单箱单室预应力混凝土连续箱梁桥加固方案及施工控制要点.pdf

第 2 9 卷 第4 期 2 0 0 9年 8月 中 外 公路 1 1 9 文章 编号 ： 1 6 7 1 2 5 7 9 ( 2 0 0 9 ) 0 4 -0 1 1 9 -0 3 单箱单室预应力混凝土连续箱梁桥 加固方案及施工控制要点 吕建华 ( 河南新欣高速公路有限公司 ， 河南 驻马店4 6 3 4 1 6 ) 摘要 ： 某 5 x4 5 m单箱单室预应力混凝土连续箱梁桥建成交付使用 8 年后 ， 由于多种 因素的影响 ， 出现裂缝 、 混凝土剥落等病害 ， 使大桥的承载能力降低 ， 严重威胁桥 梁的正常使 用。该文简述了该桥梁加固维修所采用的施工方法， 可为同类工程的施工提供借鉴。 关键词 ： 预应力 ；混凝土箱梁 ； 加固 1 桥 梁概 况 某单箱单室预应力混凝土连续箱梁已运营 1 2 年 ， 是一座高架桥梁 ， 上部结构为 5 4 5 m 单箱单室预应 力混凝土等高度、 变截面连续箱梁桥， 用顶推法施工 ； 下部结构为钢筋混凝土墩台， 桥高 5 0 m( 图 1 ) 。 5 4 5 0 0 ( b )立面图 ( b )横断面图 图 1 某桥桥型图( 单位 ： c m) 2 桥梁的养护及病害普查情况 在大桥投入使用后 ， 桥梁养护部门通过定期 的病 害调查 ， 对桥梁病害发展进行观测。2 0 0 0和 2 0 0 2年 大桥病害普查报告显示 ： 上部结构各孔梁腹板都出现 了不 同程度的病害 ( 裂缝 ) ， 其 中第 3孔箱 梁底 板 出现 了 2 道通长的水平裂缝， 个别部位钢绞线裸露。 由于这些病害可能使大桥不能安全地在设计荷载 下正常运营， 大桥的承载能力降低， 严重威胁桥梁的正 常使用。2 0 0 3年公路科研部门对该桥进行 了静载试 验 ， 经过 5 种工况荷载的加载、 卸载 ， 计算得知桥梁整 体刚度低于设计计算刚度约 2 o 。 3 桥梁加 固方案 3 1 加 固 目标 ( 1 )确保该桥满 足正常使用 情况下 结构 的极 限承 载力 。 ( 2 )改善箱梁腹板的主拉应力情况 ， 避免裂缝进 一 步的发展。 ( 3 )增大箱梁最小压应力储备， 增大安全储备。 3 2 加 固前桥梁外观病 害的调查情 况 ( 1 )高架桥南半幅第一、 五跨箱梁腹板斜裂缝较 多、 第三、 五跨箱梁腹板斜裂缝较严重 ， 尤其第五跨贯 穿底板裂缝最多， 裂缝与水平方向夹角为 3 0 。 4 5 。 ， 其 他各跨情况较好 ， 裂缝 以主拉应力引起的混凝土开裂 为主， 裂缝宽度较宽。 ( 2 )高架桥北半幅裂缝主要分布在墩台附近， 裂 缝与水平方向夹危约 3 o 。 4 5 。 ， 裂缝以主拉应力引起 的混凝土开裂为主， 北幅桥梁状况较好于南半幅桥梁。 ( 3 )北半幅桥体存在多处混凝土崩落现象。形成 原因在于局部混凝土开裂后 ， 遇水容易使钢筋产生锈 收稿 日期 ： 2 o 0 8 1 o 一2 5 作者简介 ： 吕建华 ， 男， 大学本科 ， 高级工程 师 e ma i l ： l u j i a n h u a l i v e c n 1 2 0 中 外公路 第 2 9卷 蚀 ， 钢筋锈蚀膨胀引起混凝土崩落。 3 3主要加 固措施 ( 1 )增设体外纵 向预应力弯起钢束 。