型钢锚固技术在外包预应力混凝土加固工程中的应用

王勇飞

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008)

1 概述

某桥北岸引桥为13孔16 m跨径先张法预应力混凝土简支空心板梁桥，桥面宽度为16 m，桥面净空布置:0.25 m 护栏 +0.75 m 人行道 +4×3.5 m车道+0.75 m人行道+0.25 m护栏。盖梁上横桥向布置16块预制空心板，空心板顶面设置桥面连续构造，再铺设8～18.5 cm厚防水混凝土桥面铺装(图1)。

图1 桥梁横向总体布置图(单位:cm)

该桥位于G325国道主干线上，于上世纪80年代竣工通车，设计荷载:汽车-20，挂车-100，人群350 kg/m2。进入新世纪以来，随着经济的高速发展，大桥交通流量大幅增长，而本桥按照原85规范进行设计，荷载标准偏低，结构尺寸偏小，钢筋指标不高，承载能力不足，大桥已经不堪重负，出现了许多结构性病害，为此，桥梁养护管理部门委托相关检测单位对该桥进行了全面检测，并对桥梁运营现状进行了系统的安全性评估。本文简要介绍该桥引桥空心板盖梁运用型钢锚固技术采用外包预应力混凝土的加固设计情况。

2 检测情况

该桥引桥空心板盖梁为普通钢筋混凝土构件，截面尺寸120 cm×120 cm(高×宽)，墩柱截面尺寸100 cm×80 cm(顺桥向×横桥向)，盖梁净悬臂长度360 cm，从墩柱中心起算盖梁悬臂长度400 cm。盖梁悬臂端顶面布置了4块简支空心板上部结构。检测结论:全桥盖梁均存在不同数量、不同程度的竖向裂缝和个别剥落露筋现象，共发现竖向裂缝211条，最大裂缝宽度为0.5 mm，长度共11 872延m。特别是空心板盖梁侧面出现的竖向裂缝系盖梁的受力裂缝，部分位于立柱上方悬臂根部的竖向裂缝大多数比较宽，基本上在0.2 mm以上，说明盖梁在上部结构各种荷载作用下出现了受拉裂缝。整体来看，该桥引桥空心板盖梁结构尺寸比较经济，盖梁悬臂长度较长，配筋较少，普通钢筋混凝土构件耐久性较差，由于大桥超载现象比较严重，盖梁的承载能力存在不足，因此，对裂缝进行封闭后，必须对盖梁进行加固补强。见图2。

图2 引桥空心板盖梁结构尺寸图(单位:cm)

3 结构受力分析

大桥原设计汽车—20、挂车—100荷载标准已远远不适应现今交通流量的要求，为此，本次加固工程按照公路I级荷载标准采用桥梁博士(3.1版本)建模进行验算。计算结果:支点断面截面抗力M=2 494.9 kN·m ＜3 803.8 kN·m，Q=747.4 kN+109.7 kN=857.1 kN ＜1 828.4 kN，弯距及剪力均不满足规范要求。跨中断面截面抗力M=1 603.9 kN·m＞269.8 kN·m，满足规范要求。支点断面裂缝宽度0.558 mm，不满足规范要求，且负弯矩在3 021～1 350 kN·m的范围内裂缝宽度均不满足规范要求;跨中断面裂缝宽度0.026 mm，满足规范要求。因此，无论从实际的裂缝情况还是理论计算情况都说明盖梁支点断面裂缝为受力裂缝，由于大桥超载现象严重，盖梁的承载能力确实存在不足，必须尽快进行加固处理。

4 盖梁加固方案

针对空心板盖梁悬臂根部截面抗弯及抗剪承载能力不足，裂缝宽度超限的情况，且该桥处于G325国道主干线上，加固施工无法封闭交通，在进行了粘贴钢板(或粘贴碳纤维复合高强材料)加固方案、体外预应力加固方案等多方案的技术经济比较的基础上，最终确定运用型钢锚固技术采用外包预应力混凝土的主动型加固处理措施，以全面提高空心板盖梁抗弯及抗剪承载能力以及耐久性。见图3～图5。

