某空心預(yù)制板橋梁病害原因及加固設(shè)計(jì)分析

汪進(jìn)玉

（中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司 無(wú)錫 214045）

近20年來(lái)，我國(guó)新建橋梁越來(lái)越多，橋梁基數(shù)越來(lái)越大，橋梁出現(xiàn)的問(wèn)題也隨之增加，橋梁加固的研究也越來(lái)越受重視。隨著橋梁加固技術(shù)不斷進(jìn)步，橋梁加固技術(shù)的種類不斷增加［1－3］。但是由于橋梁病害原因的多樣化，橋梁病害具有特定化、個(gè)性化等特點(diǎn)，現(xiàn)有的常用加固方法并不一定對(duì)所有的橋梁加固都是理想的加固方法，對(duì)于某些特定的橋梁不能起到很好的加固作用。因此，橋梁加固必須具體問(wèn)題具體分析，針對(duì)具體橋梁特點(diǎn)，提出具體的合適的加固方法［4－6］。本文針對(duì)某空心預(yù)制板橋梁病害特點(diǎn)，對(duì)其加固方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究。

1 橋梁病害原因分析

1.1 概況

某橋橋跨布置為3×20 m＋3×20 m＋3×40 m＋4×20 m共4聯(lián)的先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，橋長(zhǎng)325.6m，正交，下構(gòu)為雙柱式墩，肋板式臺(tái)，鉆孔樁基礎(chǔ)。其中3×40 m（第3聯(lián)）因跨鐵路由鐵道部門獨(dú)立設(shè)計(jì)和施工。橋梁結(jié)構(gòu)和橫幅示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)和橫幅示意圖（單位：cm）

1.2 橋梁病害原因

在預(yù)制過(guò)程中，由于施工單位所訂購(gòu)的錨墊板尺寸部分偏大（尺寸為17.5 cm×17.5 cm），加之施工單位施工作業(yè)隊(duì)鋼筋綁扎不規(guī)范，致使梁板連續(xù)端端頭負(fù)彎矩受力筋與錨墊板位置發(fā)生沖突，負(fù)彎矩受力筋擺放位置與圖紙不符，在施工過(guò)程中，有一半的負(fù)彎矩受力筋放在了箍筋外側(cè)，致使梁板連續(xù)端端頭負(fù)彎矩受力筋的握裹力受到損失較大。原設(shè)計(jì)為所有負(fù)彎矩受力筋均放在箍筋內(nèi)側(cè)。

在先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁中，墩頂現(xiàn)澆連續(xù)負(fù)彎矩段所承擔(dān)的負(fù)彎矩和剪力是最大的。為弄清現(xiàn)有預(yù)制空心板板端負(fù)彎矩受力筋的實(shí)際握裹力大小，隨機(jī)抽出6塊空心板分別進(jìn)行箍筋內(nèi)、外側(cè)負(fù)彎矩受力筋握裹力的抗拔試驗(yàn)。從最后的檢測(cè)報(bào)告可知，箍筋外側(cè)負(fù)彎矩受力筋在達(dá)到80 k N的設(shè)計(jì)抗拔力下，負(fù)彎矩鋼筋及混凝土結(jié)合處沒(méi)有任何變形和裂縫產(chǎn)生；箍筋內(nèi)側(cè)負(fù)彎矩受力筋在達(dá)到80 k N的設(shè)計(jì)抗拔力下，負(fù)彎矩鋼筋和混凝土結(jié)合處有新裂縫產(chǎn)生，原有裂縫縫寬有加大現(xiàn)象。這說(shuō)明箍筋外側(cè)的負(fù)彎矩受力筋的握裹力損失較大。

因施工原因，空心板板端負(fù)彎矩受力筋的握裹力受到一定程度的損失，使20 m空心板彎矩受力區(qū)強(qiáng)度和耐久性受到影響，為保證空心板的強(qiáng)度和耐久性不低于原有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)現(xiàn)有預(yù)制空心板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。

2 加固方法與設(shè)計(jì)

在掌握20 m空心板的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)算，本著安全可靠、方便施工、經(jīng)濟(jì)合理的原則，提出預(yù)應(yīng)力的套箍鑲嵌補(bǔ)強(qiáng)措施。

首先，為增強(qiáng)板端腹板的受彎能力，可將現(xiàn)澆段混凝土沿空心板空腔向內(nèi)延伸，穿過(guò)80 cm的平滑段，到內(nèi)腔膨大部分縱向30 cm，形成一個(gè)楔子一樣的套箍鑲嵌體。同時(shí)，當(dāng)楔形體混凝土自然干燥時(shí)還會(huì)產(chǎn)生收縮作用，楔形體的反八字墻會(huì)與其兩側(cè)腹板緊緊咬合，將現(xiàn)澆連續(xù)段與空心板板端緊緊扣在一起，起著類似螺母作用，形成板端和現(xiàn)澆連續(xù)段整體受力的良好局面，不僅抵抗很大部分剪力，還能產(chǎn)生很好的抗彎效果。這樣空心板板端不足的負(fù)彎矩由楔形體與兩側(cè)腹板緊緊咬合作用提供。由于套箍鑲嵌體的存在，增加了空心板空腔內(nèi)壁保護(hù)層的厚度及空心板腹板內(nèi)壁混凝土與鋼筋的握裹力，可防止內(nèi)側(cè)負(fù)彎鋼筋受力出現(xiàn)側(cè)崩現(xiàn)象，提高了負(fù)彎矩區(qū)強(qiáng)度的安全儲(chǔ)備。

