受損的裝配式小箱梁更換技術研究

殷任宏,張 延

（西安公路研究院有限公司,陜西 西安 710065）

0 引言

預應力混凝土裝配式箱梁因其具有較大的抗彎、抗扭剛度和良好的橫向穩定性，且構件集中預制，可快速安裝、經濟性好，在公路橋梁中得到迅速發展和廣泛應用[1-3]。在橋梁運營過程中，由于落石、車輛等物體的突然撞擊或者因火災、爆炸等病害導致部分梁體受損，不能繼續使用，而整橋技術狀況相對較好時，則將受損箱梁拆除更換便是最便捷的方法[4-5]。在交通繁忙地段、施工緊張情況下，如何進行受損主梁更換是橋梁養護工作中亟待解決的技術問題。

該文以某個山體落石受損裝配式箱梁應急搶修換梁工程為依托，介紹了適用于部分受損裝配式箱梁更換的技術原理，并結合實際工程，對相關的施工工藝及技術要點進行了重點分析，使受損橋梁快速恢復正常運營，為同類工程應用提供技術參考。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某高速公路橋梁全長149.0 m，橋寬10.0 m，橋梁上部結構采用（4×20）m+（3×20+9）m裝配式預應力混凝土先簡支后連續箱梁，單幅設置3片預制箱梁，縱向橋跨之間未設置負彎矩鋼束，通過普通鋼筋和現澆混凝土進行縱向連接；橋梁下部結構采用柱式墩，重力式橋臺；橋梁設計荷載等級為汽車-超20，掛-120。該橋于2007年10月建成通車。

1.2 橋梁病害

由于連續陰雨天氣導致山體局部發生落石。落石撞擊點位于R7-2#箱梁頂面跨中至l/4附近。受高空落石沖擊荷載作用，該梁腹板部位產生了嚴重開裂，嚴重影響結構運營安全。

（1）R7-2#箱梁左側腹板：在撞擊點附近呈正八字形斜向開裂、破損，左側跨中附近腹板共計7條斜向裂縫（裂縫下端延伸至底板邊緣），右側l/4附近腹板存在3條斜向開裂，裂縫長度在0.25~6.0 m之間，箱梁左側腹板開裂、破損較為嚴重，裂縫分布范圍較大，分布長度約6~8 m，主裂縫寬度約1~3 mm，最大開裂寬度約8.0 mm，且裂縫附近伴有大范圍混凝土剝落，受損箱梁的裂縫現場實測分布見圖1。同時箱梁腹板下部及上部倒角附近均出現了縱向開裂現象，最大縫寬約3.0 mm，受損箱梁裂縫寬度現場實測圖見圖2。

圖1 R7-2號箱梁裂縫現場實測圖

圖2 R7-2號箱梁裂縫寬度現場實測圖

（2）R7-2#箱梁右側腹板：在撞擊點附近存在3條斜向裂縫，裂縫長度在0.6~6.0 m之間，裂縫寬度0.2~0.62 mm。

由于落石使箱梁腹板開裂、破損較為嚴重，裂縫分布范圍較大，且裂縫附近伴有大范圍混凝土剝落，表明梁體混凝土沿裂縫徹底斷裂，截面損傷嚴重，混凝土內鋼筋已經部分屈服，使得加固梁體變得幾乎不可能。為了能夠快速恢復結構的承載能力，保證結構的加固效果，設計采用對第7孔R7-2#箱梁進行拆除，重新預制同梁高預應力混凝土箱梁替換原梁。

2 換梁技術原理

受損箱梁更換是直接將既有受損的裝配式箱梁拆除廢棄，并采用新預制的箱梁替換原受損箱梁的方法。裝配式箱梁是將預制小箱梁通過橫向濕接縫、縱向梁端濕接頭連接成整體，由簡支結構轉換為連續體系。更換受損小箱梁相當于裝配式箱梁施工的逆過程，先將受損梁體與周圍正常梁體的連接進行切割解除，獨立出來后成為單片簡支梁，然后將受損箱梁吊走，更換成新預制的箱梁，再將新更換箱梁與相鄰梁體重新連接起來，恢復成整體受力的連續梁結構。

裝配式小箱梁橋換梁技術關鍵是如何將受損梁體與正常梁體分離，并確保更換后的梁體與正常梁體重新連接后能恢復成原受力體系。

3 換梁技術方案分析

裝配式受損小箱梁的換梁流程主要包括準備工作、拆除吊離受損箱梁、新梁更換和恢復連續體系等四個步驟。

3.1 準備工作

（1）進行交通組織。受損箱梁更換會影響車輛正常通行，施工前應結合受損箱梁的損傷程度、結構特點、周邊環境和路網運營要求，制定合理的交通組織方案，并應及時向高速交警、路政申請相關手續，發布相關交通管制的信息，并實施相應的交通組織方案。由于受損橋梁處為秦嶺隧道群，具有長大上坡、彎道急、無應急車道的特點，且該橋梁由三片梁組成，病害發生在中梁，位于行車道和超車道中間，所以施工路段采用單幅雙向通行。

