箱梁加固技术在高架桥中的应用
2013-04-12 来源：中国鸣网
一、箱梁加固的背景
桥梁是确保公路畅通的咽喉，而其承载能力和通行能力，更是沟通全线的关键。然而有时因为设计施工的某些不合理性，需要对桥梁重新进行加固处理。相应地，自20世纪七、八十年代以来，桥梁加固技术在世界范围内已成为桥梁建设中的一项重要研究课题。大量的文献表明，桥梁加固能带来明显的经济效益和使用价值。
二、工程简介
仙岳路是厦门市东西走向的快速路，连接厦门岛的两条重要出岛通道——翔安隧道与海沧大桥，与成功大道构成厦门市道路网的主要干道。根据厦门市仙岳路改造工程的总体部署，改造部分的仙岳路段有三座跨线桥：嘉禾路跨线桥、莲岳路跨线桥、湖滨东路跨线桥。这三座跨线桥施工设计为采取顶升的方式调整现有跨线桥的标高和曲线，从而实现与新建高架桥的相接。由于桥梁顶升后箱梁顶面高程与设计高程仍存在一定的差值，为使改造后的桥梁纵断面现行满足快速路要求，需通过设置混凝土调平层来调整，设置后最大调平层厚度为41cm。由于调平层较厚，势必增加箱梁自重，经过对现状混凝土箱梁进行检算后，边跨原有预应力布置不能满足受力要求，必须对既有箱梁的边跨进行加固处理，加固方案采用体内预应力法。
三、施工方案
本次改造工程共涉及第五联（湖滨东路跨线桥第一联）、第三十联（福厦路口跨线桥第一联）两联，第五联为4×35m预应力混凝土箱梁，第三十联为4×36m预应力混凝土箱梁。其中两联的两个边跨需要进行体内预应力加固。在每个边跨的每条中腹板两侧布置2束12φs15.20mm型预应力索，按体内预应力束布置，即沿箱梁纵向设置一道纵梁，将预应力束包裹在内。预应力束端部设置齿块，张拉锚固后，对预应力管道进行压浆处理。
第五联两个35m跨每箱室均布置2束预应力索，每束26.5米长，共有三个箱室，共计12束，第三十联两个35m跨每箱室均布置2束，每束27.5米长，共有三个箱室，共计12束。预应力束采用抗拉强度标准值f p k =1860Mpa的高强低松弛钢绞线，锚下控制应力σcon=1300Mpa ,锚具采用15-12型群锚系统。新增纵梁通过植筋与箱梁底板连接在一起，植筋间距在端部2米范围内为10cm ,中间段为30cm，钢筋直径φ16，抗拔力不小于40KN。纵梁混凝土采用C55混凝土。
四、施工工艺
箱梁加固的施工流程为：施工准备→箱室内凿毛清理→植筋→绑扎钢筋，预埋波纹管和喇叭管→穿预应力钢束→安装纵梁模板→浇筑纵梁混凝土→（待桥梁顶升完成后）进行预应力张拉、锚固→压浆、封锚。
箱梁加固具体的施工工艺如下：
1.施工准备：
（1）施工前，为便于人员施工，需在各联桥面每箱室的适当位置各凿2个人孔，凿人孔时尽量避开预应力及普通钢筋，人孔设在顶板1/4跨处。
（2）各项临时设施、动力、照明、通风、安全设施、施工机具、人员进场。
（3）所用的原材料，严格按设计要求和规范规定进行检测。
2. 箱室内凿毛清理
根据设计图纸对每道预应力纵梁进行放样，然后用空压机进行凿毛，清理。
3.植筋
（1）钻孔
根据设计图纸测出植筋位置，弹出十字线进行中心标记，植筋间距在端部2米范围内为10cm,中间段30cm。钢筋直径为φ16，钻孔直径为φ20。根据测量的准确位置，用专业钻具钻进。钻孔时保证孔道顺直，钻孔深度21cm，植筋深度20cm。钻孔时注意避开梁体钢筋，所有钻孔位置设计时已经考虑了避开既有箱梁的预应力钢筋。钻孔时，钻头必须始终与钻孔面保持垂直。
（2）清孔
钻孔完成后，可进行清孔操作。清孔的目的是要吹清孔内粉尘，采用专用毛刷和吹风机配合进行。清孔时用“四吹三刷” 法，即先吹清孔浮尘，然后用专用毛刷清刷孔壁，清刷时毛刷在孔内抽拉转动，如此反复吹刷，清理干净孔内粉尘。质量控制关键为孔洞必须清扫干净，以增强孔壁与结构胶的粘结力。
（3）钢筋处理
钢筋采用钢丝刷除去表面铁锈和氧化层。质量控制关键是钢筋植入部分表面干净，以增加与结构胶的粘结力。
（4）注胶
清孔完毕及时进行注胶，避免杂物掉落堵孔。植筋胶采用天力信注射式植筋胶TLS-200，根据产品说明书确定具体方法，一般液体状胶可用手持式自动压力灌浆器进行注胶操作。拉动拉杆，将植筋胶拌合物吸入内囊，注胶时要注意排除钻孔内的空气，将注胶嘴伸入钻好的植筋孔孔底，推动拉杆使胶料注入孔内，边推拉杆边向孔外拔灌浆器，直至灌浆器注胶嘴抽出至离孔口1/3孔深时方可停止注胶，以植入拉结筋后胶液略有被挤出为度。一次植筋胶拌合物注胶完成后，应把套筒、弹簧、拉杆用丙酮清洗干净，以利再用。质量控制关键是从底开始注胶，胶体不得有气泡存在。
