大橋橋梁加固及監(jiān)測分析
2017-10-17
1、工程概況
某整幅式的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，建成于2006年，其上部結(jié)構(gòu)為694m的連續(xù)剛構(gòu)，主橋是雙向4車道，長454m（122+210+122）的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。主橋箱梁采用單箱單室截面的三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，底板寬11m，上頂板寬22.5m，頂面翼緣為2%的雙向橫坡。箱梁邊跨與跨中支架的現(xiàn)澆梁段高3.5m，根部及0號梁段高12.5m，頂板在0號梁段橫隔板范圍內(nèi)厚50cm，其余頂板厚度為30～50cm，懸臂箱梁翼緣端部為20cm，墩頂處腹板為120cm，箱梁端部至10號箱梁的腹板為70cm，11～20號箱梁腹板為60cm，21～37號梁腹板為50cm，0號段橫隔板內(nèi)為150cm，其余梁從1號梁段跨中從120cm至32cm逐漸減小，邊跨現(xiàn)澆底板厚32cm～60cm。
2、工程現(xiàn)狀
2.1主要病害及安全隱患
橋梁經(jīng)過檢測，發(fā)現(xiàn)存在的主要病害及安全隱患如下：
?。?）08年檢測時，其主跨跨中預(yù)拱值降低嚴(yán)重，最大值還不到2.7cm，考慮到測量時，由于溫度均勻升高引起的跨中撓度值增大，則主跨跨中的預(yù)拱高度用盡。
?。?）橋梁橋面為混凝土鋪裝，平整度較差，鋪裝層呈網(wǎng)狀開裂，超車道防滑層脫落、破損較嚴(yán)重，不利于通行。
?。?）箱梁頂沿梁中心線附近，存在較多對稱分布，間距在15cm至30cm的縱向裂縫，裂縫表現(xiàn)為在中心線處較寬，向兩側(cè)延伸逐漸變細(xì)。
（4）主墩在靠近承臺的墩身有豎向裂縫。
2.2 病害產(chǎn)生原因
根據(jù)具體的工程災(zāi)害和安全隱患，結(jié)合以往的工程經(jīng)驗，認(rèn)為產(chǎn)生以上工程隱患的原因如下：
?。?）主跨撓度損失嚴(yán)重：目前對于橋梁撓度損失[1]主要因為：①混凝土的徐變的影響因素眾多，難以準(zhǔn)確估計影響因素的主次性，徐變計算不夠準(zhǔn)確。②橋梁在設(shè)計之初為設(shè)計下彎索，在后來工程實踐中證明這樣的設(shè)計對抑制主梁下?lián)闲Ч?。③在橋梁使用過程中，交通量增大、超重重型汽車多，作用的動荷載大，加劇了下?lián)稀?
?。?）箱梁底板存在沿中心線對稱分布的間距在15～25cm的縱向裂縫。根據(jù)規(guī)范，采用等效荷載計算方法，對跨中進(jìn)行等效荷載計算，計算得到的在等效荷載作用下的裂縫寬度為0.15mm，考慮到溫度、混凝土收索影響，裂縫寬度約為0.2mm，實測的箱梁底板最大裂縫寬度為0.2mm，推斷縱向裂縫為受力裂縫。沿箱梁內(nèi)部頂板底面兩側(cè)，存在許多間距為15～30cm的縱向裂縫，采用等效荷載計算方法，箱梁頂板下跨中下邊緣的最小壓應(yīng)力為2.24MPa，若考慮溫度梯度的不利影響，最大拉應(yīng)力為-1.24MPa，裂縫為受力裂縫。
?。?）主墩墩身在靠近承臺處有豎向了裂縫，這是由于在修建過程中，墩身后于承臺澆筑，墩身混凝土收縮量大于承臺，承臺會抑制墩身變形，這樣在墩身與承臺靠近部位出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)裂縫。
3 加固施工
3.1 施工措施
根據(jù)橋的安全隱患及病害，制定了一些列的加固方案，主要的施工措施如下：
?。?）重新進(jìn)行橋面鋪裝：去掉原橋面鋪裝C40混凝土18cm厚，更換為C50抗干擾聚丙烯晴纖維混凝土11cm厚，并增加1cm厚的微表處理。
?。?）增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力筋：增加A、B齒板共8個，20個轉(zhuǎn)向塊，4個肋板，76套減震裝置，8束19Φ s15.2PE護(hù)套環(huán)氧涂層鋼絞線，16套錨固裝置。
?。?）加固補(bǔ)強(qiáng)：修補(bǔ)缺陷、粘貼鋼板與碳纖維布、腹板加厚。
3.2體外預(yù)應(yīng)力筋加固
在本工程中，對于結(jié)構(gòu)安全隱患的主要解決方案是通過增設(shè)體外預(yù)應(yīng)筋[2]來實現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力筋的增設(shè)是整個加固工程的關(guān)鍵工作，對整個加固效果具有至關(guān)重要的影響。
體外預(yù)應(yīng)力筋作為一種主要加固方法[3]，在提高構(gòu)件的承載力方面成效顯著。該方法不需要大型的技術(shù)設(shè)備；對施工的周圍環(huán)境要求不高；加固工程耗費的人力資源少；工期短。在整個加固過程中[4]，只需要對原有交通進(jìn)行短期限制甚至是不需要限制，施工過程對原結(jié)構(gòu)影響小，不影響橋下凈空，這點對城市橋梁進(jìn)行加固非常有益。
3.3體外預(yù)應(yīng)力筋加固工序
（1）確定鋼筋增設(shè)位置[6]：要依據(jù)原結(jié)構(gòu)的圖形，確定需要增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力筋位置，定位放樣位置，避免和原有鋼筋碰撞，
?。?）施工前材料準(zhǔn)備充分：施工前對將要使用的材料進(jìn)行驗收，確保材料符合設(shè)計要求。準(zhǔn)備好錨具、張拉設(shè)備，并在錨固點進(jìn)行打釘標(biāo)記。
（3）滑塊及墊板要求：作為施工時的重要輔助措施，水平滑塊要明確轉(zhuǎn)向位置，使用鋼板焊接，涂抹環(huán)氧液之后利用環(huán)氧砂漿找平，黏貼墊塊。
?。?）鋼筋張拉與安裝：準(zhǔn)備工作就緒后，將待拉鋼筋放置在指定位置，進(jìn)行張拉。張拉步驟為：1）10%初始張拉。2）外力逐步增大到105%的超張拉。3）持續(xù)穩(wěn)拉3min后，降低到預(yù)定拉力。4）錨固及卸頂。
?。?）鋼筋防腐：由于是后期增設(shè)的加固鋼筋，需要特別注意鋼筋的防腐處理。通過在鋼筋外部加套管來防止腐蝕。
4 橋梁的加固施工監(jiān)測
4.1監(jiān)測工作內(nèi)容
根據(jù)已有的檢測報告，建立與實際工程相符合的計算模型，分析通過增設(shè)預(yù)應(yīng)力束對已有結(jié)構(gòu)模型的影響，據(jù)此來探究加固措施的過程對以后結(jié)構(gòu)的影響，得到符合預(yù)期估計的加固效果。
