有粘結預應力在橋梁加固中的應用
2015-07-06
1 引言
有粘結預應力加固體系是采用錨固于梁體上的高強度鋼絲或小直徑粗鋼筋，對梁體施加預應力，然后噴注具有一定抗拉性能的復合砂漿，依靠噴注的高性能復合砂漿，將預應力鋼筋與被加固梁體粘結為一體，從而對結構進行加固的一種預應力加固體系。用于有粘結預應力體系的預應力鋼筋，可采用2股或3股鋼絞線、高強螺旋肋鋼絲、小直徑精軋螺紋鋼等國產鋼材。復合砂漿的高抗拉性能是控制結構抗裂性，保護后加預應力鋼筋免于銹蝕的前提。
2 工程概況
某上跨天橋上部結構為6×25m預應力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁，下部結構為柱式墩，鉆孔灌注樁基礎，橋梁寬度為7.0m（凈寬）+2×0.5m（防撞護欄），汽車荷載等級公路—Ⅱ級。每孔上部橫向由2片預應力混凝土箱梁組成，梁高140cm，梁寬345cm，橋面橫坡為雙向1.5%。受超高超限車輛剮撞，造成天橋第4孔箱梁梁底被撞漏，混凝土脫落，普通鋼筋多斷裂，預應力鋼束受損嚴重。經過鑒定和分析，受損箱梁已經喪失了絕大部分承載能力，結構已處于不安全的狀態(tài)，必須對天橋進行改建或重建。
綜合各方案的橋型結構、經濟性以及對公路運營的時效性影響等方面的優(yōu)缺點，提出如下?lián)屝薹桨福簩υ?、4孔預應力混凝土箱梁進行拆除，更換為2×25m封閉式鋼箱梁，充分考慮公路后期養(yǎng)護需要，加強對天橋病害的監(jiān)控，做好觀測記錄，制定科學、完善的施工組織方案和交通組織方案，確保公路行車的安全暢通。
第3、4孔上部箱梁拆除后，第2、5孔箱梁由中跨變?yōu)檫吙?，根據結構驗算，按A類預應力混凝土構件設計時，最不利荷載組合下，下緣最小正應力出現在第2、5跨靠近跨中處為-2.36Mpa，大于規(guī)范要求的-1.855Mpa，跨中混凝土拉應力不滿足規(guī)范要求，因此需要對原第2、5孔預應力混凝土箱梁進行加固措施。
3 加固設計方案
3.1 加固方案的比選
在對第2、5孔預應力混凝土箱梁進行加固設計時，提出2種預應力加固方案。
3.1.1 對箱梁進行體外預應力加固方案
通過增設體外預應力鋼束進行加固，預應力束布置在距箱梁跨中底板底面0.2米的位置，采用水平鋼束，通過齒板轉向并錨固。共增設2束ES2 15-3的體外預應力鋼束，錨下張拉控制應力為1023MPa。
3.1.2 對箱梁進行有粘結預應力加固方案
通過增設有粘結預應力鋼束進行加固，預應力束布置在箱梁底板底面位置，采用水平鋼束，通過鋼齒板轉向并錨固。共布設8根1×3 -10.8-1860- GB/T524-2003的單束鋼絞線，錨下張拉控制應力為1116MPa。鋼束張拉結束后噴注高性能抗拉復合砂漿，將預應力筋與梁體粘結為一體，構成有粘結預應力系統(tǒng)。
3.1.3加固方案的確定
體外預應力加固所需設備簡單，人力投入少，施工工期短，經濟效益明顯，能夠較大幅度的提高橋梁承載力。但在進行體外預應力加固施工時，首先需要在箱梁頂板開孔，然后在箱梁內部植筋，增設齒板和減震器，進行體外預應力鋼束張拉，最后還要對頂板開口進行封閉。施工主要工序要在箱梁內部進行，而箱梁內部本身凈空只有100cm左右，施工空間過于狹小，人員和設備不好操作。有粘結預應力加固施工可操作性大，施工難度較小，結構自重增加很少，卻能大幅改善和調整原結構的受力狀況，提高承重結構的剛度和抗裂性能，加固效果較好。
經過造價和結構分析計算，最終確定采用有粘結預應力體系加固箱梁的方案。
3.2有粘結預應力加固施工
3.2.1 施工流程
在箱梁底板定位→ 測定箱梁底板鋼束、鋼筋位置→ 鋼齒板放樣→ 植筋孔鉆孔及孔內處理→ 植入錨筋→ 粘貼、錨固鋼齒板→ 穿布體外預應力鋼束→ 張拉并錨固體外預應力鋼束→ 噴注高性能抗拉復合砂漿→ 表面平滑處理。
3.2.2施工工藝及要點
3.2.2.1 測定箱梁底板鋼筋、預應力管道位置：根據設計圖紙所示鋼齒板在梁底具體位置，先用鋼筋保護層儀測定底板鋼筋、預應力管道在該處的位置（同時對照原設計竣工圖），用記號筆標明。
3.2.2.2鋼齒板放樣：根據實際探明的鋼筋、預應力管道在鋼齒板范圍內的位置，按設計圖紙所給出齒板的位置及尺寸進行平面放樣（如有沖突，可適當調整）。精確放出鋼齒板錨栓的具體位置，植筋孔應位于底板鋼筋網及預應力管道的空隙內，確保鉆孔不會損傷底板預應力管道和鋼筋。梁體上鉆孔準確定位后，應將其位置反饋至粘貼鋼板加工，并據此在鋼板上定位鉆孔。
3.2.2.3鉆孔及孔內處理：采用專用電錘或振動小的施工工藝，以保證不損傷結構，鉆孔施工垂直于錨栓部位的結構混凝土。根據設計圖紙布置，在錨栓鉆孔位置用電錘鉆深度不小于設計要求深度，直徑約為20毫米的盲孔，用壓縮空氣清除孔內浮塵。注意孔內浮塵的清理必須由孔底向孔口清理（硬質排氣管插入孔底，再后拔1～2厘米）。檢查鉆孔深度和直徑，并用需要植入的螺栓試插，種植錨筋孔深及孔徑必須滿足設計要求。
