部分预应力混凝土连续箱梁综合加固施工技术.pdf

公路交通技术 2 0 1 0年 8月 第 4期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t A u g 2 0 1 0 N o 4 部分预应力混凝土连续箱梁综合加固施工技术 郑碧娇 ( 广东省长大公路工程有限公司，广州5 1 1 4 3 1 ) 摘要 ：针对部分预应 力混凝 土连 续箱梁出现底板与腹板混凝土横向开裂等病 害， 与被动加 固相结合的综合加 固施 工技 术，并总结评价结构加 固的 实际效果 。 关键词 ：部分预应力箱梁；加 固；施 工技术 文章编号 ：1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 8 9 0 4 中图分类号 ：U 4 4 8 2 1 3 分析病 害的成 因，介绍主动加 固 文献标 识码 ：B Co n s t r u c t io n Te c h n i q u e o f Co mp r e h e n s i v e Re i n f o r c e me n t f o r Pa r t ia l Pr e s t r e S s e d Co n c r e t e Co n t i n u o u s B o x Gi r d e r s Z H E N G B i j i a o 随着公路交通的发展 ，高速公路交通量和大吨 位车辆不断增加 ，早期修建的部分预应力混凝土连 续箱梁经过 多年 的运 营 ，箱梁截 面开裂 ，钢筋锈 蚀 ，承载力不足 ，不能满足现有的交通荷载，因此 必须进行加固，以提高桥梁的承载能力。预应力混 凝土连续箱梁在运营期间出现的病害种类多样 ，各 种病害对桥梁结构的耐久性甚至使用安全都带来 了 不利的影响，有些严重 的病害直接降低了结构的承 载能力 ，成为桥梁安全运营的重大隐患。所以对预 应力混凝土连续箱梁加固施工技术进行研究，并付 诸实践 ，在当前具有重要的现实意义 。 考虑桥梁经过多年的运营 ，箱梁截面开裂 ，钢 筋锈蚀，承载能力下降，在大交通与重交通的运营 条件下 ，上部结构承载力严重不足，须对此类结构 进行补强加 固，使其 满足 J T G D 6 2 -2 0 0 4 ( 公路钢 筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 要求 。针 对佛开高速公路张槎跨线桥桥梁刚度小和上部结构 预应力度小的实际情况 ，研究将主动加 固与被动加 固方式合理结合 ，力求达到较为理想的加 固效果 。 1 部分预应力混凝土连续箱梁病害 某桥为双幅单箱单室部分预应力混凝土连续箱 梁桥 ，标 准跨 为 3 0 l 1 ，设计荷 载为 ：汽 一超 2 0 级 ，挂 一 1 2 0级。 该桥在运营若干年后出现了箱梁底板与腹板横 向开裂等病害 ，主要病害特征有 ：梁体跨中、墩顶 部位出现竖向裂缝 ，个别墩顶附近腹板出现斜向裂 缝 ；梁体局部有露筋 、锈蚀现象 ；梁端个别锚头外 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 3 1 6 作者简介 ：郑碧娇 ( 1 9 6 4 一) ，女 ，广东省潮阳市人 ，大专 ，工程 师 露锈蚀 ；梁体有局部破损及划痕。 为了分析病害成因 ，针对病害较严重的试验跨 进行 了静载试验。结果表明 ，该试验跨在试验荷载 工况作用下 ，测量 的梁挠度 与应变均大于理论计算 值 ，校验系数较大 ，超过 J T G D 6 2 -2 0 0 4的要求 。 经 分析可知 ，现状箱 梁截 面底部在 营运阶段 已经 开裂 ，开裂后截面刚度变小 ，导致 活载作用 下跨 中挠度 、裂缝宽度 、跨 中梁底拉应力 比理论 计算值大 。 2 箱梁正弯矩区维修加 固施工技术 2 1 跨 中腹板加厚、加厚段设置预应力钢束施工 为了提高结构的刚度及承载能力 ，在一定程度 上改善箱梁应力状态 ，需在跨 中加厚腹板 ，并于加 厚段设置 小股 预应力束 ( 7 1 5 2 mm及 5 1 5 2 m m) ，在箱梁内部预应力钢束 ( 7 s 1 5 2 m m) 仅设 置于边跨 。腹板加厚采用 C 5 0混凝土。 1 )测定箱梁原底板钢筋 、钢束位置及腹板加 厚段的放样 。 