外包混凝土加固方案即加大截面加固方案，是综合加大断面和加配钢筋(包括预应力钢筋)两种方式达到加固目的的加固方法。具体做法:在盖梁120 cm截面宽度两侧面凿毛，与新增箍筋焊接处凿出槽口外露箍筋，呈梅花状植入φ20钢筋，植入深度30 cm，再外包厚度35 cm的现浇混凝土，形成190 cm宽度盖梁截面。35 cm厚的后浇混凝土截面内上缘布置两排4列共8根φ22纵向钢筋，下缘布置一排4列共4根φ22纵向钢筋;上缘第二排纵向钢筋分两次下弯，末端焊接在下缘纵向钢筋上，形成墩柱每侧两排抗剪钢筋与受力主筋的钢筋骨架。35 cm厚的后浇混凝土截面内还布置两肢φ12箍筋，新增箍筋与原箍筋对焊，φ20植筋在外包混凝土内端头与新增箍筋点焊焊接。35 cm厚的后浇混凝土支点截面上缘布置一根12φs15.2预应力束以满足支点截面抗弯及增加刚度要求;预应力束锚固于盖梁两端型钢上，在盖梁跨中区域下弯至截面中性轴位置。

图3 引桥空心板盖梁外包预应力混凝土加固方案布置图(单位:cm)

图4 引桥空心板盖梁外包预应力混凝土加固方案锚固大样图(单位:cm)

图5 引桥空心板盖梁外包预应力混凝土加固方案钢筋大样图(单位:cm)

5 施工工艺

施工工艺要求:

1)盖梁两侧35 cm厚外包混凝土采用C40混凝土现浇，预应力张拉时外包混凝土需要达到90%的强度，龄期为7 d;为减少外包混凝土的收缩、徐变，外包混凝土的水灰比为0.35。

2)为了加强新、旧混凝土的结合，应对空心板盖梁混凝土表面存在的缺陷清理至密实部位，并将构件表面凿毛，要求打成麻坑或沟槽，沟槽深度不宜小于6 mm，间距不宜大于箍筋的间距或20 cm。

3)空心板盖梁混凝土表面应冲洗干净，浇注混凝土前，盖梁混凝土表面应以水泥浆等界面剂进行处理，以加强新、旧混凝土的结合。

4)对原有和新设受力钢筋应进行除绣处理，并逐根分区分层进行焊接，以减少原受力钢筋的热变形，使原结构的承载力不致遭受较大影响。

5)外包混凝土加固法施工不如整浇混凝土构件方便，必须采取措施，保证模板搭设、钢筋安置以及新混凝土的浇注和振捣的质量，以达到混凝土的密实要求。同时，应加强新浇混凝土的养护，养护期最好达14 d以上。

6 总体结论

桥梁带载加固必须考虑结构分阶段受力特点。在受拉区直接粘贴钢板或其他高强复合纤维加固，后加补强材料被动受力，只是承担活载和后加恒载引起的内力，与原梁内的受力钢筋相比，其应变(应力)相对滞后，一般情况下，在极限状态时其应力达不到抗拉强度设计值，高强材料抗拉性能很难充分发挥作用，造成很大浪费，在建设节约型和谐社会的大环境下，这种加固手段的加固效果从总体而言是得不偿失的。

为提高空心板盖梁的抗弯强度、抗剪强度、刚度及抗裂性，本加固设计运用型钢锚固技术采用外包预应力混凝土的主动型加固处理方案，后加预应力束主动受力，依靠预加力产生的反向弯距，充分改善盖梁的内力、应力状态，达到加固补强的目的。该方案后加预应力束两端锚固于盖梁悬臂端部设置的槽型型钢钢梁上，后加预应力通过槽型型钢钢梁及后浇混凝土与盖梁侧面植入的剪力钢筋均匀传递到盖梁整体断面上，避免了被动加固方法高强材料抗拉性能很难充分发挥作用，造成很大浪费的弊病，也彻底解决了体外预应力加固方案美观性差，传力不均匀，弯束需要转向器，且锚头及转向器处局部应力过大，局部钢筋加强构造复杂，锚固处混凝土容易开裂等难题。另外，外包混凝土加固方案仅在盖梁两侧施工作业，可以不必掀掉空心板上部结构，从而满足施工时开放交通的要求，避免中断交通造成经济损失。

［1］姚玲森.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1995.

［2］李国豪.桥梁与结构理论研究［M］.上海:上海科学技术文献出版社，1983.