型鋼錨固技術在外包預應力混凝土加固工程中的應用

王勇飛

(湖南省交通規劃勘察設計院，湖南長沙 410008)

1 概述

某橋北岸引橋為13孔16 m跨徑先張法預應力混凝土簡支空心板梁橋，橋面寬度為16 m，橋面凈空布置:0.25 m 護欄 +0.75 m 人行道 +4×3.5 m車道+0.75 m人行道+0.25 m護欄。蓋梁上橫橋向布置16塊預制空心板，空心板頂面設置橋面連續構造，再鋪設8～18.5 cm厚防水混凝土橋面鋪裝(圖1)。

圖1 橋梁橫向總體布置圖(單位:cm)

該橋位于G325國道主干線上，于上世紀80年代竣工通車，設計荷載:汽車-20，掛車-100，人群350 kg/m2。進入新世紀以來，隨著經濟的高速發展，大橋交通流量大幅增長，而本橋按照原85規范進行設計，荷載標準偏低，結構尺寸偏小，鋼筋指標不高，承載能力不足，大橋已經不堪重負，出現了許多結構性病害，為此，橋梁養護管理部門委托相關檢測單位對該橋進行了全面檢測，并對橋梁運營現狀進行了系統的安全性評估。本文簡要介紹該橋引橋空心板蓋梁運用型鋼錨固技術采用外包預應力混凝土的加固設計情況。

2 檢測情況

該橋引橋空心板蓋梁為普通鋼筋混凝土構件，截面尺寸120 cm×120 cm(高×寬)，墩柱截面尺寸100 cm×80 cm(順橋向×橫橋向)，蓋梁凈懸臂長度360 cm，從墩柱中心起算蓋梁懸臂長度400 cm。蓋梁懸臂端頂面布置了4塊簡支空心板上部結構。檢測結論:全橋蓋梁均存在不同數量、不同程度的豎向裂縫和個別剝落露筋現象，共發現豎向裂縫211條，最大裂縫寬度為0.5 mm，長度共11 872延m。特別是空心板蓋梁側面出現的豎向裂縫系蓋梁的受力裂縫，部分位于立柱上方懸臂根部的豎向裂縫大多數比較寬，基本上在0.2 mm以上，說明蓋梁在上部結構各種荷載作用下出現了受拉裂縫。整體來看，該橋引橋空心板蓋梁結構尺寸比較經濟，蓋梁懸臂長度較長，配筋較少，普通鋼筋混凝土構件耐久性較差，由于大橋超載現象比較嚴重，蓋梁的承載能力存在不足，因此，對裂縫進行封閉后，必須對蓋梁進行加固補強。見圖2。

圖2 引橋空心板蓋梁結構尺寸圖(單位:cm)

3 結構受力分析

大橋原設計汽車—20、掛車—100荷載標準已遠遠不適應現今交通流量的要求，為此，本次加固工程按照公路I級荷載標準采用橋梁博士(3.1版本)建模進行驗算。計算結果:支點斷面截面抗力M=2 494.9 kN·m ＜3 803.8 kN·m，Q=747.4 kN+109.7 kN=857.1 kN ＜1 828.4 kN，彎距及剪力均不滿足規范要求。跨中斷面截面抗力M=1 603.9 kN·m＞269.8 kN·m，滿足規范要求。支點斷面裂縫寬度0.558 mm，不滿足規范要求，且負彎矩在3 021～1 350 kN·m的范圍內裂縫寬度均不滿足規范要求;跨中斷面裂縫寬度0.026 mm，滿足規范要求。因此，無論從實際的裂縫情況還是理論計算情況都說明蓋梁支點斷面裂縫為受力裂縫，由于大橋超載現象嚴重，蓋梁的承載能力確實存在不足，必須盡快進行加固處理。

4 蓋梁加固方案

針對空心板蓋梁懸臂根部截面抗彎及抗剪承載能力不足，裂縫寬度超限的情況，且該橋處于G325國道主干線上，加固施工無法封閉交通，在進行了粘貼鋼板(或粘貼碳纖維復合高強材料)加固方案、體外預應力加固方案等多方案的技術經濟比較的基礎上，最終確定運用型鋼錨固技術采用外包預應力混凝土的主動型加固處理措施，以全面提高空心板蓋梁抗彎及抗剪承載能力以及耐久性。見圖3～圖5。