根据新增预应力束及腹板加厚段混凝土在箱梁 中的纵 向位置 ，先用钢筋探测仪测定腹板原预应力 束在该处 的横 向位置 ，用红漆标明。 2 )新旧混凝土接触面打磨及设置剪力槽。 为了保证维护新浇混凝土与原结构混凝土结合 良好并共同受力，凿除面应保持毛面，凿除区内原 结构的构造钢筋不得剪除。剪力槽设计槽深 2 5 3 e m，间距 2 0 e mo 3 )种植锚 固钢筋。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 0卑 正式种植锚筋前 ，模拟种植锚筋 ，按钢筋插入 工艺进行设计拉拔力和极限拉拔力的粘结拉拔试 验 ，并验证胶凝和固化时间。 4 )布设普通钢筋 、预应力管道及预应力锚具。 如果锚固点位置处的钢筋与锚垫板、螺旋筋发 生位置冲突，则可在植筋时适当调整钢筋的摆放布 置，必要时可截断与锚垫板、螺旋筋相冲突的部分 钢筋以保证锚垫板、螺旋筋的设置。在截断钢筋的 同时需补植钢筋进行加强 。 5 )浇筑箱梁腹板加厚段混凝土。 箱梁腹板加厚段采用 C 5 0混凝土 。混凝土 内 添加增强型水泥混凝土用聚丙烯纤维网 ，掺入量为 1 8 k g m 。 为了最大程度地减少车辆震动对混凝土初凝及 新老混凝土结合效果的影响，采用和易性良好的高 性能混凝 土。混凝土浇筑前 3 0 mi n在原混凝土面 喷涂界面胶 ，用于提高新旧混凝土界面粘结性。从 开始浇筑混凝土至混凝土初凝期间封闭桥面交通 。 6) 预应力钢束安装和张拉。 箱梁腹板加厚段布置 2种规格的钢束，分别 为 5根规格为 J 1 5 2 mm的钢绞线束和 7根规格 为 1 5 2 mm的钢绞线束，张拉力分别为 9 7 6 、 1 3 6 6 k N。根据钢束张拉力的要求 ，选择 Y C W1 5 0 B型千 斤顶进行张拉。混凝土养护龄期达 7 d及混凝土强 度达到设计强度 的 9 5 后 ，方可张拉预应力钢束 。 预应力钢束的张拉顺序，应使结构受力均匀、同 步 ，所 以在张拉过程 中应遵循同步、对称 、两端 同 时张拉的原则。张拉期间封闭桥面交通 。 2 2 箱梁粘贴钢板加固 粘贴钢板对提高结构抗弯承载能力 ，防止裂缝 发展效 果 明显 。箱 梁底 板边 跨粘 贴 钢板 规 格为 Q 3 4 5 B，钢板尺寸为 2 3 0 0 0 mm2 5 0 m m1 0 mm 等规格 。粘贴钢板施工工艺流程如下 ： 用优质高分子树脂灌注裂缝一清洗并平整粘贴 部位表面，植入固定钢板的螺栓一对钢板粘结面进 行喷砂除锈 安装并 固定加强钢板( 调好压胶间隙 ) 一用 1 0 1 胶泥封边 压入粘胶 凝固一钢板防锈处 理 f、 表面钢板缝隙用修补胶填平 涂装。 钢板在安装前必须经过机械喷砂处理 ，去除粘 合面的钢板氧化表层。金属表面除锈的等级应达到 G B 8 9 2 38 8 涂装前钢 材表面锈蚀 等级和除锈 等 级 中规定 的 G B 8 9 2 38 8 S a 2 5级标 准。喷砂后要 用清洁的压缩空气将涂装结构上的灰尘除尽 ，处理 完后的钢板不能堆放 ，应马上吊装 ，封边压浆 ，以 免表面又被氧化。 3 墩顶负弯矩区维修加固技术 3 1 加 固方案 1 )墩顶负弯矩区增设 l 6 束 2 1 5 2 m m无粘 结预应力钢束，外包 H D P E护套 ，单根钢绞线张 拉应力为 0 6 0 f p k=1 1 1 6 MP a ，张拉力为 1 5 6 2 k N。 总张拉力为 4 9 9 8 4 k N，预应力钢束锚固于箱梁顶 板下缘或翼板下缘。 2 )墩顶桥 面铺 装 “ 黑改 白” ，植入 1 2 l n n l 剪力筋 ，间距 3 0 c m，纵 向增设 ( ) 2 2 m m钢筋网 ， 间距 1 5 c m，横 向增设 1 2 mm钢 筋网 ，间距 1 5 c m。桥面铺装层混 凝土采用 C 4 0钢纤 维混 凝土 。 钢纤维含量为 5 0 k g m 。 3 2 施工顺序 1 )凿除桥面铺装 ，并在箱梁顶面按要求凿出 宽 1 0 13 m深 2 5 c m的槽 口。 2 )探 明原钢筋位置 ，植入剪力筋。 3 )根据钢束的布设位置于箱梁顶板及悬臂钻 直径 5 5 e m孔 ，并按钢束竖弯要求设置圆曲线 。 4 )在设置齿板处植入直径 1 6 m m钢筋 ，植入 深度为 2 0 c m ，并与齿板钢筋焊接。设置扁锚及齿 板内波纹管 ，浇筑齿板混凝土。 