汪方勇，吴 真，孙 浩

(1.江苏筑镹营造科技有限公司，江苏 南京 210019； 2.北京建筑大学，北京 100044)

0 引言

预制空心板桥因具有构造简单、外形美观、施工方便、工艺成熟等优点，已得到广泛应用。预制空心板桥常通过企口混凝土铰缝有效传递剪力，使板共同承担荷载。然而，受桥梁所处环境、施工工艺等多种因素的影响，在役预制空心板桥企口混凝土铰缝出现不同程度的破坏，使桥梁横向连接减弱或失效，往往导致桥梁病害不断发生。为解决上述问题，并克服预制空心板桥传统加固技术存在的问题，提出预制空心板桥体内加固新技术。

1 企口混凝土铰缝

1.1 铰缝受力

预制空心板桥在车辆荷载作用下产生竖向挠度，并通过企口混凝土铰缝向相邻空心板传递内力，使相邻空心板产生一定挠度。铰缝传递多种内力，其中竖向剪力较大，其他内力较小，为简化设计，取铰缝传递的竖向剪力作为设计计算依据。铰缝抗剪能力与深度有关，为提高抗剪能力，浅铰缝已发展为目前广泛使用的深铰缝。

1.2 铰缝破坏

由于铰缝受力较复杂，常处于弯剪组合受力状态，为改善其传力性能，常设计成多边形结构，这约束了铰缝转动，使铰缝混凝土在徐变和新旧混凝土粘结作用下发生破坏。空心板两侧未充分凿毛、铰缝空间小导致钢筋绑扎焊接困难、混凝土振捣不充分、底模漏浆等，对铰缝产生不同程度的影响。在桥梁运营阶段，大型货车长期在道路一侧行驶，导致空心板长期受力不均匀，引起铰缝破坏。如果桥面铺装层防水性能差，受雨雪等天气影响，空心板提前受到破坏，铰缝随之破坏。铰缝破坏使混凝土与空心板侧壁发生剥离，引起桥面铺装层破坏，导致桥梁整体稳定性降低，最终造成预制空心板单板受力，进而大大降低空心板桥承载力，并引起其他病害。

2 体内加固新技术

目前，空心板桥加固方法多为桥面补强层加固法、横向体外预应力加固法、横向粘贴钢板或碳纤维布加固法，其中，桥面补强层加固法施工周期较长，工作量较大，对施工期间桥梁交通运输能力的影响显著，且承载力的增加受主梁受拉钢筋配筋率限制；横向体外预应力加固法受现场和构件强度的影响较大，且施工繁琐，成本高，预应力损失和疲劳损伤需进一步研究；横向粘贴钢板或碳纤维布加固法受化学粘结材料易老化、不耐酸碱、不耐高温、不能经受紫外线长期照射等因素影响，导致该方法对后期使用阶段温度和环境的要求较高，无法满足防火、抗紫外线照射的使用要求。为使企口混凝土铰缝有效传递剪力，并克服预制空心板桥传统加固技术存在的问题，提出预制空心板桥体内加固新技术，在既有空心板外侧架设钻孔设备，根据空心板强度等级、腰筋布置情况、铰缝及路面破坏情况、路面荷载及加固要求确定增设锚杆位置，在空心板合适位置横向钻孔，并在孔洞内穿设锚杆，采用灌浆料填补孔洞，通过灌浆料膨胀使衬套在空心板内形成机械锁键连接，增强铰缝与空心板的刚性连接性能，避免发生空心板单板受力情况，增强桥梁整体稳定性和承载力。

应用预制空心板桥体内加固新技术时，混凝土强度等级不低于C20，空心板厚度≥240mm。确定锚杆布置方案时需进行结构计算，并符合相关设计规范要求。钻孔直径、深度，锚杆钢筋规格、长度，灌浆料强度等应按设计要求及材料特性进行合理选择，铰缝破坏较严重的位置需加密锚杆。

3 工程应用

3.1 材料选用

以某预制空心板桥为例，该桥宽8.5m，跨径10m，空心板截面尺寸如图1所示。锚杆外包柔性纤维衬套，设置在空心板空腔下部，如图2所示。钻孔时不得破坏空心板底板，预留5cm厚保护层。

图1 空心板截面尺寸

图2 锚杆布置示意

采用由级配骨料(经筛选)和其他无机物组成的水泥基灌浆料，与水混合搅拌后形成泵送浆液，具有高性能、高强度、低收缩率等优点。灌浆料受衬套约束，被有效控制在衬套内，不会四处漫溢，且少量的稀释浆液可有效穿透衬套，与空心板实心基材部位紧密粘结。在灌浆料中添加无机流动剂和抗收缩添加剂，使浆液在凝固过程中不会因收缩而影响锚杆整体受力性能。灌浆料凝固后可达到粘结和机械锚固双重效果，使锚杆锚固力大大提升。

