大跨度预应力混凝土连续箱梁长期下挠和开裂加固技术.pdf

2 0 1 1 年第 4期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 1 8 期 文章编号 ： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 2 0 0 4 大跨度预应 力混凝土连续箱梁 长期下挠和开裂加固技术 魏汉锋 ， 黄汉中 ( 1 广东省佛开高速公路有限公司， 广东佛山5 2 8 0 0 0 ； 2 广东华路交通科技有限公司，广州5 1 0 4 2 0 ) 摘要： 针对大跨度预应力混凝土连续箱梁在运营期间出现的长期下挠及底板、 腹板混凝土开裂等病害， 简要介绍 了体外预应力和轻质混凝土减载相结合的加固方案。 关键词 ： 连 续箱梁；下挠 ；开裂 ；加 固 中图分类号： U 4 4 8 2 1 5 文献标识码： B O 概述 汾江大桥位于佛开高速公路 K 3+ 0 4 8 ， 跨越 汾江水 系。大桥 全 长 2 3 5 2 m， 由 主桥 和 引 桥组 成， 分离式双向四车道。主桥为三跨预应力混凝 土连续梁， 跨径组合为 6 5 m+ 1 0 0 m+ 6 5 m。 本桥出现的病害情况 主要有 ： ( 1 ) 主跨长期 下挠 ； ( 2) 主跨 跨 中合拢 段底 板横 向裂缝 ； ( 3 ) 墩顶 附近 箱梁 内腹板 斜裂 缝 ； ( 4 ) 箱内顶板纵 向裂缝 。 1 病害成 因分析 ( 1 ) 实 际沥青 混凝 土桥 面铺装 厚 度过 大影 响 ； ( 2 ) 施工误差影响 ； ( 3 ) 预应力度损失影 响； ( 4 ) 混凝土收缩徐变影响。 实际桥面铺 装在 主跨跨 中区域远远 超过 了 8 c m厚的设计铺装厚度 ， 使 主桥 主跨跨 中内力 弯 矩和挠度显著增大 ， 由此可引起跨 中下缘混凝 土 开裂。混凝土 的开裂使 得开裂 区预应力 损失增 大 ， 而预应力损失引起 的应力 重分布会增加 混凝 土的收缩徐变效应 ， 收缩徐变 引起 的下挠又会进 一 步加剧混凝 土的开裂 。这样 ， 桥面铺装在 主跨 跨 中超厚就会 引起 开裂 、 预应力损 失 、 徐 变之 间 的耦合作用 ， 使得主桥中跨跨 中区域的挠度不 断 增长 。 2 病害维修加固 2 1 加固原则 一 是减少主跨跨中附近梁段和边跨合拢段 的混凝土拉应力； 二是减缓或尽量控制主跨跨中 不再继续下挠 ， 维持现有主梁线形 ； 三是加固后， 主跨跨中正常使用状态满足 8 5规范中A类构件 要求。 2 2加固方案 轻质混凝土减载与体外预应力束加固方案。 3 加固工艺要点 3 1 总体施工顺序 现状桥梁桥 面线形 测量一 分 车道桥 面铺 装 卸载 重铺新 的混凝 土桥 面铺 装一张 拉主梁底 板曲线短束一张拉主梁底板直线长束。 3 2 L WA C配合比设计 3 2 1 原材料技术质量要 求 ( 1 ) 水泥 ： 采用 4 2 5级普 通硅酸盐水泥 ， 细 度为 2 4 。 ( 2 ) 粉煤 灰 ： 采用 I级粉 煤 灰 ， 需水 量 比为 9 3 。采用粉煤灰作为掺和剂， 可减少水泥用 量， 增加混凝土拌和物的粘结性 ， 改善混凝土拌 和物的和易性、 流动性和保水性， 增加 L WA C的 可泵性 ， 同时在一定程度上防止 陶粒上浮。 ( 3 ) 轻集料 ： 采用人工高强页岩陶粒 ， 外形为 碎石形 ， 粒径规格为 51 6 m m， 连续级配 ， 密度等 作者简介： 魏汉锋，助理工程师， 主要从事高速公路建设管养工作。Em a i l ：1 3 3 1 6 1 8 2 9 9 8 1 8 9 c n 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 4期 魏汉锋 ， 黄汉中 大跨度预应力混凝土连续箱梁长期下挠 和开裂加 固技术总第 1 1 8期 级 8 0 0级， 筒压强度I6 0 M P a ， 空隙率为4 2 6 ， 堆积密度 7 8 0 k g m ， 1 h吸水率 为 4 1 ， 含泥量 0 1 。 ( 4 ) 砂： 采用中粗河砂， 细度模数 M x为2 8 ， 含泥量小于 0 8 。 ( 5 ) 纤维 ： 采用 U F 5 0 0纤 维素 纤维 ( 以下简 称 U F 5 0 0纤维 ) 和钢纤维。 ( 6 ) 外加减水剂： 采用聚羧酸系高效减水剂， 减水率大于 2 0 ， 泌水率低 。 3 2 2 配合 比设 计 原 则 轻集料 的强 度较 低 ， 影 响混凝 土 的强度 ， 据 此提出强度匹配设计原则 ， 即提高轻集 料的颗粒 强度 ， 通过合理的配 比使水泥石强度 与轻集 料颗 粒强度之间相互匹配是制备高强轻集料混凝土 的必要条件。 