5 )铺设墩顶段桥 面铺装钢筋网 ，并与剪力筋 焊接牢固。 6 )齿板混凝土强度达到 9 5 时，钢束张拉顺 序按先长束后短束对称张拉， 并锚固。 7 )对预应力孔道进行压浆。 8 )浇筑桥面铺装混凝土 。 3 3 施 工工 艺 3 3 1 铣刨原有沥青混凝土桥面铺装，在箱梁顶面 按要求凿出宽 1 0 t i l l 、深 2 5 c m 的槽口 施工时 ，每次封闭半幅桥面。原沥青混凝土桥 面铺装层采用铣刨机刨除。为了布设无粘结预应力 筋，需在箱梁顶面按要求凿出宽 1 0 e m 、深 2 5 e lla 的槽 口。 3 3 2 探明原钢筋位置 。箱梁顶面植剪力筋 由于箱梁顶板内布置有预应力钢束 ，箱梁顶面 植剪力筋前需要探出预应力管道位置后才能植筋。 植筋前对波纹管的位置进行放样 ，并弹好线 。钻孔 植筋需避开原预应力管道植筋，植筋时不能损坏箱 梁 内预应力 钢绞线 。 剪 力筋纵 向间距 为 6 0 e m， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 4期 郑碧娇 ：部分预应力混凝 土连续箱梁综合加 固施工技术 9 1 钢筋规格为 1 2 m m。 3 3 3 箱梁顶板及悬臂钻预应力孑 L 道 根据钢束的布设位置于箱梁顶板及悬臂钻直径 为 5 5 e m的圆孔。钻孔机具可采用取芯钻机 ，配 置直径为 5 5 e m的钻杆 。钻孔后按照钢束竖弯要 求设置圆曲线。 3 3 4 桥面内布设钢筋网 墩顶铺装层纵桥 向布设 2 2 mm钢筋 ，横桥 向布设 1 2 m m钢筋 。纵桥 向钢筋应与跨 中铺装 层钢筋搭接 ，在墩顶处应保持连续 ，不得断开。 钢筋网片现场制作 、绑扎 。需保证定位准确 ， 网片离混凝土层顶 面的位置一般 不得少 于 3 e m， 不允许出现钢筋网局部下沉 。 3 3 5 预应力齿板制作工艺 在设置齿板处植入直径 1 6 m m钢筋 ，植入深 度为 2 0 c m，并与齿板钢筋焊接。设置 B M一 2型扁 锚及 内径为 5 0 m mX 1 0 mm的波纹管 ，浇筑齿板混 凝土。 1 )齿板新 旧混凝 土接触面剪 力槽设置工艺及 要求。 ( 1 )在混凝土箱梁顶板或悬臂外侧表面测量放 出齿板 的平面位置。 ( 2 )齿 板新 旧混凝土接触 面开剪 力槽 ，槽深 2 5 e m，槽宽 1 0 e m，间距 1 0 e m。 ( 3 )将箱梁顶板或悬臂外侧表面的浮浆清除 ， 并将新齿板与旧混凝土接触 面凿毛 。 2 )钻孔植入锚固钢筋 。 锚筋埋深为 2 0 c m，盲孔直径为 2 0 mm。注意 孔内浮尘 的清理必须由孔底 向孔 口进行 ，保证种植 锚筋前孔 内无灰尘 ，保证锚筋的锚固效果 。 3 )布设普通钢筋 、预应力管道及预应力锚具 。 预埋塑料波纹管。波纹管内径为 5 0 mm。布设 绑扎普通钢筋 ，形成钢筋骨架 。锚下的螺旋筋及加 强钢筋要严格按设计要求设置 ，喇叭管与锚垫板 、 预应力管道要连接平顺 、密封 ，对锚垫板上的压浆 孔要妥善封堵 ，防止浇筑混凝土时以上部位漏浆 ， 造成穿束困难 。 4 )浇筑齿板混凝土。 齿板混凝土浇筑时，在箱梁顶板位置从上往下 抽取直径为 1 0 e m的圆孔作为混凝土灌注孔 ，并在 齿板斜 面的最高处设置排气孔 ，一跨 内的齿板混凝 土需 1次浇筑完成 。因单个齿板体积小 、配筋密 ， 故浇筑混凝土过程中要求确保振捣密实。 5 )预应力钢束安装和张拉 。 本工程预应力钢束设计张拉力为 1 5 5 1 k N ，张 拉 钢束选择 Y D C 2 4 0 Q型单孔张拉千斤顶 。穿入预 应力管道的各股钢绞线 ，必须顺直 、无交叉 。混凝 土养护龄期达 7 d及混凝 土强 度达到设计 强度 的 9 5 后 ，方可张拉预应力钢束 。在张拉过程 中，应 遵循同步 、对称 、两端同时张拉的原则 。预应力钢 束设计张拉顺序为先长束后短束对称张拉。 4 加 固效果评价 本桥加 固后部分预应力混凝土连续箱梁主要截 面增 加 0 8 02 4 4 M P a压应力 储备 ，在难 以增 设 大股预应力束的限制条件下 ，箱梁加 固后一定程度 上能改善箱梁的应力状况 ，增加结构正常使用的耐 久性 ，提高梁体 的承载能力 ，延长桥梁 的使用 寿 命 。部分裂缝在加 固后宽度变小或产生闭合现象 。 