有粘结预应力在桥梁加固中的应用
2015-07-06
1 引言
有粘结预应力加固体系是采用锚固于梁体上的高强度钢丝或小直径粗钢筋，对梁体施加预应力，然后喷注具有一定抗拉性能的复合砂浆，依靠喷注的高性能复合砂浆，将预应力钢筋与被加固梁体粘结为一体，从而对结构进行加固的一种预应力加固体系。用于有粘结预应力体系的预应力钢筋，可采用2股或3股钢绞线、高强螺旋肋钢丝、小直径精轧螺纹钢等国产钢材。复合砂浆的高抗拉性能是控制结构抗裂性，保护后加预应力钢筋免于锈蚀的前提。
2 工程概况
某上跨天桥上部结构为6×25m预应力混凝土先简支后连续箱梁，下部结构为柱式墩，钻孔灌注桩基础，桥梁宽度为7.0m（净宽）+2×0.5m（防撞护栏），汽车荷载等级公路—Ⅱ级。每孔上部横向由2片预应力混凝土箱梁组成，梁高140cm，梁宽345cm，桥面横坡为双向1.5%。受超高超限车辆剐撞，造成天桥第4孔箱梁梁底被撞漏，混凝土脱落，普通钢筋多断裂，预应力钢束受损严重。经过鉴定和分析，受损箱梁已经丧失了绝大部分承载能力，结构已处于不安全的状态，必须对天桥进行改建或重建。
综合各方案的桥型结构、经济性以及对公路运营的时效性影响等方面的优缺点，提出如下抢修方案：对原第3、4孔预应力混凝土箱梁进行拆除，更换为2×25m封闭式钢箱梁，充分考虑公路后期养护需要，加强对天桥病害的监控，做好观测记录，制定科学、完善的施工组织方案和交通组织方案，确保公路行车的安全畅通。
第3、4孔上部箱梁拆除后，第2、5孔箱梁由中跨变为边跨，根据结构验算，按A类预应力混凝土构件设计时，最不利荷载组合下，下缘最小正应力出现在第2、5跨靠近跨中处为-2.36Mpa，大于规范要求的-1.855Mpa，跨中混凝土拉应力不满足规范要求，因此需要对原第2、5孔预应力混凝土箱梁进行加固措施。
3 加固设计方案
3.1 加固方案的比选
在对第2、5孔预应力混凝土箱梁进行加固设计时，提出2种预应力加固方案。
3.1.1 对箱梁进行体外预应力加固方案
通过增设体外预应力钢束进行加固，预应力束布置在距箱梁跨中底板底面0.2米的位置，采用水平钢束，通过齿板转向并锚固。共增设2束ES2 15-3的体外预应力钢束，锚下张拉控制应力为1023MPa。
3.1.2 对箱梁进行有粘结预应力加固方案
通过增设有粘结预应力钢束进行加固，预应力束布置在箱梁底板底面位置，采用水平钢束，通过钢齿板转向并锚固。共布设8根1×3 -10.8-1860- GB/T524-2003的单束钢绞线，锚下张拉控制应力为1116MPa。钢束张拉结束后喷注高性能抗拉复合砂浆，将预应力筋与梁体粘结为一体，构成有粘结预应力系统。
3.1.3加固方案的确定
体外预应力加固所需设备简单，人力投入少，施工工期短，经济效益明显，能够较大幅度的提高桥梁承载力。但在进行体外预应力加固施工时，首先需要在箱梁顶板开孔，然后在箱梁内部植筋，增设齿板和减震器，进行体外预应力钢束张拉，最后还要对顶板开口进行封闭。施工主要工序要在箱梁内部进行，而箱梁内部本身净空只有100cm左右，施工空间过于狭小，人员和设备不好操作。有粘结预应力加固施工可操作性大，施工难度较小，结构自重增加很少，却能大幅改善和调整原结构的受力状况，提高承重结构的刚度和抗裂性能，加固效果较好。
经过造价和结构分析计算，最终确定采用有粘结预应力体系加固箱梁的方案。
3.2有粘结预应力加固施工
3.2.1 施工流程
在箱梁底板定位→ 测定箱梁底板钢束、钢筋位置→ 钢齿板放样→ 植筋孔钻孔及孔内处理→ 植入锚筋→ 粘贴、锚固钢齿板→ 穿布体外预应力钢束→ 张拉并锚固体外预应力钢束→ 喷注高性能抗拉复合砂浆→ 表面平滑处理。
3.2.2施工工艺及要点
3.2.2.1 测定箱梁底板钢筋、预应力管道位置：根据设计图纸所示钢齿板在梁底具体位置，先用钢筋保护层仪测定底板钢筋、预应力管道在该处的位置（同时对照原设计竣工图），用记号笔标明。
3.2.2.2钢齿板放样：根据实际探明的钢筋、预应力管道在钢齿板范围内的位置，按设计图纸所给出齿板的位置及尺寸进行平面放样（如有冲突，可适当调整）。精确放出钢齿板锚栓的具体位置，植筋孔应位于底板钢筋网及预应力管道的空隙内，确保钻孔不会损伤底板预应力管道和钢筋。梁体上钻孔准确定位后，应将其位置反馈至粘贴钢板加工，并据此在钢板上定位钻孔。
3.2.2.3钻孔及孔内处理：采用专用电锤或振动小的施工工艺，以保证不损伤结构，钻孔施工垂直于锚栓部位的结构混凝土。根据设计图纸布置，在锚栓钻孔位置用电锤钻深度不小于设计要求深度，直径约为20毫米的盲孔，用压缩空气清除孔内浮尘。注意孔内浮尘的清理必须由孔底向孔口清理（硬质排气管插入孔底，再后拔1～2厘米）。检查钻孔深度和直径，并用需要植入的螺栓试插，种植锚筋孔深及孔径必须满足设计要求。