L C 4 0高强结构轻集料混凝土的设计 ， 是在保 证物理力学性能达到工程要求 的前提下 ， 使 新拌 和混凝土的工作性达到施 工要求 ， 尽 可能降低干 容重 ， 并兼顾经济性 。 3 3 L WA C施工工艺要点 3 3 1搅 拌 工 艺 轻集料的投料顺序在搅拌工艺中最为重要。 轻集料在拌合过程 中吸入水 泥浆 ， 也会 吸人部分 外加剂， 因而加人外加剂必须遵循在轻集料充分 拌湿后才能加入的原则 ， 以防止因轻集料吸附而 降低减水剂 的减水效果 。 由于轻集料混凝土的 自重较小， 应采用卧 轴强 制式 搅 拌 机 ， 同 时 要适 当 延 长 搅 拌 时 间 ， 一 般搅拌 时间 不 宜小 于 3 mi n 。尤 其 在 掺 人有 机纤维时， 由于有机纤维分散性相对较 差， 必 须要适当延长搅拌时间， 以使混凝 土充分搅拌 均匀 。 3 3 2拌合 物 的 运输 ( 1 ) 根据施工 现场和拌合 楼 的运 输距 离 ， 调 整外加剂 的保 塑、 保水成 分 ， 防止 在运输 过程 中 出现分层离析和混凝土坍落度损失过快的情况。 ( 2 ) 拌和物从搅拌卸料起到浇入模内止的延 续时间不宜超过 4 5 mi n 。 ( 3 ) 当用搅拌运输车运送轻集料混凝土拌合 物， 因运距过远或交通问题造成坍落度损失较大 时， 可采取二次添加外加剂 的方法进行混凝土再 次搅拌 ， 以满足混凝土施工和易性要求。 3 3 3 浇筑与振捣 工艺 由于轻集料多孔 的性质 ， 在搅拌和浇筑的过 程 中经历吸水与放水 的过程 ， 水用量 的多少将直 接影响轻 集料 混凝 土桥面 的施工工 艺 ， 因此 ， 必 须对混凝土的拌合物的出孔坍落度进行严格控 制。现场混凝土出机时坍落度控制在 1 4 2 c m， 1 h后坍落度损失不大于 2 c m。 当直接卸料至桥面 时 ， 应 间隔一定距离分散 卸料， 能够使人工容易找补均匀。在摊铺过程中 发现有纤维结 团现 象 ， 须 及 时用 人工撕开抖散 ， 并注意摊铺时局部出现离析现象。 由于轻集料的密度小于砂浆， 轻集料混凝土 在振动成型时无 法看 到普通 混凝土 达到振动密 实时出现 的砂 浆泛 起 、 石 子停 止 沉淀 的表 观现 象 ， 因此 以往 的振捣 经 验 不再 适 用。通常情 况 下 ， 轻集料 的振动 时 间宜在 1 0 s 左 右 ， 但 是轻集 料混凝土容重小， 排出气泡 比较困难， 所以振捣 还必须充分。轻集料为多孔结构， 振动能量在轻 集料混凝土拌 合物 中衰减 速度要快 于普通混凝 土 ， 因此 ， 为 了保 证 昆凝 土 密 实 ， 应缩 短震 点 间 距。在浇筑轻集料混凝土桥面铺装时采用振动 棒和平板振动器相结合 的振捣方式， 遵循“ 振动 时间短 、 震 点间距 短”的原则进 行桥面铺装 的振 捣 。 3 3 4整平及其抹 面 如果振捣后整个桥面铺装摊铺不均匀， 首先 通过用滚筒来整平。其次， 使用与浇筑长度相当 的木尺刮平到桥面设计标高， 并对面层厚度不均 匀的部位人工进行及时调整。重复以上两步骤， 直到面层基本均匀平整 。 由于轻集料较轻 ， 混凝土在振捣过程中， 难 免会 出现集料 的上浮 ， 因此需要对轻集料混凝土 面层进行二 次收浆 。第 一次 收浆工序是 在混凝 土振捣整平后， 用模板进行拍打、 压平， 初步用灰 匙抹平整； 第二次收浆工序是在混凝土初凝之 前， 对混凝土进行收光处理。二次收浆的时间掌 握最为关键 ， 必须是混凝土接近初凝， 但仍未初 凝时的状态 ， 否则抹面后轻集料仍会上浮。 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 4期 广东公路交通 总第 1 1 8期 3 3 5 养护 混凝土浇筑完毕后应做好养护工作， 以防止 混凝土早期收缩裂缝。浇筑完毕后应立即覆盖 一 层薄膜 ， 混凝土初凝后在混凝土表面覆盖湿麻 袋或湿草垫。同时由于纤维混凝土早期强度较 高， 故应加强早期湿润养护， 每天洒水数次， 使其 保持湿润状态。待测试强度达到普通混凝土相 应的强度且不 小 于 1 4 d时施工车 辆方可 在桥 面 上行使 。 