體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在砼連續(xù)箱梁加固中的應(yīng)用

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在砼連續(xù)箱梁加固中的應(yīng)用

由于橋梁設(shè)計(jì)負(fù)荷低、功能檢修、車輛嚴(yán)重超載、混凝土襯底差和局部應(yīng)力，橋梁出現(xiàn)各種疾病，并成為交通發(fā)展的潛在威脅。為保證道路的安全運(yùn)輸,必須高度重視橋梁病害的發(fā)展,必要時(shí)進(jìn)行維修加固。體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)具有施工靈活、截面尺寸小、結(jié)構(gòu)自重輕、預(yù)應(yīng)力鋼束維護(hù)和替換方便等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于砼橋梁結(jié)構(gòu)的維修加固。該文結(jié)合橋梁加固實(shí)例,對(duì)該技術(shù)進(jìn)行探討。1底板鋼束錨固廣州市北二環(huán)高速公路聚龍?zhí)卮髽蛑行臉短?hào)為K2+848,為整體式路基雙幅橋,跨徑組合為11×30m(西引橋)+(65+3×100+65)m(主橋)+12×30m(東引橋),與路線正交。主橋單幅橋?qū)?3.25m。主橋上部結(jié)構(gòu)為變截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁,箱梁為三向預(yù)應(yīng)力體系單箱單室結(jié)構(gòu)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,其主橋在左、右幅第12孔距11經(jīng)觀察,11#、16#橋墩附近的箱梁底板裂縫主要分布于底板齒板前緣區(qū)域,此處有大量底板鋼束錨固。據(jù)了解,該橋施工合龍完成后,該區(qū)域出現(xiàn)少量橫向裂縫,施工單位對(duì)裂縫稍密集的右幅12孔底板采用粘貼碳纖維布進(jìn)行了加固處理,由于車輛的反復(fù)沖擊作用,加之超載車的重載作用,裂縫逐漸擴(kuò)展、延伸,部分裂縫與腹板斜向裂縫貫通。該區(qū)域的局部計(jì)算結(jié)果顯示,由于有大量底板鋼束在此處錨固,局部拉應(yīng)力為2~5MPa,超過(guò)砼的抗拉強(qiáng)度,局部應(yīng)力超限是導(dǎo)致底板開(kāi)裂的主要原因。加固中,對(duì)于主橋左、右幅第12、16孔預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆連續(xù)箱梁邊跨腹板斜向裂縫和底板橫向裂縫,除粘貼鋼板和裂縫修補(bǔ)外,還在邊跨箱內(nèi)靠近底板處張拉4根OVM15-12體外預(yù)應(yīng)力鋼束(見(jiàn)圖1,T1、T2是加固張拉鋼束,Ty是預(yù)留備用張拉鋼束)增加底板壓應(yīng)力儲(chǔ)備。為減少應(yīng)力集中和減少錨固塊因過(guò)大拉力而導(dǎo)致開(kāi)裂,采用小束小噸位多索的形式張拉(見(jiàn)圖1,新增張拉端錨固塊B1、B2、C1、C2)。受施工空間的影響,新增A1、A2錨固塊設(shè)置為固定端錨固塊。2外部預(yù)制加固施工技術(shù)2.1確定箱梁原板和箱尾板的鋼絞線位置根據(jù)加固施工設(shè)計(jì)所標(biāo)明的錨固塊在箱梁中的位置,先用鋼筋探測(cè)儀探測(cè)原預(yù)應(yīng)力束在底板、腹板處的位置,再對(duì)照原設(shè)計(jì)竣工圖進(jìn)行標(biāo)注。2.2錨定塊配置根據(jù)實(shí)際檢測(cè)箱梁原預(yù)應(yīng)力束所在錨固塊的位置,按加固施工圖設(shè)計(jì)所給出的錨固塊位置及尺寸進(jìn)行平面放樣,如有沖突,可適當(dāng)調(diào)整。2.3清洗、吹除表面粉碎首先鑿除錨固塊范圍內(nèi)底板及腹板砼保護(hù)層,將鑿除的砼碎塊清理干凈,再用鋼絲刷刷毛,清除表面疏松石屑,最后用壓縮空氣吹除表面粉塵或用高壓水沖洗干凈。2.4加固施工技術(shù)要點(diǎn)(1)劃線定位。按施工圖設(shè)計(jì)要求進(jìn)行孔位放樣,并標(biāo)注鉆孔位置、型號(hào);在了解原設(shè)計(jì)圖紙鋼筋布置的基礎(chǔ)上,采用鋼筋探測(cè)儀探測(cè)植筋部位鋼筋位置。