（5）植筋：植筋应在注胶完成后立即进行。为保证胶体饱满，注胶完成后，将加工好的N1钢筋或N2钢筋缓缓旋转插入植筋孔，并调整到竖直位置。操作时要边插入边沿一定方向转动多次，以使植筋胶与拉结筋和混凝土孔壁表面粘结密实。拉结筋要插入孔道最深处，常温下保证一天不扰动。质量控制关键是钢筋必须缓慢旋入。
同时，对所植钢筋进行抗拔试验，确保其抗拔力满足设计要求（单根40KN），抽检频率为1%且不小于3件。
4.绑扎钢筋、安装波纹管
对桥面加工成型好的钢筋进行系统编号，按梁段施工顺序，由人孔进入箱体进行绑扎。为保证预应力管道位置和曲线形状符合设计要求及浇筑砼后管道顺畅，施工中对波纹管的安装要十分小心谨慎，严禁施焊或用力碰撞挤压。管道接长可用略大一些的波纹连接管套接，连接管长度约需接长管道内径的6倍，将接缝处用防水胶带裹紧。
为保证预应力管道定位准确牢固，严格按施工图所示的钢束大样设置定位钢筋的纵向间距（直线段≤100cm、曲线段≤50cm）。为了防止浇筑时上浮，拟用“井”字形定位架，将管道与钢筋骨架固定，管道轴线必须与锚板端面垂直。
5.穿预应力钢束
用切割机将钢绞线按设计长度（包括两端工作长度）切割下料。
穿束前先用压力空气机吹净孔道，使孔道畅通无水份和杂物。穿束后，检查波纹管道是否有破损，若有破损利用封箱纸及时修补、防漏。排气管、压浆管设置在管道两端。
6.安装纵梁模板
采用木模板，模板在现场拼装，模板的接缝必须密合，如有缝隙，采用107胶堵塞严密，以防漏浆。
7.浇筑纵梁混凝土
纵梁混凝土采用C55混凝土。
浇注砼时，采取汽车泵送至桥面人孔内再辅助人工浇筑。
1）砼泵送前先泵送清水润湿管壁，再泵送砂浆洗涤管内残余沾粘物，以减少管壁对砼的摩阻力。
2）保持泵送的连续性，每间隔10min泵送一二个行程，以防产生堵管，一旦发现堵管，及时进行排除，
3）砼采用插入式振捣器振实。
8.预应力张拉、锚固
当箱梁的顶升工作全部完成，纵梁混凝土强度达到设计强度的90%，且龄期达到7天以后,便对梁体进行张拉。张拉时采用张拉力与引伸量来进行双控，当张拉力达到控制力时，实际引伸量应控制在理论引伸量的±6%范围内，若超出范围则应暂停张拉，等查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。
张拉程序:0→初应力10%σcom →20%σcom →σcom （持荷2min锚固） →大小油缸回零
预应力束在张拉控制应力达到稳定后千斤顶回油锚固，锚固后的预应力束外露长度不得小于30mm，多余的预应力钢绞线用砂轮切割机割除。
预应力钢束张拉时要尽量避免出现滑丝、断丝现象，应确保在同一截面上的断丝率不大于1%，而且限定一根钢绞线断丝不得超过1根。
9.压浆、封锚
（1）压浆
真空压浆的施工：压浆之前，在孔道的一端采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使之产生0.08Mpa以上的真空度，然后用压力泵以≥0.7Mpa正压力将水泥浆从孔道的另一端压入，直至充满整条孔道。由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡，同时由于孔道与压浆泵之间的正负压力差，有效提高了预应力孔道压浆的饱满度和密实度。
（2）封锚
管道压浆完成、水泥浆达到设计强度后，安装封锚钢筋网片并与锚板连接，安装模板，进行封锚混凝土灌注。封锚混凝土强度与梁体强度相同，坍落度为8～10cm为宜，宜采用5～10mm骨料，振捣应密实，浇注后应进行有效养护，防止出现裂纹。
封锚工序为：锚穴周边混凝土凿毛→清扫并湿润→混凝土填塞→抹平表面
五、施工注意事项
1.由于箱梁底板只有25cm，而植筋钻孔深度为21cm，故在钻孔时要采取措施控制好钻孔深度，避免钻机钻穿底板。
2.在对纵梁进行凿毛时由于会产生较大的粉尘，而箱室内空间较狭小、呈封闭式结构，只靠几个人孔通风，故凿毛前施工人员要带好口罩，并事先在人孔位置安置鼓风机，做好通风排尘措施。
3.在对纵梁混凝土进行浇筑时由于正值夏季，同时浇筑混凝土时会产生较大的水化热，工人在箱室内浇筑混凝土时要做好降温措施，浇筑时间尽量选择在晚上，同时浇筑前在箱室内要事先放好冰块，以起到降温效果。
六、结语
本文以仙岳路高架桥箱梁加固工程为实例，介绍了体内预应力技术在箱梁加固中的应用和具体的实施方法，以及在施工中所需要注意的相关事项，给国内其它类似工程起到了借鉴和参考的作用。同时，实践表明，采用体内预应力技术进行箱梁加固的效果是显著的，它具有预应力筋张拉方便、锚固结构简单、结构耐久性高等特点。
