預應力混凝土簡支空心板橋加固技術

戚棟棟

(四川交投建設工程股份有限公司，四川成都 610041)

預應力混凝土簡支空心板橋結構具有施工工藝簡單，橋梁結構重量輕，節省施工材料，占用場地少等優點，被廣泛應用于中小跨橋梁中。然而，隨著社會的發展，公路、橋梁上的車流量日益加大，貨車超載的問題也日益突出，不少修建已久橋梁的負荷已經超出了其設計時的承載能力，一些新建橋梁也不能再按照原先的標準進行設計。基于這種現狀，亟需展開橋梁加固治理研究。

針對我國橋梁的現狀，己有大量學者和科研機構對橋梁加固技術展開深入研究，并取得了豐富的研究成果。目前，對橋梁進行加固改造的技術途徑主要有:增加配筋法、截面增大法、粘貼碳纖維或鋼板法、體外預應力法、基礎擴大法、樁基增補法、鋼筋混凝土套箍法等。

本文以達陜高速公路百里峽互通式立交建設工程為背景，介紹了百里峽快速通道現澆連續箱梁，對預應力混凝土簡支空心板橋加固技術。

1 工程概況

百里峽快速通道是達州市開發百里峽旅游資源、實現精準扶貧的一個重要項目。本項目全線長35.8km，起于宣漢縣新華鎮對面的安家河壩(泥溪溝)附近，沿中河向東北布線，經新華鎮、河壩鄉、設隧道繞過石鐵場鎮后，沿石樊路走廊布線至雙河口，終止于渡口鄉(百里峽景區入口)。

本文所涉及的新華互通式立交工程是連接達陜高速與百里峽快速通道的樞紐工程，是百里峽快速通道中的重中之重。該樞紐工程中的設計內容主要由A、B、E、U匝道及加寬段Z1、Y1、Z2、Y2組成。其中，A匝道是為了百里峽通往達州及萬源方向的交通轉換；B匝道是為了達州及萬源方向的車輛駛入百里峽的交通轉換；E匝道連接了A、B匝道及快速通道；U匝道為回頭匝道，完成百里峽至萬源方向的往返車輛的交通轉換。Z1、Y1、Z2、Y2是原達陜高速加寬拼接段。

新華立交匝道為高速公路，進出口位于新華鎮，匝道圓曲線最小半徑為30m，最小凹曲線半徑400m，匝道最大縱坡4 %。橋梁總長度2.14km。新華立交匝道平面布置見圖1。

圖1 新華立交匝道布置平面示意

2 工藝流程與操作要點

在新華立交的匝道設計中，E匝道為路基，A、B和U匝道采用現澆連續箱梁對本工程預應力混凝土簡支空心板橋進行加固。現澆連續梁施工采用支架法現澆，每聯按設計分段順序先后施工，每節施工段分二次澆筑，第一次澆筑底板及腹板，第二次澆筑頂板。預應力張拉采用400t液壓千斤頂對稱張拉，管道壓漿采用真空壓漿。外模板采用厚1.5cm竹膠板，內模采用多層板，肋板采用方木。材料上下運輸采用吊車及塔吊，人員上下搭設人行樓梯。支架材料采用租賃方式，現場驗收合格后方可使用。

根據設計圖紙要求和現場實際地形，本工程總體支架方案采用滿堂式碗扣支架和貝雷梁支架兩種方式進行施工，在橋梁高度超過15m或地形復雜，不適宜設滿堂支架的地方設置墩梁式貝雷梁支架，采用樁基(或擴大基礎)+鋼管立柱+貝雷梁+碗扣支架調平層；橋梁高度小于15m，場地良好時采用滿堂式碗扣支架。

2.1 滿堂式支架方案

滿堂支架采用碗扣式支架，設置高度在2.2～15m之間，腹板下碗扣支架間距采用30cm、60cm，剪刀撐3m。碗扣支架根據地形布置，有縱向坡度或橫向坡度時要做成臺階形狀，原地面應清除浮土和松散碎石，有巖石斜坡時要開挖成臺階，防止支架滑移，地面要采用混凝土硬化，兩側設截水溝或排水溝，防止雨水沖刷。布設支架時在現澆梁橫向兩側各加寬0.9m作為施工平臺。

支架采用φ48×3.5mm碗扣式腳手架搭設，根據上部荷載和地基情況，組合方式為：60cm×60cm×90cm的框架單元，中腹板和端梁實心處30cm×60cm×90cm框架。

支架搭設大樣如圖2所示。

圖2 滿堂支架斷面(單位：cm)

2.2 貝雷梁式支架方案

貝雷梁一般結構采用墩梁式結構，支架基礎采用樁基或擴大基礎，樁基直徑0.8m，特殊情況采用1.2m混凝土灌注樁，樁基長度根據現場地質條件具體設計，嵌入中風化0.5m。地質條件較好，場地平整時，可采用擴大基礎，樁頂設小承臺，尺寸為1.5m×1.5m，厚度100～150cm，鋼管采用Ф630mm鋼管單排3根，共分四排，鋼管頂設工字鋼蓋梁，采用2I56a工字鋼，每排鋼管用槽鋼連接，每高9m左右做一層剪刀撐；為增加整體支架穩定性，鋼管高度超過15m時，在兩排鋼管間設縱向槽鋼16連接，以增加縱向穩定性，高度超過15m時，設一層，高度超過20m時采用兩層。貝雷梁采用單跨內連續梁，共設5榀，每榀中心間距 2.5～2.8m。貝雷梁與工字鋼中間采用U形螺栓連接，貝雷梁沿兩墩柱處梁中心線連線平行布置，貝雷梁橫向寬度在兩端超過橋梁邊緣1m用于搭設作業平臺。貝雷梁上布設I25工字鋼，上面搭設 碗扣支架，高度根據貝雷梁至梁底高度調整，一般在4～8m之間，碗扣支架間距采用漸變段腹板段60cm×60cm，橫桿0.6m。