通过静载试验 ，箱梁变形情况基本达到要求 ，承载 力满足规范要求 ，加 固效果较好 。 粘贴钢板 对提高结构抗弯 承载能力 ，防止裂 缝发展效果 明显 ，但被动加 固对箱梁应力改善作 用较小。体外预应力加固一定程度上能提高结构 抗弯承载能力及改善箱梁应力状况 ，但钢束张拉 后次 内力的产生使钢束加 固使用效 率低 。墩顶负 弯矩 区桥面铺 装厚度较小 ，限制 大股 预应力束 的 设 置。根据 主梁现阶段的使用状况及模 拟验算结 果 ，由于本桥刚度较小 ，上部结构 预应力度较小 ， 采用综合加 固方法 ，一定 程度上能改善箱梁 应力 状态。 5结语 对于严重开裂 的箱梁 ，特别是底板 出现 “ U ” 型裂缝，宜采用主动加固和被动加固相结合的综合 加固方案 。本文采用 了箱梁跨 中正弯矩 区腹板加厚 并 在加厚段 内增设有粘结预应力 、底 板粘贴钢板 条 ，墩 顶负弯矩 区增设无粘结预应力 和桥面铺装 “ 黑改白”等综合加 固方案。试验段加固效果达到 了预期 目的，该工艺对 旧危桥维修加 固领域具有一 定的推广应用价值。 参 考文 献 【 1 单成林旧桥加固设计原理及计算示例【 M 北京： 人 民 交通 出版社 ， 2 0 0 7 【 2 蒙云， 卢波桥梁加固与改造【 M 】 北京： 人民交通出 ( 下转第 9 5页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 4期 刘 丹，等 ：工程类比法确定重庆朝天 门两江隧道最小覆盖层厚度 9 5 3 2 工程类比法确定隧道最小覆盖层厚度 由以上工程实例可看 出，盾构掘进机施工的水 下隧道最小覆盖层厚度( 除开水底松散沉积物厚度 ) 一 般都控制在 1 2 D之间。 在软土地层 中，我国已成功修建了几条越江盾 构公路隧道 ，其最小覆盖层厚度都在 0 60 7 D之 间。重庆主城排水过江盾构隧道与重庆朝天 门两江 隧道相距不到 2 k m，位于相同的工程地质和水文 地质 区域 内 ，其最小覆盖厚度 为 1 5倍洞径 。因 此 ，综合考虑 ，重庆朝天 门两江隧道的最小覆盖厚 度取 1 倍洞径 ：如果采用单向双车道方案 ，最小覆 盖厚度为 1 1 m；如果采用单向 3车道方案 ，最小 覆盖厚度为 1 5 m。 4结 论 1 )根据工程类 比法可知 ，水下隧道 的最小覆 盖厚度与水的深度 、围岩的地质条件有关 。完整围 岩 比破碎 围岩的最小覆盖厚度 高 1 5 I n左右 。长江 越江段 的基岩深度为 4 1 2 i n ，其最小覆盖厚度 为 2 8 n l ；嘉陵江越江段 的基岩深度 为 3 4 i n ，其最小 覆盖厚度为 2 7 m。 2 )水下隧道 的最小覆盖厚度随开挖方法的不 同而不同。在该工程中，使用钻爆法施工该 隧道的 最小覆盖厚度为 2 8 IT I ( 长江段 ) 和 2 7 m( 嘉陵江段 ) ； 使用盾构法施工时 ，该隧道的最小覆盖厚度为洞径 的 1 倍 ：如果采用单 向双车道方案 ，最小覆盖厚度 为 1 1 m；如果 采用单 向 3车道方案 ，最小覆盖厚 度为 1 5 13 3 。 3 )水下隧道的最小覆盖厚度与隧道尺寸有关。 该隧道使用盾构法施作时 ，单向双车道方案的最小 覆盖厚度为 1 1 In ，单向 3 车道方案的最小覆盖厚 度为 1 5 I n 。 参 考 文 献 1 】 胡政才 ， 余辉挪威对海底隧道工程的研究 J 】 世界 隧道 ， 1 9 9 5 ( 2 ) ： 6 8 7 6 2 吕 明 ， G r o v E， N i l s e n B， Me l b y K挪威 海底 隧道 经 验 J J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 5 ( 2 3 ) ： 4 2 1 9 4 2 2 5 【 3 1 E i n a r B r o e h e r r S u p p o r t o f L a r g e R o c k C a v e r n s i n N o r w a y J T u n n e l i n g a n d U n d e r g r o u n d S p a c e T e c h n o l o g Y， 1 9 9 6 ， 1 1 ( 1 ) ： 1 1 1 9 刘继 国， 朱光仪， 郭小红， 等厦门海底隧道涌水量流固 