衬套为由特殊聚酯纤维编织而成的柔性材料，可利用其良好的膨胀性能适应不同的孔径和孔深。衬套能够较好地包裹灌浆料中的粗骨料，同时允许稀释浆液穿过网眼，与空心板实心基材进行有效粘结。包裹浆液的衬套通过注浆压力作用在预制空心板空腔内发生鼓胀，与空心板实心基材形成锁键效应，大大提高整体强度。衬套通过独特设计可实现在直径方向扩展的同时不改变锚杆轴心方向长度，因此，可充分保证灌浆料径向饱满度，提高粘结和锚固作用可靠性。

锚杆承载力取决于材质和截面类型，可采用金属杆件，也可采用高强纤维类杆件。截面可为空心，也可为实心。如果选用实心杆件，应为螺纹钢或牙条；如果选用圆形钢管，应在钢管上压有波纹凹痕；如果选用方形钢管，应将与钻孔尺寸相似的钢板焊接在杆件两端，以保证受力均匀。相同直径钻孔可选用不同类型杆件，以适应不同类型基材和受力要求。本工程选用φ20mm螺纹型锚杆，孔径为50mm。

基材(混凝土及砂浆)强度影响锚杆承载力，应按有关规范要求对基材强度进行现场检测，进而测算锚杆承载力。如果基材强度不确定，可通过锚杆现场拉拔试验测得。

本加固技术特安装光纤感应器，采用金属基索状应变感测光缆，通过多股金属加强丝绞合进行保护，使光缆抗拉和抗剪强度大幅提升，避免施工过程中发生冲击破坏。将锚杆插入预制空心板钻孔孔洞内，光纤传感器随着锚杆插入结构内部，从而实时准确地对锚杆加固情况进行监测，并用于监测构件变形、裂缝发育、应力变化等。

3.2 工艺流程

1)施工前使用测量仪器按设计图纸进行精确放线定位，确定钻孔位置。根据施工现场具体情况采用空心钻头及内置接头式钻杆，配套设备包括扶正器。

2)根据钻孔放线位置架设钻孔设备，确保钻机中心与测量钻孔线在同一位置，且钻机架与边侧空心板稳固连接。

3)利用空心钻头缓慢向空心板指定位置钻孔，钻孔过程中应根据钻孔深度，每隔一定距离设置1个扶正器。钻至一定深度后，需明确是否发生偏位，如发生偏位需及时纠偏。如遇硬质物或卡钻情况，应采取轻压、慢转的方式，直至恢复正常，否则应立即停止钻孔，分析孔内情况后采取有效措施恢复钻孔。

4)孔洞清理完成后进行锚杆安装，安装时应注意保持衬套清洁，轻拿慢送，直至整根锚杆送入孔中，并将水泥基灌浆料按特定配合比进行调配。

5)将全部锚杆送入孔洞后开始搅拌灌浆料，并向衬套内缓慢注浆，防止注浆时浆液凝固，灌浆至浆液满溢出洞口。应根据施工现场环境、温度、施工条件等调整浆液配合比，设备须保持清洁，不能在压力罐内部使用润滑油或除锈剂，否则将污染灌浆料，影响其受力性能。搅拌灌浆料时，根据配合比要求，严格控制用水量，否则将降低灌浆料凝固后的强度。

6)当灌浆料由裂缝处溢出时，应及时利用清水进行冲洗。注浆完成后，利用原钻孔部位空心板材料对孔洞进行封堵，以恢复桥面原状。

3.3 加固效果

加固后的空心板桥通过锚杆加强空心板与铰缝及空心板间的横向连接，增强了整体性，解决了桥梁单板受力问题，增加了空心板桥横向承载力，延缓了桥面铺装层开裂。加固施工过程不影响正常交通，加固后不对结构外立面产生影响。

4 结语

提出预制空心板桥体内加固新技术，该技术通过水泥基灌浆料在衬套的有效约束下，使衬套在空心板空腔内鼓胀后与实心基材形成机械锁键效应，加强各部件间的横向连接，提高结构整体稳定性与承载力，达到加固目的。锚杆置于空心板桥内部，不受火灾、紫外线照射、雨雪天气等因素影响。预制空心板桥体内加固新技术工艺简单，施工速度快，造价低，且为体内隐形加固技术，不影响桥梁外立面效果，施工期间不影响桥面上部道路交通的正常运行，适用于多种形式桥梁结构的加固，可有效解决基础不均匀沉降引起的空心板开裂问题。