3 3 6注意事项 ( 1 ) 轻集料在使用前预湿处理后， 必须准确 测定其含水量； ( 2 ) 作为桥面铺装层的轻集料混凝土， 出机 坍落度必须控制在 1 4-I- 2 c m， 泵送型混凝土必须 添加增稠剂 ； ( 3 )轻集 料混凝 土搅拌过 程 中用水量 要根 据现场集料预湿情况和砂的含水量来确定 ； ( 4 ) 桥面铺装层的轻集料混凝土若加入钢纤 维( 或者有机纤维) 时， 搅拌时间一定要延长， 使 纤维分散均匀 ； ( 5) 由于轻集料 混凝土在振 捣后 ， 水 泥胶砂 灰下沉 ， 而轻集料 有稍微 的上浮 ， 这样 混凝土 表 面的水泥浆体相对较少， 因此， 在施工过程中要 严格控制轻集料混凝土表面水泥浆体 的含量 ， 不 能过度的刮掉混凝 土表面 的水泥浆 ， 这样将有利 于二次收浆 。 3 4 体外预应 力束加固施工工艺 ( 1 ) 主要施工工序： 齿板范围内开凿剪力槽 一植筋 浇筑新增齿板 安装限位减震器 一体 外预应力张拉一施工监控。 ( 2 ) 齿板混凝土设计强度 C 5 0 ， 剪力槽的设 计槽深为 5 c m， 槽宽为 2 0 c m， 间距为 3 0 c m。植入 直径 1 6 mm钢筋 ， 植入深度 为 2 0 c m； 齿板 混凝土 内掺人钢纤维 7 8 5 k g ， 掺人纤维素纤维 0 9 k g 。 ( 3 ) 该工程钢绞线束均采用带 P E护套的 1 5 1 2环 氧 喷涂 钢 绞 线 成 品索， 标 准 强度 为 1 8 6 0 M P a ， 锚具采用可更换索式的 T S K 1 51 2型 锚具。钢绞线束公称截面积为 1 6 8 c m ， 单位重 量为 1 4 8 k g m， 索体单位重量为 1 6 1 k g m， 拉索 外径为 8 4 m m， 破断索力为 3 1 2 5 k N 。A 1 号索为 2 2 短索， 根数为2根， A 2 号索为长索， 根数为2根。 ( 4 ) 体外预应力张拉要点： 分批、 分级、 两端对称张拉， 先短曲线索后 直线索， 采用张拉力和伸长量作为双控 ， 最后锚 下控制应力为 0 6 5 X 1 8 6 0 M P a=1 2 0 9 M P a ， 单束 张拉力 2 0 3 1 k N。 短索( A 1 ) 伸长量为 1 3 5 c m， 长索( A 2 ) 伸长 量为 3 1 1 c m。 张拉时间安排在 晚上 车流量 比较小 的 9 ： 0 0 至次 13凌晨 。 张拉 分 级 如 下 ： 0 1 0 P_ 0 2 P 0 4 P 0 6P_ 08 P 0 9 P_ P。 ( 5 ) 张拉机具的选择 i 本工程体外索设计张拉力为 2 0 3 l k N， 选择 Y C W2 5 0 B型千斤顶进行 张拉 。由于本钢绞线属 于环氧涂层 钢绞 线 ， 且 张拉长度 较大 ， 总伸长 量 也较 大 ， 根 据 选 用 的 千 斤 顶 行 程 ( 最 大 行 程 1 5 c m ) ， 为了消除每次千斤顶 回油对工作夹片的 伤害( 有环氧涂层材料粘住夹片螺纹) ， 采用悬浮 张拉支架对工作夹片防护。 图 1 体外预应力束张拉 ( 6 ) 体外索的防护。预应力钢束张拉完成 后， 为了保证体外索的锚固安全可靠 ， 在锚具连 接筒内灌注环氧砂浆进行锚固， 安装锚具防护罩 并涂刷防腐油脂封锚作业。 为了保证管道压浆质量， 采用活塞式灰浆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 4 期魏汉锋， 黄汉中 大跨度预应力混凝土连续箱梁长期下挠和开裂加固技术总第 1 1 8 期 泵 。为保证连接筒 中充满环 氧砂 浆 ， 关 闭出浆 口 后 ， 保持一个稳压期 ， 并带压封 闭进浆孔 。 锚具保 护罩 安装 。用砂 轮切 割机 切 除多余 的钢绞线 ， 然后安 装锚具 保 护罩 ， 并 将 与锚垫板 接触面的 四周进行 密封 。锚 具保护 罩表 面需要 进行防腐涂装处理。 ( 7 ) 减震器安装 。为了降低体外索振动对结 构的不利影响， A 1 短索下安装减震支座， A 2长 索安装减震器。 安装减震器 时先在箱梁底板顶面凿 除 1 5 c m 2 c m厚 的水 泥 浮浆 ， 在需 种植 钢筋 处钻孔 ， 种 植锚固钢筋 ， 焊接 钢板 、 安装 支架 、 安装 索夹 ， 最 后栓接索夹及支架 。 ( 8 ) 施工监控 ： 张拉过程 中对新增齿板 区域、 原底板裂缝 、 应力 和挠度 进行监 测 ， 以防意外发 生， 并检验加固效果。为提高监测索力 的精度， 索力测试方法采用磁通量传感器法。 3 5 加 固施工工艺特点 ( 1 ) 为 了 避 免 混 凝 土 的 开 裂 和 轻 骨 料 上 浮 ， 采取了“ 双掺” 、 平板振捣器和加强养生等 措施 ； ( 2 ) 为了避免预应力张拉时， 齿板因应力集 中而开裂 ， 采取加强构造措施 、 外加抗裂剂 ； ( 3 ) 体外预应力张拉采取分批 、 分级 、 对称两 端张拉 ， 晚上半 幅全封闭交通施工 。