外包混凝土加固方案即加大截面加固方案，是綜合加大斷面和加配鋼筋(包括預應力鋼筋)兩種方式達到加固目的的加固方法。具體做法:在蓋梁120 cm截面寬度兩側面鑿毛，與新增箍筋焊接處鑿出槽口外露箍筋，呈梅花狀植入φ20鋼筋，植入深度30 cm，再外包厚度35 cm的現澆混凝土，形成190 cm寬度蓋梁截面。35 cm厚的后澆混凝土截面內上緣布置兩排4列共8根φ22縱向鋼筋，下緣布置一排4列共4根φ22縱向鋼筋;上緣第二排縱向鋼筋分兩次下彎，末端焊接在下緣縱向鋼筋上，形成墩柱每側兩排抗剪鋼筋與受力主筋的鋼筋骨架。35 cm厚的后澆混凝土截面內還布置兩肢φ12箍筋，新增箍筋與原箍筋對焊，φ20植筋在外包混凝土內端頭與新增箍筋點焊焊接。35 cm厚的后澆混凝土支點截面上緣布置一根12φs15.2預應力束以滿足支點截面抗彎及增加剛度要求;預應力束錨固于蓋梁兩端型鋼上，在蓋梁跨中區域下彎至截面中性軸位置。

圖3 引橋空心板蓋梁外包預應力混凝土加固方案布置圖(單位:cm)

圖4 引橋空心板蓋梁外包預應力混凝土加固方案錨固大樣圖(單位:cm)

圖5 引橋空心板蓋梁外包預應力混凝土加固方案鋼筋大樣圖(單位:cm)

5 施工工藝

施工工藝要求:

1)蓋梁兩側35 cm厚外包混凝土采用C40混凝土現澆，預應力張拉時外包混凝土需要達到90%的強度，齡期為7 d;為減少外包混凝土的收縮、徐變，外包混凝土的水灰比為0.35。

2)為了加強新、舊混凝土的結合，應對空心板蓋梁混凝土表面存在的缺陷清理至密實部位，并將構件表面鑿毛，要求打成麻坑或溝槽，溝槽深度不宜小于6 mm，間距不宜大于箍筋的間距或20 cm。

3)空心板蓋梁混凝土表面應沖洗干凈，澆注混凝土前，蓋梁混凝土表面應以水泥漿等界面劑進行處理，以加強新、舊混凝土的結合。

4)對原有和新設受力鋼筋應進行除繡處理，并逐根分區分層進行焊接，以減少原受力鋼筋的熱變形，使原結構的承載力不致遭受較大影響。

5)外包混凝土加固法施工不如整澆混凝土構件方便，必須采取措施，保證模板搭設、鋼筋安置以及新混凝土的澆注和振搗的質量，以達到混凝土的密實要求。同時，應加強新澆混凝土的養護，養護期最好達14 d以上。

6 總體結論

橋梁帶載加固必須考慮結構分階段受力特點。在受拉區直接粘貼鋼板或其他高強復合纖維加固，后加補強材料被動受力，只是承擔活載和后加恒載引起的內力，與原梁內的受力鋼筋相比，其應變(應力)相對滯后，一般情況下，在極限狀態時其應力達不到抗拉強度設計值，高強材料抗拉性能很難充分發揮作用，造成很大浪費，在建設節約型和諧社會的大環境下，這種加固手段的加固效果從總體而言是得不償失的。

為提高空心板蓋梁的抗彎強度、抗剪強度、剛度及抗裂性，本加固設計運用型鋼錨固技術采用外包預應力混凝土的主動型加固處理方案，后加預應力束主動受力，依靠預加力產生的反向彎距，充分改善蓋梁的內力、應力狀態，達到加固補強的目的。該方案后加預應力束兩端錨固于蓋梁懸臂端部設置的槽型型鋼鋼梁上，后加預應力通過槽型型鋼鋼梁及后澆混凝土與蓋梁側面植入的剪力鋼筋均勻傳遞到蓋梁整體斷面上，避免了被動加固方法高強材料抗拉性能很難充分發揮作用，造成很大浪費的弊病，也徹底解決了體外預應力加固方案美觀性差，傳力不均勻，彎束需要轉向器，且錨頭及轉向器處局部應力過大，局部鋼筋加強構造復雜，錨固處混凝土容易開裂等難題。另外，外包混凝土加固方案僅在蓋梁兩側施工作業，可以不必掀掉空心板上部結構，從而滿足施工時開放交通的要求，避免中斷交通造成經濟損失。

［1］姚玲森.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1995.

［2］李國豪.橋梁與結構理論研究［M］.上海:上海科學技術文獻出版社，1983.