在箱体内侧 布置体外纵向预应力弯起钢柬来提高桥梁的承载力及 减小腹板主拉应力 ， 使加 固后 的高架桥达到公路 i级 的荷载标准 ， 并保有一定的安全储备。 ( 2 ) 增 强腹板 。通 过粘贴 钢板 、 碳 纤维 、 增 大腹板 尺寸等措施增强腹板抵抗主拉应力的能力。 ( 3 )裂缝处理。裂缝宽度0 1 mm 的裂缝采用 压浆法进行修补， 裂缝宽度0 1 mm 的裂缝采用封 闭法进行修补。 ( 4 )掉块 、 露筋的处理。将钢筋的锈迹清除， 并把 松动的混凝土凿去、 洗净， 用环氧砂浆修补。 3 4 加 固施 工顺序 各跨 旧混凝 土 接 触面 清 除松散 层 、 浮灰 、 油 污 ， 并 用高压水对基面冲洗， 保证基面洁净。 ( 1 )采用压浆或封闭法修补箱梁内、 外部裂缝 。 ( 2 )在各跨转 向板位置钻孔植入锚固钢筋 ， 布设 钢筋并浇 筑混凝 土 。 ( 3 )由第一跨向第五跨( 接导梁端为第五跨) 逐跨 交替对称张拉箱体内部体外弯起预应力钢束。 ( 4 )逐跨逐段在腹板打铆钉孔， 铆粘钢板， 植入拉 结 筋挂钢筋 网片 。 ( 5 )由 中跨 向边跨 腹板 内侧 支模 浇筑 水泥基 灌 浆 材 料 。 ( 6 )箱梁腹 板外侧 粘贴碳 纤维 。 ( 7 )在箱梁底板表面刷界面剂 ， 抹一层 1 c m 厚的 修补砂 浆挂 1 2 1 5 0 c mx 1 5 0 c m 网片 防止 面层 脱 落。 3 5 加 固施 工 阶段 对交通 的影 响 在加 固施 工过 程 中 除 了张拉 预应 力 施工 阶段外 ， 其余加固施工阶段均可不 中断交通， 但需要尽量减小 车辆作用荷载， 减少 车辆震动影响新老结合面的结合 效果 ， 故采取如下措施 ： ( 1 )桥上车辆荷载应 限制为公路 i级双车道标 准， 并限速慢行( 4 0 k m h ) ， 保持不少于 2 0 m的车距 。 ( 2 )施工期间， 要加强交通控制。 ( 3 )对重车应预先通知绕道或控制为单车过桥。 4 加 固施 工及检验要点 4 1裂缝的处 理 对缝宽小于 0 1 mm 的裂缝采用表面涂刷环氧树 脂浆 液封缝 处 理 ， 对 缝 宽 0 1 mm 的裂缝 采 用 压 浆 处理 。 ( 1 )表面封闭具体措施 清理裂缝处构件表面， 用丙酮或二 甲苯或酒精擦 洗 ， 待干燥后用 排笔反复 涂刷环氧浆 液， 每 隔 3 5 mi n涂刷 一次 ， 涂 层厚度 达 1 mm 左右 为止 。 ( 2 )压浆修补裂缝 工 艺 ： 裂 缝处理一 埋 设 灌浆 咀一 封缝 一 封 缝检 查 一配制浆液一灌浆一封 口处理一检查灌缝前应首先对 裂缝进行处理， 先用钢丝刷 、 角磨机清除裂缝表面的灰 尘 、 浮渣 、 松散层 ； 然后用 空压机 将裂缝 中混凝 土碎屑 、 粉尘 清 除干净 ； 再 用毛刷 蘸丙 酮溶 液 ， 把 沿 缝两 侧各 5 c m宽范 围擦洗干净 ， 并保持 干净 。沿裂缝方 向每隔 3 5 0 5 0 0 mm 骑缝 埋设灌 浆 咀 ， 当从 1个灌 浆 咀灌 浆 时， 其他灌浆咀可当作排气 咀使用。将灌浆咀先 固定 在预定 的 位 置 上 ， 在 灌 浆 咀 四 周 及 外 表 面 用 厚 约 5 mm 的建筑结构胶将灌浆咀密封 、 粘结好。