某匝道桥维修方案比选简述

2010-08-21何广宝

山西建筑 2010年13期

何广宝

1 工程概述

某匝道桥上部结构为跨度20 m钢筋混凝土连续箱梁,单箱单室断面,共23跨,下部结构为柱式墩。根据专项检测报告和现场调查,匝道桥现状和主要问题如下:1)箱梁腹板存在竖向裂缝,缝最宽0.8 mm;底板存在横向裂缝,缝最宽0.35 mm。与2007年定期检查结果相比较,病害明显发展,已修补的裂缝均重新开裂。2)个别箱梁底板存在混凝土缺损、露筋现象;部分箱梁顶、底板渗水、泛碱。3)第3跨3号墩墩帽上发现4条竖向裂缝。4)专项检测回弹试验实测箱梁混凝土强度均高于设计值。5)专项检测得到的箱梁混凝土碳化深度最大值为5.0 mm,最小值为3.5 mm,平均值为3.5 mm,对钢筋锈蚀有轻微的影响。6)一些梁跨箱梁实测混凝土保护层厚度偏小,对结构钢筋的耐久性影响较大。

根据定检报告,某匝道桥上部结构主要承重构件缺损严重,病害发展明显,按重要部件最差的缺损状况评定,评定为“三类”桥梁。

2 加固方案

由于匝道梁体横向裂缝较多,对桥梁整体承载力和耐久性非常不利,应进行补强加固。按主动加固、被动加固不同的方法,提出了5个方案进行比选。匝道桥维修加固时,先将原有桥面铺装凿除,待梁体加固改造完成后,在铺装层内设置双层钢筋网,采用钢纤维混凝土重新进行桥面铺装。

1)方案1:梁底预应力钢绞线+梁顶预应力钢绞线。在箱梁跨中附近底板下缘、中支点附近顶板上缘增设Φj8.6 mm的小股预应力钢绞线,每根钢绞线由3根φ 4 mm的钢丝组成,计算面积为37.7 mm2,抗拉标准强度fpk=1 470 MPa,张拉控制应力σcon=955.5 MPa,单根钢绞线张拉力36.0 kN,直线布置,靠近两端锚固位置时竖弯,采用YM-1锚具分别与固定在箱梁底板、顶板上的锚固支撑齿板锚固。箱梁底板预应力筋设置范围内按间距50 cm呈梅花状布置植筋,外挂5 cm×5 cm钢丝网,然后6 cm厚的高性能抗拉复合砂浆(HTCM)层,将预应力筋与被加固箱梁粘结为一体,构成有粘结预应力体系,提高结构的抗裂性,保护预应力钢筋免于锈蚀,并封闭原箱梁裂缝。在箱梁顶板上植筋、设双层钢筋网,采用C45钢纤维混凝土重新进行桥面铺装,提高桥面铺装的使用性能和耐久性,同时对梁顶预应力筋起保护作用。梁底小股预应力钢绞线张拉后喷注高性能抗拉复合砂浆,对预应力筋形成保护,并构成有粘结预应力体系,要求砂浆具有较高的抗压强度和抗折强度,从而提供较高的抗裂能力,匝道桥钢绞线预应力补强示意图见图1。

2)方案2:梁底预应力钢绞线。与方案1相比,本方案仅在箱梁跨间底板下设置多根小股预应力筋,在顶板上不增设预应力,即只对跨中附近梁底进行预应力加固,对中支点附近梁顶不进行预应力加固,而是在桥面铺装钢筋网中增加配筋量,利用普通钢筋来分担后期荷载在中支点附近箱梁中产生的负弯矩,提高截面的承载能力。