貝雷支架法現澆梁施工工藝見圖3。

圖3 現澆梁施工流程

現澆梁混凝土澆筑后，按照正常程序進行養護，隨后依次拆除端模、梁體外模、梁體內模板、和底模板。模板拆除施工工序如下。

2.2.1 施工前準備

對人員進行安全技術交底及人員分工，明確每個人的責任。

制定詳細的支架拆除方案和合理的拆除順序，并進行技術交底。

2.2.2 支架拆除順序及方法

支架拆除按照“先安后拆，后安先拆，由上而下、逐層逐跨拆除”的順序進行拆除。

(1)第一步：在支架頂層分配次梁上搭建材料堆放平臺。

(2)第二步：待混凝土強度達到設計要求并進行張拉壓漿后先進行頂層滿堂調坡腳手架的拆除，人工將拆卸的鋼管、扣件整齊碼放在搭建的堆放平臺上，然后通過人工配合塔吊、吊車的方式將頂層調坡滿堂腳手架進行拆除(圖4)。

圖4 碗口式腳手架管拆除吊裝示意

(3)第三步：解除分配次梁與主梁之間的連接，通過吊車或塔吊吊鉤將分配次梁往單側腹板外拉出，利用“八”字形專用捆綁帶對分配次梁進行平衡，汽車吊鉤吊住“八”字形捆綁帶交匯點將分配次梁整體吊離至橋面(圖5)。

圖5 25b工字鋼拆除吊裝示意

(4)第四步：澆筑箱梁混凝土在每跨現澆箱梁上預埋8根錨筋，用于下放貝雷梁主梁后錨，每根主梁采用兩根36b槽鋼，并在吊點位置安裝滑輪，在箱梁頂面上安裝2臺5t卷揚機，先提升貝雷梁偏移至現澆箱梁外側，偏移時兩側用繩索對拉穩定，減少主梁在偏移過程中的搖晃，主梁偏移至箱梁外側穩定后，再緩緩下落至地面進行拆除。

(5)第五步：主橫梁、鋼管立柱、及聯桿利用在現澆箱梁上預留的PVC管配合卷揚機下放至地面。

3 支架受力及變形計算

本文以達陜高速公路百里峽互通式立交工程為背景，采用有限元程序Midas-civil2013對該工程支架各個部件的強度、剛度、穩定性進行計算。其中，U匝道2號橋第一聯第三跨計算模型如圖6所示。

圖6 整體模型

滿堂支架及貝雷梁中的鋼結構構件采用梁單元進行模擬，模擬過程對模型施加最不利荷載組合，對各構件強度、剛度與穩定性分別進行計算。滿堂支架、貝雷梁弦桿、貝雷梁腹桿強度計算結果云圖如圖7～圖9所示。

圖7 滿堂支架組合正應力

圖8 貝雷梁弦桿組合正應力

圖9 貝雷梁腹桿組合正應力

在最不利荷載組合下，上部結構方木縱向分配梁，橫向分配梁最大應力為6.7MPa，鋼管最大應力為65.7MPa，貝雷梁弦桿、腹桿最大應力分別為219.1MPa、202MPa，工25b橫向分配梁，支架最大應力及下部結構鋼管支架及連接最大應力也均在容許應力范圍內，即該施工方法各種荷載組合下各構件強度均能滿足要求。強度計算結果如表1所示。通過Midas-civil2013數值模擬計算，對支架各構件整體剛度與穩定性也進行了詳細計算，剛度計算結果見表2，穩定性計算結果見表3。在最不利荷載組合下，跨中撓度最大為15.8mm，小于規范規定荷載產生的跨中撓度允許值，能滿足設計要求；整體穩定安全系數最小為4.3，整體穩定性也滿足要求。可見，采取上述現澆梁施工工藝可以較好地滿足設計要求，具有較好的工程技術效益。

表1 支架桿件強度計算結果 MPa

表2 支架剛度計算結果 mm

表3 支架穩定性計算結果

4 結論

(1)采用現澆連續箱梁對本工程預應力混凝土簡支空心板橋進行加固，支架方式采用滿堂式碗扣支架和貝雷梁支架兩種方式相結合，在橋梁高度超過15m或地形復雜，不適宜設滿堂支架的地方設置墩梁式貝雷梁支架，采用樁基(或擴大基礎)+鋼管立柱+貝雷梁+碗扣支架調平層；橋梁高度小于15m，場地良好時采用滿堂式碗扣支架。

(2)通過有限元程序Midas-Civil2013對支架各構件整體強度、剛度與穩定性進行計算，各種荷載組合下各構件強度、跨中撓度、整體穩定安全系數均滿足要求。