淺析梁板體外預應力研究

宋宇辰 沈彩琴

（浙江華匯加固技術有限公司，浙江 上虞 312300）

一、研究背景、目的。上三高速公路（上虞-三門）在杭甬高速公路（K60+600）沽渚樞紐與杭甬高速公路相連，全長142km，其中紹興段（K0+000-K65+054）設計標準為平原微丘，雙向四車道，橋梁寬度24.5m。路線穿越平原軟土地帶，地質情況復雜，沿線地段土壤含水層主要為潛水層和承壓水層兩種。潛水層表部為亞砂土、粉細砂為主，水位埋深1.5～2.5m，主要受大氣降水補給，枯水位受季節性變化控制，年變化幅度0.6～1.0m。承壓水層埋藏于地層深部，主要為砂礫石，頂板埋深50m左右，水位埋深一般為1.5～4.5m。

（一）簡介。東關公鐵立交分兩期建設，右半幅為一期工程，左半幅為二期工程，但跨越鐵路的一孔橋在一期全幅實施，1998年3月開始施工，到2001年1月通車，橋梁全長854.74m。

橋梁分上下行兩幅橋，橋面橫向布置為0.50m（防撞護欄）+10.75m（車行道）+2.0m（中央分隔帶）+10.75m（車行道）+0.50（防撞護欄）。該橋為簡支多跨斜支撐橋梁，單幅橫向由11塊板組成，主梁為50號混凝土，空心板與路線成45°角布置，上跨蕭甬鐵路，橋面連續結構，上部按2×13+29×25+4×12.75+2×24.5布置。橋梁下部結構為雙柱式墩臺、單排鉆孔灌注樁基礎，為摩擦樁，樁柱一體，樁直徑為1.5m，立柱直徑為1.3m。橋面設2.0%的橫坡，通過蓋梁頂面斜坡和支座上鋼板高差來形成。

（二）病害現狀

1該橋每跨橋面均出現通長縱向裂縫。開裂位置位于距外側防撞墻下緣5m位置附近，對應橫向第5、6＃板的接縫位置，也對應于重車外側輪載作用的位置，見下圖。2、橋面鋪裝破損嚴重，橋面鋪裝經過了多次修補，破損位置的橋面鋪裝厚度僅有2、3cm。3、檢測發現，該橋的橋面連續段都做過改造，但部分橋面連續段在墩頂中心線處出現橫向貫通裂縫。

4、各梁板底面錯臺嚴重，個別梁間錯臺達7、8公分；下鉸縫間距較大，最大可達4cm左右，5、支座偏壓、脫空現象較普遍，蓋梁與梁板間雜物多，個別位置蓋梁與空心板間無空隙，未見支座。

（三）病害原因分析

1、橋面鋪裝布置鋼筋偏弱，板梁間用小鉸縫聯結，再加上鉸縫施工質量欠缺，導致空心板橫向荷載分配作用差，這與橋面鋪裝層在鉸縫位置出現縱向裂縫，板跨中下撓過大等單板受力現象是對應的。

2、橋面鋪裝由于調坡變更設計，部分橋面鋪裝達不到設計厚度，加上施工時空心板頂板最小厚度控制不好，頂板厚度不夠，容易出現穿孔。

3、斜交板的最大縱向彎矩一般比斜板相同跨徑的正交板要小，而橫向彎矩則要大得多，并隨斜交角的增大而增大。

4、施工中蓋梁頂面支座墊石高差不均，再加上板梁落梁后跨中撓度不一，進一步削弱了梁板的橫向聯系。

5、支座頂面傾斜、脫空不利于板梁的整體受力，加速了橋面系破壞。

綜合上三高速公路的車流和公路的養護狀況，我們希望探索和發展一種先進的、高效、適合實際狀況的加固方案以解決橋面維修問題，它能夠安全高效，經濟合理地解決問題，并且施工簡單快捷、對交通影響小，從而較徹底的解決這類橋面系維修問題，為以后的處理積累經驗。