3)方案3:梁底预张紧钢丝绳+梁顶预张紧钢丝绳。本方案与方案1类似,只是将方案1中梁底、梁顶布置的多根Φj8.6 mm小股预应力钢绞线用多根φ 4.5 mm预张紧钢丝绳代替,纵、横向布置的钢丝绳形成钢丝绳网片。传统的非预张紧钢丝绳加固施工时,虽然进行了绷紧的工序,但是,绷紧力比较小,一般在1.0 kN以内,而根据试验测定,φ 4.5 mm钢丝绳的非线性区应该在3.1 kN以上,所以,一般的绷紧施工完毕后,钢丝绳并未脱离非线性区,无法保证混凝土构件在受力初期,钢丝绳提供应有的拉力,造成钢丝绳在受力初期无法起到应有的加固作用。而预张紧钢丝绳在钢丝绳安装过程中,对其进行预张紧,张拉力大于钢丝绳拉力—位移曲线的非线性区,达到其弹性拉力区域,这样能保证加固构件在开始受力时,钢丝绳能够立即受力参与工作,从而保证了加固材料与被加固构件良好的协同工作效果,同时,钢丝绳的预拉力对构件施加了一定的预应力,使构件受力性能明显改善。

4)方案 4:梁底预张紧钢丝绳。与方案3相比,本方案仅在箱梁跨间底板下设置预张紧钢丝绳网片,在顶板上不布置,而是采用与方案2相同的方法,增加桥面铺装中的配筋量,利用普通钢筋来分担后期荷载在中支点附近箱梁中产生的负弯矩,提高截面的承载能力。

5)方案5:梁底粘贴钢板补强。在箱梁底板沿纵向粘贴6 mm厚Q235钢板,每块钢板宽度为200 mm,在箱梁顶板上植筋、设双层钢筋网,采用C45钢纤维混凝土重新进行桥面铺装,用于减小后期荷载作用下的钢筋应力,提高截面的抗弯能力。

在支点附近箱梁腹板外侧粘贴竖向条形钢板,钢板宽200 mm,厚8 mm,以提高截面的抗剪能力。

对裂缝较多的3号墩盖梁采用粘贴碳纤维布进行补强。

3 方案比选

通过结构分析,从加固效果方面考虑,方案1～方案4为主动加固措施,通过对箱梁施加预应力,降低箱梁内的应力水平,且增加的预应力筋可分担后期作用的恒载和活载,减小加固部位原箱梁主筋的受力,控制裂缝的发展。同时,通过在梁底喷注抗拉砂浆、在梁顶植筋、重新进行桥面铺装,不仅为后加预应力钢束提供了保护,并对原梁体裂缝起到封闭的作用,且增加了主梁的刚度,加固效果明显。方案1、方案3同时对箱梁跨中截面底板和中支点截面顶板主筋进行预应力加固,加固效果要好于只对梁底进行预应力加固的方案2、方案4。方案5为被动加固措施,后加材料仅分担后期增加的恒载和活载产生的内力,原梁底板主筋受力仍然较大,同时,粘贴钢板对主梁刚度的提高有限,效果不如前面4个方案。

从施工工期方面考虑,前4个预应力加固方案施工程序较多,施工周期要长些,方案 5较短。方案 1、方案3需同时对梁底和梁顶进行加固,施工工期比方案 2、方案4稍长。

从施工难易程度方面考虑,方案1、方案2为小股钢绞线预应力加固,方案3、方案4为预张紧钢丝绳加固,在预应力齿板加工安装、抗拉砂浆锚喷等方面施工经验少,工艺复杂,对施工材料的可靠性、施工技术水平要求高。前4个方案中,小股钢绞线的施工要比预张紧钢丝绳的施工复杂。方案5为经常使用的一种常规加固方法,施工经验较多,容易实施。

从后期养护维修方面考虑,前4个方案设置的钢绞线或钢丝绳均被砂浆层或桥面铺装保护,在保证施工质量、正常使用情况下后期养护维修工作量较小,但方案1、方案 3中梁顶加固造成桥面铺装层厚度减小,容易受损,需注意养护;方案5在梁底粘结钢板,后期需对钢构件进行定期检查、养护。

经综合比选,将方案3:梁底预张紧钢丝绳+梁顶预张紧钢丝绳加固作为A匝道桥维修加固的推荐方案。