如果植筋處存在受力鋼筋,可適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置,或按原橋竣工圖紙推算鋼束保護(hù)層厚度,適當(dāng)縮短鉆孔深度,確保鉆孔時(shí)不損傷原預(yù)應(yīng)力管道。(2)鉆孔。在放樣好的孔位處用電錘鉆孔,鉆孔深度應(yīng)與植入鋼筋埋設(shè)深度一致,鉆孔應(yīng)滿足JTG/TJ23-2008《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》表A.2.1-1、表A.2.1-2的要求。(3)清孔。先用毛刷往返旋轉(zhuǎn)清刷孔道,再用空壓機(jī)、打氣筒等設(shè)備吹去孔底雜物、積塵及水分,反復(fù)操作,直至孔底干凈、干燥;若采用高壓水沖洗,則必須保證在植筋前孔內(nèi)達(dá)到干燥。(4)灌膠。膠粘劑一般由A、B雙組分改性環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠配置而成,配置應(yīng)嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)膠說(shuō)明比例進(jìn)行,并采用專用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌均勻。在灌膠前,用丙酮或酒精清洗一遍,達(dá)到孔壁無(wú)灰塵、無(wú)油污,再采用專用工具(如灌注器、注射器等)從孔底進(jìn)行灌注,灌膠至孔深的2/3處。(5)植筋。植筋前,先用電動(dòng)鋼絲刷或人工鋼絲刷清除鋼筋表面的銹蝕,用丙酮或酒精清除鋼筋表面的油污及灰塵。在注入膠粘劑后,立即將鋼筋單向緩慢旋轉(zhuǎn)插至設(shè)計(jì)深度,使膠粘劑從空口溢出,排除孔內(nèi)空氣,最后清除孔口多余膠粘劑。植筋后,應(yīng)保證外露鋼筋長(zhǎng)度滿足工程需要。配膠、灌膠、植筋必須流水作業(yè),連續(xù)進(jìn)行,全部過(guò)程所耗時(shí)間應(yīng)小于膠粘劑初凝時(shí)間,否則應(yīng)清除膠粘劑,重新進(jìn)行清孔、植筋等工序。(6)靜置固化。膠粘劑完全固化前,不得觸動(dòng)或振動(dòng)已植鋼筋,以保證膠粘劑正常固化。(7)施工注意事項(xiàng)。在高空作業(yè)且所鉆孔徑不小于18mm時(shí),必須由2人同時(shí)操作電錘,并系好安全帶。在箱梁內(nèi)施工時(shí),施工場(chǎng)所應(yīng)配備通風(fēng)及照明設(shè)備,保持良好的通風(fēng)及充足的光線,施工人員宜戴上防護(hù)面罩及防護(hù)手套。2.5安裝結(jié)構(gòu)鋼筋膠粘劑固化后,按施工圖設(shè)計(jì)要求安裝錨固塊構(gòu)造鋼筋,形成鋼筋骨架。2.6錨固塊清洗澆筑錨固塊清洗時(shí)自流平清洗鋼筋骨架成型后,按錨固塊的形狀安裝模板,安裝時(shí)應(yīng)保證錨具、預(yù)埋鋼管的位置正確。錨固塊屬于小體積構(gòu)件,且因施工作業(yè)空間狹窄、鋼筋密集等導(dǎo)致不易澆筑,為保證錨固塊砼澆筑質(zhì)量,一般采用自流平砼。澆筑砼時(shí)要保證砼性能符合設(shè)計(jì)要求,并加強(qiáng)振搗使砼密實(shí),避免孔洞及蜂窩麻面的產(chǎn)生。因箱梁內(nèi)施工作業(yè)空間狹窄,可適當(dāng)增加喇叭形進(jìn)料口,同時(shí)用地泵泵送砼,并分層進(jìn)行澆筑成型。2.7健康砼澆筑完成后,及時(shí)采用覆蓋、蓄水、薄膜保濕等方式進(jìn)行養(yǎng)生。2.8鋼絞線下料長(zhǎng)度該工程采用外包PE護(hù)套的環(huán)氧噴涂型鋼絞線,該鋼絞線具有良好的耐腐蝕性能。穿束前需仔細(xì)檢查鋼束的預(yù)留孔洞,保證孔道清潔、順滑,以利于順利穿束。穿束時(shí)注意不要損壞鋼絞線外的PE護(hù)套。安裝鋼絞線前,需將鋼絞線兩端的PE護(hù)套按一定長(zhǎng)度剝除,保證剝除長(zhǎng)度滿足張拉后外露夾片長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼絞線下料長(zhǎng)度應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定,除設(shè)計(jì)長(zhǎng)度外,還應(yīng)計(jì)算張拉設(shè)備所需的工作長(zhǎng)度、外露長(zhǎng)度及張拉伸長(zhǎng)值等。鋼絞線下料完成后,對(duì)每根鋼絞線進(jìn)行編號(hào),以方便區(qū)分,并采用人工逐根穿束。2.9鋼絞線張拉控制(1)張拉方法。