大跨度橋梁普通預應力體外索更換加固設計研究

胡宏斌

（廣州華南路橋實業有限公司，廣東廣州 510640）

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大跨度橋梁普通預應力體外索更換加固設計研究

胡宏斌

（廣州華南路橋實業有限公司，廣東廣州 510640）

摘要：結合廣州華南大橋普通預應力體外索的更換加固工程，根據其病害情況及產生原因，提出了體外索更換原則；根據該原則進行普通預應力體外索更換設計，介紹了更換設計要點及施工要點；根據梁體主控截面的應變和橋面線形監測結果，對加固效果進行了評價。

關鍵詞：橋梁；普通預應力鋼索；體外索更換；加固設計

1　工程概況

廣州華南大橋主橋上部結構為（110+190+ 110）m三跨預應力砼連續剛構，全長410 m，橋寬36 m，分左、右兩幅橋修建。上部結構主梁采用三向預應力砼結構，單幅橋采用單箱單室斷面，每幅橋箱梁頂面寬度為17.75 m，底面寬度為9.5 m，箱梁頂板設置1.5%單向橫坡。原設計采用體外普通預應力鋼索，每幅橋中跨底板設置8束27?j15.24 mm 及4束22?j15.24 mm體外普通預應力鋼索，每幅橋邊跨底板設置6束19?j15.24 mm體外普通預應力鋼索。每跨體外預應力鋼索均錨固于砼斜錨齒板上。原設計體外預應力鋼索張拉力為鋼絞線破斷強度的65%，即單根鋼索張拉力為169.3 k N。

該橋在營運期發生普通預應力體外索銹蝕病害，導致體外索發生斷裂，斷裂位置為錨具喇叭口尾端（見圖1）。

圖1　固定端錨頭銹蝕情況

該橋北側邊跨靠近中央分隔帶位置的左北2-N體外索發生整束銹蝕斷裂病害，從現場斷裂的索體情況分析體外索斷裂原因如下：9～10根鋼索銹蝕嚴重，余下鋼索為齊口拉裂脆斷，蓋帽內沒有水泥漿，索內也未注滿水泥砂漿。因此，普通預應力鋼索壓漿不飽滿導致鋼索處于水氣中得不到保護，鋼索長期受空氣中的氧和水的侵蝕而發生銹蝕；銹蝕后的鋼絞線受力截面減小，使鋼絞線承擔的實際應力大于設計應力，隨著銹蝕程度的加深，鋼絞線的抗拉強度滿足不了既有拉力時即發生斷裂。

2　體外索更換原則

（1）從該橋各年定期檢測報告來看，箱梁基本未出現大的受力裂縫，主梁撓度也趨于穩定，說明原設計預應力布置及預應力度能滿足大橋正常運營的要求。因此，待更換的體外索仍維持原設計張拉力，預應力布置方案基本維持不變。

（2）該橋體外索斷裂原因主要為水泥漿不飽滿，加固設計主要解決體外索的防銹防腐問題。為提高體外索的防腐性能，體外索采用外包熱擠壓HDPE護套的填充型環氧涂層無粘結預應力鋼索，錨具及預埋管內灌注防腐蠟油。

（3）更換后的體外預應力體系及材料應具有錨固性能可靠、防腐性能優良、便于檢測和換索等技術性能，滿足“易安裝、可檢查、可維修、可更換”的設計要求。

3　體外索更換設計與施工

3.1設計要點

（1）體外索及錨具。體外索采用外包熱擠壓HDPE護套的高強度低松弛填充型環氧涂層無粘結預應力鋼絞線成品索。體外預應力鋼束張拉力取鋼絞線破斷強度的65%，即單根鋼絞線張拉力為169.3 k N，體外索位置及線形保持原設計不變。錨固設計見圖2、圖3。

圖2　TWD15-19體外預應力張拉錨固構造圖（單位：mm）

圖3　索體表面示意圖

（2）體外索防腐。錨墊板及預埋鋼管內灌注防腐蠟油，蓋帽內灌注防腐蠟油并設置防護布罩。

3.2施工要點

（1）在澆筑齒板砼時，盡量選擇夜間車流量小的時段。體外索更換時應封閉2條車道并限制汽車荷載不超過15 t，限速（40 km/h）慢行，保持不少于20 m的車距。

（2）在體外索安裝過程中注意外套管的保護，不允許直接在底板上拖動，下面最好有拖輪支撐。體外索運輸及施工過程中做好剝掉PE部分體外索鋼絞線的防護，避免劃傷環氧涂層。

（3）錨具安裝時，將錨具準確安裝到齒板上，并與預埋鋼管緊密連接起來，錨墊板及預埋鋼管連接處用膠帶緊密纏包，避免漏漿；務必將錨板各錐孔內的油脂、雜物等清理干凈；錨板應嵌入錨墊板上的預留槽口內，并與索體軸線垂直，錨板緊貼錨墊板，注意保護各組裝件不受污漬污染；安裝夾片前，將錨固處的每股鋼絞線清洗干凈；3片夾片應均勻分布，并臨時打緊。

（4）體外預應力鋼束在錨具喇叭口內，最外層鋼絞線的發散角度不應大于2.5°，并嚴格保證最外層鋼絞線與喇叭管內壁不接觸，避免劃傷鋼絞線。張拉時，千斤頂應勻速加載一個或多個行程，直至達到設計索力，然后頂壓夾片進行錨固。

（5）體外索張拉完后，熱擠HDPE護套端部距錨墊板尾端距離不得大于20 cm。

（6）張拉結束后，安裝密封膠圈并在密封膠圈四周外露部分涂抹聚氨酯密封蠟油，保證該位置的密閉性；然后在密封膠圈附近1 m位置填充聚氨酯發泡劑（應保證填充密實），在錨墊板內及預埋鋼管內未填充聚氨酯發泡劑的區域灌注防腐蠟油，防腐蠟油必須灌滿。

4　施工過程監測

為確保施工過程中橋梁的安全，對橋梁梁體主控截面的應變和橋面線形進行監測。

（1）應變監測。單幅橋共設7個測試截面、30個應變測點，全橋兩幅橋共布置60個外貼應變測點進行應變監測（見圖4）。

圖4　應變監測點布置

（2）橋面線形測量。每幅橋橫向各布設2條永久線形測點，分別為內側防撞墻和外側腹板頂部橋面人行道路緣石位置，同時分別在兩幅橋行車道中間加設臨時線形測點，全橋共布置116個線形測點。

5　加固效果評價

為獲得體外預應力束張拉后產生的有效預應力值（錨固力值），預測后期運營階段預應力的變化情況，在部分預應力筋張拉端安裝壓力傳感器測試預應力筋的實際預應力值。全橋選取部分鋼索共安裝5個壓力傳感器。預應力張拉力及錨固力監測結果表明，鋼索錨固力能達到設計張拉力的98%以上，基本滿足設計張拉力的要求。

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中圖分類號：U445.7

文獻標志碼：B

文章編號：1671-2668（2016）03-0236-03

收稿日期：2016-01-15