預應力混凝土空心板鋼束損傷加固方案研究

李 蓉，黃春亮

(1.湖南和天工程項目管理有限公司，湖南 長沙 410007；2.中交通力建設股份有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410009)

預應力混凝土空心板鋼束損傷加固方案研究

李 蓉1，黃春亮2

(1.湖南和天工程項目管理有限公司，湖南 長沙 410007；2.中交通力建設股份有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410009)

隨著交通量的發展，高速公路超載現象越來越嚴重，車輛撞擊跨線立交橋梁體的幾率也越來越大，撞擊受損的上部結構嚴重威脅到了橋梁本體的安全。以一座被貨車撞擊的高速公路跨線橋為例，介紹對空心板預應力鋼束受損后的幾種加固方案進行研究分析，為類似項目提供設計參考。

預應力空心板；鋼束損傷；加固方案

1 工程實例

某高速跨線立交橋被一輛途經高速的貨車撞擊，發生貨物刮擦立交橋空心板底板及腹板的交通事故，致使該橋第二孔左幅邊梁受損嚴重。

橋梁第二孔邊梁梁底板混凝土被刮落，出現大面積空洞且貫穿底板，底板空洞占梁體橫向寬度的70%以上(約1.2 m2)，可直接看到空心板內箱。外側預應力鋼絞線受損嚴重，外露彎曲變形，預應力鋼絞線損壞一束。受損的預應力鋼束中有2根彎曲變形，其余5根鋼絞線有不同程度的刮傷。梁底板普通鋼筋出現大面積破損斷裂，嚴重影響了整個梁體結構的容許承載能力。高速公路管理處為保障橋梁及過往車輛的安全，對該橋受損的邊梁所對應的車道進行了必要的交通管制。

被撞擊橋梁建于1994年，橋梁全長81 m，全寬36 m。由于建筑年代較早，設計荷載標準采用《公路橋涵設計通用規范》(JTJ 021-89)，即汽車-超20級，掛車-120。橋梁上部結構由1×16 m+2×22 m+1×16 m預應力混凝土空心板梁組成，下部結構為輕型橋臺、蓋梁柱式墩配樁基礎。

2 加固方案

2.1 鋼板加固

首先鑿除松散混凝土，修復斷裂鋼筋，噴灑混凝土界面處理劑。然后在底板支模，從空洞處(從上向下)注入自流免振混凝土，使混凝土將鋼絞線包裹住；或者直接澆筑環氧混凝土。待混凝土達到一定強度后，涂刷混凝土修補膠修復梁底的裂縫。修補工作完成后，在梁底板表面整體粘貼鋼板加固，貼6 mm厚、1.22 m寬、19.5 m長的整體鋼板，(考慮到實際施工，也可以降整體鋼板改為15 cm寬的條形鋼板條，以方便施工操作)。

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)第5.1.5條和5.2.9條進行抗彎、抗剪驗算。通過結構計算(詳見圖1、圖2)，正截面抗彎承載力組合設計最大值為2 578.8 kN·m，結構抗彎承載能力為2 607.2 kN·m，抗力與荷載效應的最小比值為1.01。正截面抗彎承載力和抗剪截面驗算均滿足規范要求。為滿足承載力的安全儲備，可將補強鋼板厚度提高到8 mm或10 mm。

圖1 正截面抗彎承載能力驗算結果圖

圖2 斜截面抗剪承載能力驗算結果圖

2.2 預應力加固

鑒于空心板架設體外預應力鋼束的缺點(空心板底板厚度較薄，體外預應力錨固端受力較大，錨固很困難)。因此，考慮在空心板內箱增加預應力的方案，具體步驟為：首先鑿除受損空心板上橋面混凝土，在空心板頂板鑿出過人洞，然后修補空心板破損部位混凝土與鋼筋，并于空心板受損一邊腹板內植筋，并新增5孔直徑為15.2 mm，抗拉強度標準值1 860 MPa的低松弛高強度鋼絞線。對加固部位安裝模板并澆筑混凝土，最后對鋼絞線施加預應力，待張拉完成后，恢復空心板頂板及橋面鋪裝層的鋼筋與混凝土。新增混凝土面積約為0.066 m2，重量約為3.26 t。