（2）設置臨時支撐。在換梁跨和相鄰正常跨之間的小箱梁梁底與蓋梁頂面之間設置臨時支撐。

（3）銑刨、鑿除橋面鋪裝層。為方便受損箱梁的拆除以及后期橋面鋪裝的恢復，銑刨、鑿除橋面鋪裝范圍應適當擴大，銑刨、鑿除橋面鋪裝層平面圖如圖3所示。對瀝青混凝土橋面鋪裝橫橋向全橋寬、縱橋向相鄰橋跨各延伸2 m范圍進行銑刨，對混凝土橋面鋪裝橫橋向超過濕接縫0.5 m寬、縱橋向相鄰橋跨各延伸1.5 m范圍進行鑿除；并在橋面上放樣出受損小箱梁的中線位置，左右兩條濕接縫各自中線和兩條邊位置。

圖3 橋面鋪裝層銑刨、鑿除平面布置圖（cm）

3.2 拆除吊離受損箱梁

（1）拆除受損箱梁。鋸開受損的R7-2箱梁連續端濕接頭、濕接縫、橫隔板等，使需要更換的箱梁成為無縱、橫向連接的單片箱梁。縱向連續端濕接頭為普通鋼筋連接，切除受損梁時應注意保留前后兩孔箱梁連續端的鋼筋；橫向濕接縫處切割，也應保留相鄰梁的濕接縫處鋼筋；梁體切割完成后，應采用人工對未受損箱梁切割剩余的濕接縫、濕接頭混凝土進行鑿除，混凝土鑿除過程應避免對連接鋼筋造成損壞。

（2）吊離受損箱梁。更換箱梁采用單片更換方式，即吊走一片更換一片；吊車及運梁車在吊裝過程中的停放位置應提前劃線定位，確定各車輛停放位置線時，兩臺吊車支撐縱橋向應盡量放在靠近所換箱梁的支點附近，橫向分別放在下行線邊梁靠近腹板的頂板位置，運梁車中心橫向應盡量放在橋梁橫斷面中心位置。

（3）拆除箱梁的處治。拆除受損箱梁應及時運出高速公路，并選擇安全場地對受損箱梁進行破碎，將破碎后的建筑垃圾運至垃圾場進行處理，不能隨意丟棄而污染環境。

3.3 新梁制作更換

（1）新更換梁型的選擇。由于受損箱梁不符合現行規范要求，而且梁場沒有受損箱梁的模板，重新制作模板費用大、周期長，新更換箱梁尺寸參照現行通用圖，但應保證新舊梁的尺寸和力學性能要匹配，連接要可靠。設計新更換箱梁梁高與原梁高同為1 m，預制寬度與原梁相同，頂板厚度、跨中腹板、跨中底板厚度采用18 cm，比原梁15 cm有所加厚，其余構造尺寸均與原梁相同，新更換箱梁橫斷面示意圖見圖4。預應力鋼束仍采用6束，每束采用5根標準鋼絞線，比原梁有所增強。普通鋼筋特別是箍筋的規格與間距都比原梁有所增強。

圖4 新更換箱梁橫斷面示意圖（cm）

（2）新更換箱梁預制。由于受損箱梁更換屬于應急搶險工程，而新更換梁體的預制、養護需要時間較長，是整個項目工期的關鍵，可提前聯系好梁場或在現場做好預制準備工作，在設計圖確定后立即安排預制。預制箱梁施工前，施工單位應對替換箱梁尺寸和位置、梁底楔形調平塊尺寸等參數進行復核確認，確保新預制箱梁滿足設計及后續安裝要求。該項目位于山區，周圍地形沒有現場預制條件，故選擇附近的梁場預制好后再運送到施工現場。

（3）新更換梁體的運輸。預制梁體一般體積較大，可能需要辦理大件運輸的手續，施工單位應提前與相關管理單位進行對接，辦理相關手續。

（4）新梁的吊裝。運輸新梁的運梁車就位，運梁車運輸新梁停放在下行線靠近施工現場的緊急停車區內，待R7-2號受損箱梁吊離后，安裝新支座，然后吊裝新預制箱梁。

3.4 恢復連續體系

（1）恢復新換箱梁的縱橫向聯系。連接新換梁體與周圍梁體的縱橫向連續接頭鋼筋，澆筑濕接縫、梁端及橫梁現澆段混凝土。現澆連接混凝土過程中，要注意對周圍箱梁的梁端連接部位進行鑿毛處理，以保證新舊混凝土良好結合。

（2）恢復橋面鋪裝及標線。在更換的箱梁橫向相鄰梁板上種植橋面鋪裝接茬鋼筋，整體鋪設鋼筋網；然后分層澆筑橋面鋪裝混凝土、涂布防水層和瀝青混凝土鋪裝層；最后恢復橋面標線。橋面防水層按照Ⅰ級防水等級設計，采用柔性防水涂料，施工時應先做好節點處理，然后再進行大面積涂布，轉角及立面應做細部增強處理。

受損小箱梁換梁過程中，嚴格按照相關規范施工，全程監控，項目20 d就達到開放交通條件。為檢驗加固效果和施工質量，項目完成后對該橋進行荷載試驗。試驗結果表明，橋梁橫向整體性與理論計算基本符合，新更換梁體與相鄰梁體連接處未出現開裂，結構整體連接性能正常。經過2年跟蹤觀測，橋梁技術狀況良好，未出現新增病害。實踐證明，更換受損箱梁方案是安全可靠的。

4 結語

基于受損裝配式箱梁更換工程實例，對換梁技術原理進行分析，并重點介紹準備工作、拆除吊離受損箱梁、新梁制作更換及恢復連續體系等施工工序和關鍵技術，詳細對受損裝配式箱梁更換技術進行了分析。工程實踐證明，對受損箱梁更換不僅能快速恢復交通，還能改善橋梁技術狀況，可供類似工程參考借鑒。