二、研究內容

（一）以往鉸縫維修經驗

1、重做鉸縫。鑿除破損混凝土，重新鋪設鋼筋骨架，澆注混凝土的方案。采用該方案即使翻修的鉸縫質量較好能維持幾年，但一處補強造成別處應力集中，鉸縫處于動態破損當中。

2、板梁頂部和底部粘貼鋼板條法。先重做鉸縫，然后在板梁頂部和底部間粘貼橫向鋼板條，以加強板梁整體受力。但該方案對現場條件要求較高，施工質量較難保證。

（二）新的維修方案-板梁體外預應力張拉方案：

1、在板頂板下緣和底板上緣附近穿孔布置橫向預應力，在設有橫向預應力位置附近的鉸縫用環氧膠壓實充填，使梁底板部分連接形成整體，然后進行預應力張拉、錨固施工。

2、在清潔后的板梁頂面沿縱向按60cm間距橫橋向粘貼寬8cm、厚6mm的Q235鋼板條，并用M16膨脹螺栓加壓固定。

3、用C40小石混凝土重新澆注鉸縫。

（三）方案比選

方案比選

方案一：(施加橫向預應力和粘貼鋼板條)

方案二：(粘貼碳纖維板)

設計特點分析

加固效果：

屬主動加固，有效的增加了板梁橫向剛度，加強了結構整體性，效果較好。 屬被動加固，在活載作用下能夠發揮其增強橫向剛度的作用。

施工難易程度：

復雜、含多種加固工藝

相對簡單、但需要專業加固單位完成對原結構影響：

在板梁頂、底面鉆孔（粘貼鋼板）

對原結構有一定破壞 對原構破壞小對交通影響程度：

要中斷交通，封閉半幅交通時間長，約6個月

要中斷交通，半幅封閉交通的時間長，約4個月

工程概算 273.76萬元312.14萬元

進行施工難易及經濟技術比較可以看出，加固方案一更合理，作為第一推薦方案。

三、主要施工技術

（一）板梁底面張拉橫向預應力施工工藝

1、施工前詳細檢查所有支座的變形和支撐情況。根據檢查結果對破損支座進行更換，對偏壓、脫空的支座重新安裝，保證支座受力均勻。

2、封閉半幅橋梁交通，拆除橋面鋪裝層混凝土。將不密實、松散、有孔洞等問題的鉸縫混凝土清除掉，然后植鉸縫連接錨固鋼筋，重新澆筑鉸縫混凝土；拆除橋面鋪裝層后，對發現的空心板梁頂面穿孔必須進行修補處理。

3、在清潔后的板梁頂面沿縱向按40cm間距橫橋向粘貼寬8cm、厚6mm的Q235C鋼板條，并用M12植埋螺桿加壓固定。

4、在板頂板下緣和底板上緣附近穿孔布置橫向預應力，在設有橫向預應力位置附近的鉸縫用環氧膠壓實充填，使梁底板部分連接形成整體，然后進行預應力張拉、錨固施工。板梁底面體外預應力采用IV級Φ25粗鋼筋，冷拉力為750Mpa，抗拉強度標準值1040Mpa，張拉控制應力為184KN，兩端張拉，伸長量為23.3mm。2布設橫向預應力鋼筋，每跨共設置2道；

5、預應力定位后，在空心板梁底面設有橫向預應力鋼筋附近1m范圍內，沿梁板縱向將鉸縫用環氧膠壓實充填，使梁底板部分連接形成整體；

6、在重鋪橋面鋪裝施工前，完成下鉸縫灌漿和壓實工作，并張拉預應力筋至100%的控制張拉力，重鋪橋面鋪裝。

7、澆注40號聚丙稀纖維混凝土橋面鋪裝層。對外露鋼構件除銹后，做防腐防護處理。

（二）施工注意點

由于預應力存在松弛現象，為確保梁板橫向連接效果，因此每3-4年必須進行預應力檢測、校正。

四、維修加固效果。自2006年維修加固以來，對橋梁進行檢測和觀察，加固效果較好，基本消除了橋面鋪裝縱向裂縫與梁板單板受力等病害，特別是行車道重車外側輪載處自加固后沒有新裂縫出現、經受了上三高速公路超限超載車眾多的考驗，初步認定梁板底面施加橫向預應力張拉方案要優于在"板梁底面粘貼鋼板條"等其他方案。作為一項新技術，工藝簡單、加固壽命長、效果好，節省費用，能有效的解決舊橋梁板間高差大、鉸縫破損及單板受力等病害具有切實可靠的效果。

[1]張榮斌.淺談預應力工程質量控制[J].中國科技財富，2008(6).

[2]武隆.淺談路橋施工中的預應力技術的問題[J].中國新技術新產品，2009(11).

[3]曹睿.關于對板體外預應力的探討[J].價值工程，2009(3).