為防止楔形體對(duì)空心板頂板的翹頂作用，可將空心板空腔頂貼一層1 cm厚塑料泡沫。空心板跨中允許正常撓度值1.5 cm，極限撓度值3.3 cm，按直線內(nèi)插，在極限撓度情況下，楔形體最外端與板頂距離1－3.3×（1.1＋0.3）／10≈0.5 cm；同時(shí)，考慮到楔形體混凝土收縮和重力作用，楔形體最外端與板頂間空隙會(huì)遠(yuǎn)大于0.5 cm，所以楔形體不會(huì)對(duì)空心板頂板形成翹頂作用。楔形體構(gòu)造見(jiàn)圖2。

圖2 楔形體構(gòu)造圖（單位：cm）

考慮到空腔頂貼膜和混凝土收縮，豎向僅考慮65 cm受壓高度（實(shí)際空腔高70 cm）；查設(shè)計(jì)文件，C50混凝土受壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度22.4 MPa，可得出，楔形體提供最大彎矩為（22.4＋0）×106／2×0.3×0.65×（0.65×2／3）×2×0.85＝1 608 k N·m。經(jīng)過(guò)橋梁博士軟件試算，在達(dá)到公路I級(jí)設(shè)計(jì)荷載情況下，橋梁僅需230 k N·m負(fù)彎矩即可滿足設(shè)計(jì)條件，而補(bǔ)強(qiáng)措施提供的1 608 k N·m的彎矩能極大地滿足設(shè)計(jì)要求，并且具備較多的安全儲(chǔ)備。

空心板板端經(jīng)上述補(bǔ)強(qiáng)后，經(jīng)計(jì)算，其結(jié)構(gòu)抗剪力滿足設(shè)計(jì)要求，但現(xiàn)澆連續(xù)段墩頂?shù)牧芽p還是有些超標(biāo)，說(shuō)明墩頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)還不能滿足抵抗負(fù)彎矩要求。

在墩頂縱向2.8 m范圍內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力直徑32 mm的冷拉IV級(jí)精軋螺紋鋼筋（中板2排，邊板3排，每個(gè)錨固端控制張拉力150 k N左右），以抵抗橋梁施工、運(yùn)營(yíng)階段所產(chǎn)生的裂縫。

墩頂施加預(yù)應(yīng)力后，經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)澆連續(xù)段墩頂?shù)牧芽p滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)為增強(qiáng)預(yù)制空心板板端與現(xiàn)澆連續(xù)段的整體受力性能，建議在第3排和第4排（其他位置受錨具干擾）負(fù)彎矩受力鋼筋下增加2排橫向直徑32 mm精軋螺紋粗鋼筋，這樣不僅增強(qiáng)預(yù)制空心板板端與現(xiàn)澆連續(xù)段的整體受力性能，也增強(qiáng)現(xiàn)澆連續(xù)段的橫向剛度，對(duì)提供預(yù)制空心板板端抗剪能力也起一個(gè)有利的“扁擔(dān)”作用。

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析表明：①對(duì)于承載能力極限狀態(tài)下，加固后的負(fù)彎矩值為1 120 k N·m，大于設(shè)計(jì)要求的970 k N·m，因此使用套箍鑲嵌加固的彎矩滿足設(shè)計(jì)的要求；②對(duì)于正常使用極限狀態(tài)下，使用套箍鑲嵌加固后的空心板現(xiàn)澆段上緣裂縫寬度為0.02 mm，滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）要求的0.2 mm。

上述結(jié)果表明，通過(guò)預(yù)應(yīng)力的套箍鑲嵌加固后，在承載能力極限狀態(tài)下，加固后的彎矩得到了很大程度的提高，滿足了設(shè)計(jì)要求。在正常使用極限狀態(tài)下，現(xiàn)澆連續(xù)段的裂縫得到了很好的控制，滿足原設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)補(bǔ)強(qiáng)后，空心板現(xiàn)澆段抗彎、抗剪能力得到了很大的改善，且具有較好的安全儲(chǔ)備，使得橋梁能夠滿足以后的行車需要。

3 結(jié)語(yǔ)

橋梁病害產(chǎn)生的原因多種多樣，每一種橋梁病害都有其特殊性，需要根據(jù)具體橋梁病害的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的橋梁加固方法，提出適合具體橋梁的加固方法。本文針對(duì)某空心預(yù)制板橋梁病害特征，提出了一種橋梁加固的套箍鑲嵌法，結(jié)果表明，該加固方法的加固效果理想，對(duì)今后類似橋梁的加固有一定的借鑒意義。

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