实行 了施工 监控 。 4 交通组 织 ( 1 ) 桥面铺装施工交通组织方案从技术和管 理角度进行 比选 ， 最终 采用单幅分车道封 闭施工 的交通组织 方案 。每一 车道 养生 时间 1 4 d后 开 放交通 ， 同时封闭另一车道进行施工 。 ( 2 ) 体外预应力施工交通组织方案， 为确保 结构安全和行 车安全 ， 张 拉过程 中 ， 单 幅交通 全 封闭， 即晚上施工， 一幅交通封闭后， 另一幅双向 分车道通车。 5 加 固效果评价 主跨采用 L WA C桥面铺装， 可以使主跨跨中 截面上缘压应力 减少 0 4 MP a左右 ， 下 缘拉应力 减少 0 5 M P a 左右。而施加体外预应力可以使主 跨跨中截面上、 下缘分别产生 0 4 M P a 和 1 9 M P a 的压应力。 加 固完成后各截面 中性轴高 度明显上升， 桥 面铺装参与了结构受力， 结构整体刚度有了一定 程度的提高。在试验荷载作用下各截面测试指 标均正常， 加固后汾江大桥主桥满足设计荷载汽 一 超 2 0、 挂 一1 2 0的正常使用要求。 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 张树仁 ， 王宗林桥梁病害诊断与改造加固设计 M 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 6 3 公路桥梁加 固设计规范 J T J T J 2 2 2 0 0 8 S 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 8 4 公路桥涵加 固施工规 范 J T J T J 2 32 0 0 8 S 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 8 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 92 5 ) Re i nf o r c e m e nt t e c hno l o g y f o r l o ng - t e r m de fle c tio n a nd c r ac k i n g o f t he l a r g e s pa n pr e s t r e s s e d c o n c r e t e c o ntin uo us bo x g i r d e r WE I H a n- f e n g ， H U A N G Ha n z h o n g ( 1 ， G u a n g d o n g P r o v i n c i a l F o k a i E x p r e s s w a y C o ， L t d ， F o s h a n 5 2 8 0 0 0 ； 2 G u a n g d o n g H u al u C o m m u n i c a t i o n s T e c h n o l o g y C o ， L t d ， G u a n g z h o u 5 1 0 4 2 0 ) Ab s t r a c t ：I n v i e w o f t h e d i s e a s e s o f l o n gt e r m d e fl e c t i o n a n d c r a c k s a t t h e b o t t o m a n d We b c o n c r e t e o f t h e l a r g e s p a n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b o x g i r d e r i n o p e r a t i o n，t h e r e i n f o r c i n g me t h o d c o mb i n i n g e x t e ma l p r e s t r e s s i n g wi t h l i g h t w e i g h t c o n c r e t e l o a d r e d u c t i o n h a s b e e n b r i e fl y i n t r o d u c e d Ke y wo r d s ：l i g h t we i g h t c o n c r e t e；e x t e r n a l p r e s t r e s s i n g 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m