對(duì)于同一錨固塊,為了減少因張拉次序不同導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力束彈性壓縮損失,一般采用超張拉式重復(fù)張拉的方法,且對(duì)各束的預(yù)加力進(jìn)行調(diào)整,保證各鋼絞線的有效應(yīng)力基本相等,并通過(guò)安裝在鋼絞線上的磁通量傳感器測(cè)定鋼絞線的有效應(yīng)力。(2)張拉設(shè)備。根據(jù)體外鋼絞線的類型及張拉力的大小選用合適的張拉設(shè)備。該工程施工空間狹小,采用單孔千斤頂作為張拉設(shè)備,并采用單孔分絲張拉。張拉前,先對(duì)千斤頂進(jìn)行標(biāo)定,并根據(jù)設(shè)計(jì)張拉力及千斤頂?shù)臉?biāo)定方程計(jì)算出各級(jí)張拉階段的油壓值,以便張拉時(shí)核對(duì)。(3)張拉條件。錨固塊養(yǎng)生7d,砼強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求,且彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%時(shí),才能進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)。(4)張拉控制。主要采用控制張拉力,并以實(shí)際伸長(zhǎng)量進(jìn)行核對(duì)的辦法進(jìn)行張拉控制。各分級(jí)張力應(yīng)準(zhǔn)確控制,并記錄相應(yīng)的伸長(zhǎng)量,應(yīng)將實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論值的差值控制在6%以內(nèi),否則暫停張拉,待查明原因并調(diào)整后方可重新張拉。體外鋼絞線張拉時(shí),伸長(zhǎng)值從初應(yīng)力時(shí)開(kāi)始量測(cè),初應(yīng)力按規(guī)范要求定為張拉控制應(yīng)力的15%。(5)張拉力大小及次序。該工程張拉控制應(yīng)力為1209MPa,即201.66t。施加張拉力次序?yàn)?→15%→0→50%→80%→100%→103%,持荷2min錨固?？紤]到預(yù)應(yīng)力的各種損失(如摩擦損失、砼和預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性壓縮損失、錨具變形損失等),采用超張拉3%控制力。張拉錨固后,伸長(zhǎng)值在合理范圍內(nèi)方能進(jìn)行下一束張拉。(6)張拉監(jiān)控。對(duì)張拉過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控,在錨固塊及箱梁裂縫處均設(shè)置觀測(cè)點(diǎn),若張拉施工過(guò)程中錨固塊或箱梁出現(xiàn)開(kāi)裂或原有裂縫開(kāi)展、延伸等情況,要立即停止施工,分析原因,采取有效措施后方可復(fù)工。2.10嚴(yán)格切割,防污體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉完成后,多余部分的鋼絞線用氧炔切割,嚴(yán)禁用電弧切割,外露鋼絞線部分采用涂抹黃油進(jìn)行防腐處理。對(duì)體外錨具灌注環(huán)氧砂漿形成錨杯,在錨具外安裝保護(hù)罩,以利于二次張拉及更換鋼絞線和錨具。3施工總結(jié)3.1預(yù)應(yīng)力工具給力體外預(yù)應(yīng)力加固一般采用鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲等材料作為施力工具,在體外對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力,以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布,提高結(jié)構(gòu)的剛度及抗裂性能,從而起到加固的作用。3.2腹板體外索布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)原橋的結(jié)構(gòu)形式、橋梁病害情況、施工空間及采取的加固措施,合理選用體外預(yù)應(yīng)力布置形式。對(duì)于該工程,體外預(yù)應(yīng)力主要針對(duì)梁端8m范圍內(nèi)的底板及腹板裂縫,故采用腹板體外索;布置錨固塊時(shí),應(yīng)盡可能粘結(jié)到腹板上,這樣可以減少預(yù)應(yīng)力的傳遞損失;因病害較集