先用结构 胶将 裂缝 表面填平 ， 然 后在 裂 缝 上涂 一 层厚 5 mm 左 右、 宽 5 0 mm 的结构胶 ， 结构胶涂抹时应防止产生小 孔和气泡 ， 保证裂缝、 灌浆咀封闭可靠。裂缝封闭后应 进 行压气 试漏情 况 ， 检查 密 闭效 果 。待 封缝 结 构胶 具 有一定 强 度 时 ， 一 般 定 为 2 4 h 。沿 裂 缝 涂 一 层 肥 皂 水 ， 从灌浆咀通入压缩空气 ， 凡漏气处应进行修补， 直 至不 漏气 为止 。采 用空 压 机 、 专 用 灌浆 压 力罐 及 注 浆 管组 成 的灌浆 系统 ， 按 自下而上 的次 序 ， 连接 到注浆 咀 上 ， 逐个灌浆 ， 灌浆压力为 0 2 0 4 mp a 。灌浆停止 的标准 为吸浆率 小 于 0 0 5 l mi n ， 再继 续压 注 浆 液 5 mi n即可停止灌浆， 关 闭进浆 咀阀门， 并封闭该灌浆 咀。灌浆结束后， 应及时清洗管道和灌浆设施 。待缝 内浆液达到初凝而不外流时， 可拆下灌浆咀， 再用结构 胶把灌浆咀处抹平 、 封牢 。灌浆结束后 ， 应检查补强效 果 和质量 ， 发现缺 陷及 时补救 ， 确保工 程质量 。用压缩 空 气或压 力水检查 灌缝 是否 密实 ； 对 灌缝胶 、 封缝胶 进 行 现场 抽样检 验 。 4 2 铆粘钢 板 通过在构件外部用结构胶粘贴钢板， 并用异形铆 钉将钢板铆接于构件表面 ， 使钢板与构件协 同作用共 同承担荷载， 起到增加构件钢筋的作用 ， 提高构件抗冲 击和动载性能 ， 从而达到对原构件加固的目的。 粘钢工艺过程： 钢板条制作一混凝 土面和钢板面 处理一配胶一涂胶一钻孔、 打铆钉固定钢板一检验 。 4 3粘碳 纤维加 固施 工方 案 碳 纤维布 粘贴施 工 工 艺过 程 ： 基 底 处理 一 配制 底 胶一 涂刷底胶 一裁剪 碳纤 维布一 配制 面胶一涂 面胶一 粘贴 碳纤 维布一检查 一罩 面 防护处理 。 2 0 0 9 年 第 4期 吕建华 ： 单 箱单 室预应 力混凝土连 续箱梁桥加 固方案及施 工控 制要 点 1 2 1 4 4水泥基 灌浆材料施工 通过增加钢筋网片 ， 加大原有构件截面， 弥补原有 构件的强度 ， 提高构件的强度和刚度 ， 并对粘贴钢板起 到保护作用。 施工工艺过程 ： 原构件混凝土表面处理一植钢筋 网片拉结筋一挂钢筋网片一支模板一灌注水泥基灌浆 材料一拆模一 检验 。 4 5 植 筋施工 ( 1 )打孔 ： 根据设计要求位置标出需植钢筋的位 置 ， 用电锤钻孔， 钻孔孔径 比钢筋直径大 4 6 mm， 6 钢筋网片， 拉结筋植筋深度为 5 c m， 1 2钢筋网片， 拉 结筋植筋深度为 1 0 c i t i ， 1 6钢筋植筋深度为 1 6 c m。 ( 2 )清孔 ： 用柱状毛刷插入植筋孔内， 上下拉动毛 刷刷 去孔壁浮灰 ， 再用空压机 将孔 内灰 尘吹净 ， 也 可用 高压水清洗钻孔 ， 植筋时将孔内明水用棉纱吸干净。 ( 3 )锚 固剂配制 ： 可采用无机 高效植 筋锚 固剂 ， 高 效植筋锚固性能满足有关的力学指标要求 ， 每次配制 量根据一次植筋数量拌制。 ( 4 )植筋 ： 先将孔 内填入拌制 好 的锚 固剂 ， 然后 将 钢筋旋转插入孔中， 锚 固剂填入量 以钢筋插入后锚 固 剂从植 筋孔 口能挤 出为标 准 。 ( 5 )钢筋 植入后 ， 在锚固剂凝 固( 1 d时 间) 前不 能 触动。钢筋锚固后 3 d后可受力使用。 ( 6 )检验 验 收 施工材料进场后， 及时向监理工程师提供材质 证明书及产品合格证 ， 对钢筋强度进行现场抽样检验； 在施工现场作植筋抗拉拔力试件， 检测钢筋抗拉拔 强度 ； 灌浆 料在 现 场取 样后 ， 到试 验 室检 测材 料 的 力学性 能指标 。 4 6 布设普通 钢筋 、 预 应力钢束 和锚 具 为保证箱内施工安全 ， 钢筋工程尽量采用绑扎工 艺， 少用电焊施工。普通钢筋布设 时， 应采取适 当措 施 ， 满 足设计混 凝土净保护层 要求 ， 混凝 土浇筑后不 出 现露筋等现象 ， 并注意保证植锚筋接长及钢筋搭接长 度 。钢束定位必须准确牢固， 钢柬位置容许偏差不得 大于 0 5 c m。预应力钢束轴线应与锚垫板垂直。锚 具应抽样检查夹片硬度， 逐个检查垫板内有无毛刺， 质 量不合格不能使用。 4 7 锚 固块、 转向板混凝土浇筑 采用和易性 良好的膨胀混凝土配合带有附着式振 捣器的轻型钢模板 ， 浇筑前应 充分准备 ， 确保一次成 形 ， 以免产生施工缝。考虑箱内空间限制及尽量减少 施工荷载， 混凝土采用箱外拌和泵送工艺。为保证混 凝土施工顺利进行， 应预先进行混凝土配合 比， 强度及 弹性模量试验 ， 并注意试验养生条件与实际的差异。 在混凝土养生时限内， 应确保混凝土表 面长期处于湿 润状态 ， 养生操作应严格按照 公路桥涵施工技术规 范 ( j t j 0 4 1 2 0 0 0 ) 有关规定执行。 4 8 预应 力钢束 的张拉 检查 每捆钢绞 线有无不均匀初 应力 ： 截取 2 3 m 长的钢绞线， 在室 内放置 2 4 h后， 检查 各钢丝是否仍 为一个平面 ， 如发生变化 ， 说明钢绞线存在不均匀初应 力 ， 此类钢绞线禁止使用。应按有关规定对钢绞线抽 检强度 、 弹性模量、 截面积、 延伸量和硬度， 质量不合格 者不准使用。钢绞线应妥善放置并防止锈蚀 。钢绞线 下料应用圆盘锯切割 ， 切割面应为一平面， 以便张拉时 检查 断丝 。混凝土养 护龄期达 到 7 d 、 其强度 超过标 准 强度 9 o 后 ， 方可张拉预应力束。预应力钢束张拉应 在有经验技术人员指导下由固定工班进行操作。每次 张拉均应有完整记录， 并现场监理 。张拉操作步骤 ： 初 张拉 ( 张拉力 p 。等于 0 2倍 设计 张 拉力 p) 一 持 荷 5 mi n 一测量延伸量 一张拉并维持设计吨位 p 一持荷 5 mi n 一测量 延伸量 一 回油一 测量 延 伸量 。预应 力钢束张拉采用双控指标 ， 以延伸量为主。延伸量为 钢束上标定平面位置距锚垫板之间的距离变化值， 不 得以油缸伸长值代替延伸量。检查千斤顶和锚具有无 滑丝 ： 查看 ( 一 ) 是否 大于 7 mm， 如大 于 7 mm， 则 表明出现了整体滑丝， 应查明原 因并采取措施解决后 方可继续 张拉 。再 检查钢绞线尾 端标定 平面是 否仍 为 一 个平 面 ， 如平 面出现 了变化 ， 说明有个 别钢 绞线 出现 了滑丝现 象 ， 必须采 取措施进行 及时处 理 。 5 结 语 预应力混凝土箱梁病害较为常见