圖3 正截面抗彎承載能力驗算結果圖

通過結構計算(詳見圖3、圖4)，正截面抗彎承載力組合設計最大值為2 635.2 kN·m，結構抗彎承載能力為2 785.0 kN·m，抗力與荷載效應的最小比值為1.06。正截面抗彎承載力和抗剪截面驗算均滿足規范要求。

圖4 斜截面抗剪承載能力驗算結果圖

2.3 更換空心板

切開邊梁上部橋面鋪裝層和梁體鉸縫連接，讓受損梁體分離。使受損梁體不再承受橫向分布傳來的汽車荷載及橋面二期恒載，再鑿除受損梁體的橋面鋪裝；切斷受損梁體上的混凝土防撞護欄；重新澆筑邊梁替換原受損邊梁，為使上部結構整體配套，新澆筑邊梁以原設計為參考資料，并按現行的橋梁設計規范為依據重新設計，使梁體達到現行規范的要求。待替換新梁達到設計強度后，將其運至橋下。組織吊車將受損梁體拆除，并安裝新梁，再重新澆筑防撞護欄及橋面鋪裝。

3 方案研究分析

3.1 鋼板加固方案優缺點

方案優點：施工技術成熟，工藝簡單實用性較強且工程造價相對較低。通過對受損位置粘貼鋼板，補強了空心板的結構整體性和由預應力鋼束破壞而損失的抗力。

方案缺點：空心板內力不能恢復至初始狀態。滿貼鋼板重量增加1.12 t。粘貼鋼板后，縮減了梁底凈空。

3.2 預應力加固方案優缺點

方案優點：使梁體抗力滿足現行規范荷載標準要求的同時，還能將梁體內力盡可能的達到初始平衡狀態。

方案缺點：新增高標號(C50)混凝土與梁體混凝土靠植筋難以形成整體。原梁體澆筑至今已有18年，收縮徐變已經完成。而新增預應力鋼筋混凝土收縮徐變剛開始。由于空心板內箱不利于人員設備運轉，出現混凝土澆筑十分困難的弊端且難保證澆筑質量，并且在腹板植筋澆筑混凝土，對澆筑混凝土進行張拉，新增部位難以與原有空心板形成整體，但同一截面高度處新、舊混凝土及鋼筋的應力并不相同。新增混凝土集中于護欄一側，使空心板偏心受壓，不能達到理想的加固效果。

3.3 更換空心板方案優缺點

方案優點：本方案可以實施，將徹底解決了梁體潛在的所有問題。不需要長期在高速公路上施工作業，對高速公路交通影響較小。

方案缺點：工程造價相對較高，由于只有一片空心板進行預制施工，施工需要臨時占地，且工期較長，重新澆筑的空心板鉸縫，整體性和耐久性有待驗證。

3.4 方案比選總結

粘貼鋼板方案可以使梁體抗力滿足規范要求，而且不需要切割橋面鋪裝，對橋面系影響較小。預應力加固方案不僅可以滿足抗力設計要求，而且可以使加固后的梁體內力接近初始狀態。而采用更換空心板方案徹底解決梁體所有潛在問題。

4 結 語

預應力空心板鋼束受損后，可根據梁體實際病害情況采用不同的加固方案，進行比較的三個方案各有優缺點，但方案實施后，最終均能起到補強受損空心板梁體的作用。在實施加固方案的同時，必須嚴格加強橋面交通管制，防止車輛駛向受損梁體以造成梁體出現斷裂危險，發生不必要的交通事故。特別是針對上跨高速的橋梁，上下保通尤為重要，建議施工在車輛較少的時段進行，并切實做好交通安全管理工作。

[1] 李衛華．空心板預應力鋼束部分斷裂的加固方法[J]．公路交通科技(應用技術版)，2009，(5)：47-48．

[2] 公路橋涵設計通用規范(JTG D60-2004)[S].

[3] 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D60-2004)[S].

U445.7+2

A

1008-3383(2017)09-0101-02

2016-11-04

李蓉(1984-)，女，工程師，研究方向：公路橋梁設計咨詢。