浅议预应力砼箱梁箱体加固技术
一、概述
某特大型桥梁,全长2352m,主桥上部结构为双幅单箱单室预应力混凝土连续箱梁,跨径组合为65+100+65m。设计荷载:汽超-20级,挂车-120级。主桥变截面箱梁高度介于220～560cm之间,箱梁顶板厚25cm,腹板厚42cm,底板厚度介于18～80cm之间变化。
桥梁经过若干年运营后,出现了箱梁截面开裂、跨中下挠等病害,且病害日趋严重。
二、主要病害及成因分析
该桥主要病害如下:
（1）该桥在前期检查中发现边跨及中跨腹板出现近45°斜裂缝,中跨跨中合拢段出现U形裂缝,裂缝贯通左右腹板,历次检查结果对比显示该桥原有裂缝继续发展且不断有新的裂缝产生。
（2）原线形测量结果显示,以设计标高为参照并考虑基础沉降后,左幅主桥跨中下挠较多,预应力损失较为明显,主跨跨中截面预应力度不满足全预应力结构的要求。
（3）实际桥面铺装厚度过大,且沥青铺装厚度分布离散严重,实际铺装厚度非常不均匀,并且分布在主跨跨中附近。
经分析,施工误差引起箱梁恒荷载过大及汽车超载等因素导致箱梁预应力度不足,是箱梁下挠的主要原因。
三、连续箱梁体外索加固施工
3.1 箱梁体外索布置
箱梁加固采用的体外预应力钢束为两股沿底板的曲线束和两股箱内的直线束。
底板束锚固构造特点:在箱梁底板两侧四分之一跨的位置浇筑新齿板,通过在箱梁底板凿出剪力槽,新旧混凝土接触面种植钢筋,使结构共同受力。底板束均通过齿板锚固于底板上并靠近底板布置。直线长束则锚固于主墩墩顶对应的横隔梁上。
3.2 体外索加固施工总体工艺
（1）根据设计要求,在设置齿板处植入直径16mm的钢筋,植入深度为20cm,并与齿板钢筋焊接,设置可更换索式的TSK15-12型锚具,外径为102×5mm的钢管。预应力钢束轴线应与锚垫板垂直。
（2）齿板混凝土按照设计要求强度进行配合比设计。齿板混凝土采用商品混凝土。7天强度大于80%的设计强度,28天强度大于50MPa。每立方米齿板混凝土内掺入钢纤维78.5kg,掺入纤维素纤维0.9kg。为尽量减少车辆震动影响混凝土初凝以及新老混凝土的结合效果,浇筑前进行充分准备,确保一次浇筑成形,不允许产生施工缝。混凝土浇筑过程中封闭桥面交通。混凝土浇筑采用地泵接管泵送工艺。
（3）体外索的张拉顺序为先张拉主梁底板曲线短束A1号束,后张拉主梁底板直线长束A2号束。
3.3 体外索安装工艺
（1）按照设计图纸计算无粘结钢绞线下料长度,在厂内进行无粘结钢绞线的切断下料工作。下料长度的计算应考虑钢束曲线长、锚夹具长度、千斤顶长度及外露工作长度等因素。
（2）布索完成后,按图纸要求在相应位置设置减震器或减震支座。
（3）穿束前首先要准确计算张拉端的PE护套剥除的长度,无粘结预应力筋张拉段范围内PE层先行去掉,将内部油脂全部清除干净,以确保夹片与钢绞线的咬合。穿束过程中必须小心,防止碰坏刮伤体外索的索体PE护套。穿束完成后方能安装锚头。千斤顶及其辅助设备（如工作锚、限位板、悬浮式张拉支撑撑脚）要求配套安装与使用,相关的加工尺寸及参数须准确一致。
3.4 体外索张拉工艺
（1）体外索张拉原则
混凝土养护龄期达7天及混凝土强度达到设计强度的90%后,方可张拉预应力钢束。
张拉过程实行分级张拉工艺,最后锚下控制应力为1209MPa。根据体外索设计张拉力,选择YCW250B型千斤顶进行张拉。
张拉荷载采用“双控”法进行控制,预应力钢束的张拉顺序,应使结构基本上保持受力均匀、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。
（2）第一对索的张拉
将第一对索作为试验索进行张拉。选择2根编号为A1的短体外索做为试验索。为了保证第一对索张拉施工的安全,张拉过程需分级进行。
考虑到桥梁通车过程中有一个动菏载的作用,使得齿板张拉完成后的混凝土开裂有一个过程,第一对索张拉完成后需根据具体情况再观察1天,以观察裂缝是否产生与已出现的裂缝的开展情况。张拉前后观察过程确保连续进行,并记录观察结果。
（3）另一对体外索的张拉
根据第一对索的张拉情况与观测结果,来安排另一对索的张拉施工。为了保证张拉施工作业安全,另一对索的张拉时参照第一对索张拉工艺也分级进行。
3.5 体外索防护工艺
体外索张拉完成后,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。
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四周进行密封。锚具保护罩表面需要进行防腐涂装处理。
四、体外索加固过程的施工监控
4.1 监控内容
（1）裂缝监控
该桥运营阶段在中跨跨中附近腹板出现了斜裂缝,加固过程中随着不同施工阶段的进行,裂缝会出现不同的反应,为掌握结构加固过程中过程中梁体裂缝的闭合情况,选取主要截面的典型裂缝进行监测。根据前期检查结果,在跨中两侧各选取2条裂缝进行监测。裂缝测点随预应力张拉分级测试。
（2）桥面线形监测
桥面线形测量点取用原防撞墙上布设的长期观测点,在边跨的L/4及中跨的L/8断面布设线形测点。
（3）预应力筋永存应力监测
为获得体外预应力束张拉后产生的有效预应力值,为后期运营阶段预应力筋的二次张拉提供依据,在体外预应力束上安装磁通量传感器以测试预应力筋的实际预应力值。每根体外预应力束安装两个传感器,全桥合计共安装8个磁通量传感器。
4.2 监测工况安排
（1）重做桥面铺装前后,完成以下测试:桥面线形测试与A截面内埋应力测点测试。
（2）张拉A1体外预应力束过程中完成以下测试:桥面线形测量;A、B、C截面外贴测点安装测试及内埋测点测试;D、E截面裂缝监测测点安装测试;锚下应力监测磁通量传感器测试。
（3）张拉A2体外预应力束过程中完成以下测试:桥面线形测量;A、B、C截面外贴测点安装测试及内埋测点测试;D、E截面裂缝监测测点安装测试;锚下应力监测磁通量传感器测试。
五、结束语
该变截面连续梁桥梁体采用增设体外索等维护加固措施,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,维持桥梁的运营桥面线形,在试验荷载作用下各截面测试指标均正常。加固后满足设计荷载汽-超20、挂-120的正常使用要求,延长了桥梁的使用寿命,确保了运营期间桥梁结构的安全,该工艺对旧危桥加固维修领域应用推广价值较大。
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