料，影響其受力性能。攪拌灌漿料時，根據配合比要求，嚴格控制用水量，否則將降低灌漿料凝固后的強度。

6)當灌漿料由裂縫處溢出時，應及時利用清水進行沖洗。注漿完成后，利用原鉆孔部位空心板材料對孔洞進行封堵，以恢復橋面原狀。

3.3 加固效果

加固后的空心板橋通過錨桿加強空心板與鉸縫及空心板間的橫向連接，增強了整體性，解決了橋梁單板受力問題，增加了空心板橋橫向承載力，延緩了橋面鋪裝層開裂。加固施工過程不影響正常交通，加固后不對結構外立面產生影響。

4 結語

提出預制空心板橋體內加固新技術，該技術通過水泥基灌漿料在襯套的有效約束下，使襯套在空心板空腔內鼓脹后與實心基材形成機械鎖鍵效應，加強各部件間的橫向連接，提高結構整體穩定性與承載力，達到加固目的。錨桿置于空心板橋內部，不受火災、紫外線照射、雨雪天氣等因素影響。預制空心板橋體內加固新技術工藝簡單，施工速度快，造價低，且為體內隱形加固技術，不影響橋梁外立面效果，施工期間不影響橋面上部道路交通的正常運行，適用于多種形式橋梁結構的加固，可有效解決基礎不均勻沉降引起的空心板開裂問題。