耦合计算 c 2 o o 5年全 国公路 隧道学术会议论文集 北 京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 5 5 白明洲大型地下洞室围岩稳定性的岩体结构控制效应 研究 J 】 _ 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 1 ， 2 0 ( 6 ) ： 8 9 4 6 】 Z a p i n g H， e t a k C a v e rn r o o f s t a b i l i t y - me c h a n i s m o f a r c h i n g and s t a b i l i z a t i o n b y r o c k b o h i n g 【 J J T u n n e l l i n g a n d U n d e r g r o u n d S p a c e T e c h n o l o g y ， 2 0 0 2 ( 1 7 ) ： 2 4 9 2 6 1 7 】 Hi b i n o S ， e t a 1 B e h a v i o r o f r o c k s a r o u n d l a r g e c a v e r n s d u r i n g e x c a v a t i o n s J Me l b o u r n e ， 1 9 8 3 ( 3 ) ： 3 2 4 0 【 8 T o r e S D a h l ， N i l s e n B S t a b i l i t y a n d r o c k c o v e r o f N o r - w e g i a n h a r d r o c k s u b s e a t u n n e l s J T u n n e l i n g a n d U n - d e r g r o u n d S p a c e T e c h n o l o gy， 1 9 9 4 ， 9 ( 2 ) ： 1 5 1 - 1 5 8 9 】 刘松 矿山法修建海底隧道最小埋深的探讨f J 1 隧道 建设 ， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 3 ) ： 4 6 ( 上接第 9 1页) 版社 ， 2 0 0 5 【 3 】 刘来君 ， 赵小星桥梁加固设计与施工技术 M 北京 ： 人 民交 通出版社 ， 2 0 0 4 路桥集团第一公路工程局 J r J 0 4 1 -2 0 0 0 公路桥涵 施工技术规范 S 】 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 0 【 5 】 中交公路规划设计院J T G D 6 2 -2 0 04公路钢筋混凝 土及 预应 力混凝土桥涵设计 规范 S 北京 ： 人 民交 通出 版社 ， 2 0 0 4 6 16 李加林 连续箱梁桥加固技术及加固效果分析【 J J 中外 公路 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 4 6 1 4 9 7 】 李加林连续箱梁桥加 固技术与加 固效 果分析f J 1 中外 公路 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 4 6 1 4 9 【 8 虞建成， 龚科， 陶维 某预应力混凝土连续箱梁桥维 修加固与施工监测 J | 施工技术， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 8 2 8 3 ， 1 0 1 9 何海， 胡勇前 某预应力混凝土连续梁桥的加固 J 】 华 东公路 ， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 1 3 1 4 1 0 项新里， 梁冰， 李海光连续箱梁体外预应力加固施工 工艺 J 公路交通技术 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 8 2 8 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m