预应力钢丝绳网片在混凝土桥梁加固中的应用

2018-12-25向远辉袁新顺

建材世界 2018年6期

向远辉，袁新顺

(1.湖北省交通运输厅鄂西高速公路管理处，武汉 430056；2.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，武汉 430040；3.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

当前我国高速公路建设规模日益加大，对于长期处于复杂环境中的桥梁，极易产生各种病害，影响其使用寿命，需要采取针对性的养护方法进行维护，确保桥梁结构长期安全服役，保障人们的生命财产安全[1]。

对桥梁结构物进行维护，相对新建而言不仅节省大量资源，费用也会大幅降低[2]。维修加固改造技术已成为桥梁工程领域开发和研究的热点，并且桥梁的维修加固改造方法多样，不同加固技术之间也存在各自的优点及其局限性[3]。论文针对高速公路某人行天桥出现的病害，采取预应力钢丝绳网片+聚合物砂浆的加固及时进行处治，解决了因其自重产生的跨中下挠问题，为类似的桥梁病害处理提供一种新的维修加固改造思路。

1 工程概况

沪渝高速公路某互通匝道上的一座人行天桥，天桥全长25 m，桥面全宽300 cm，桥台为重力式桥台。该天桥上部结构为两榀矩形纵梁，梁长25 m，梁底宽55 cm，梁高100 cm。在日常养护巡查中发现，天桥的跨中区域明显出现下挠现象(见图1)。并且，通过针对性地检测发现该桥跨中区域出现多达149条裂缝，其中超限裂缝36条，最大缝宽达0.30 mm。梁体裂缝形态主要呈现为梁底横向发展延伸至腹板，为典型的受弯裂缝。

2 病害原因分析

天桥纵梁为普通钢筋混凝土梁，设计为人行天桥，不能通行车辆，混凝土结构在自重作用下导致跨中下挠，纵梁底板沿跨中向两侧延伸产生多条裂缝。

3 维修方法

依据相关规范，对于公路桥梁存在的裂缝按照其缝宽进行针对性处理：当缝宽≥0.15 mm时，采取灌缝法进行压力注胶；当缝宽<0.15 mm时，采用封缝法进行表面封闭。

对于混凝土表面缺陷，如蜂窝麻面或者空洞等，通常采用环氧砂浆进行表层修补。

按照上述原则，对人行天桥出现的裂缝和表面缺陷进行处治后，在纵梁的底部和腹部依次分别安装纵向预应力钢丝绳网片(单榀纵梁共安装38根，张拉控制力为8 kN)，再均匀安装横向U型预应力钢丝绳网片(共安装16处，每处24根，张拉控制力为4 kN。)，然后通过张拉钢丝绳网片，提高纵梁的抗裂性，增加一定的压应力储备。张拉工作完成后，在加固区域分层分段涂抹35 mm厚的Ⅰ级聚合物砂浆并压实，最后对钢丝绳网片进行防腐保护处理，并恢复桥梁外观。

4 材料选择及性能特点

4.1 材料选择

1)钢丝绳网片：选用高强度镀锌钢丝绳，主要材质为优质碳素结构钢制丝(S和P含量≤0.03%)，编制结构型式为6×7+IWS金属股芯右交互捻不锈钢丝绳，公称直径3.05 mm，其特点是高强度、低松弛、高延性；钢丝绳镀锌材料质量和锌层重量应符合GB/T 15393《钢丝镀锌层》中AB级的规定，主要力学性能指标应满足表1要求。

表1 钢丝绳网片主要力学性能指标要求

2)聚合物砂浆：选用Ⅰ级聚合物砂浆，其抗压强度>50 MPa，抗折强度>12 MPa，劈裂抗拉强度>7 MPa。

3)锚固系统：由锚栓、固定板、固定节组成。锚栓为化学锚栓，固定板通过胶粘剂、锚栓与混凝土构件连接成整体，固定板厚度一般不小于10 mm，宽度根据结构物尺寸加工，长度应满足锚栓布设要求。

4.2 材料性能特点

针对天桥的病害，采取预应力钢丝绳网片+聚合物砂浆技术的优越性如下：

1)钢丝绳抗拉性能好。钢丝绳通常采用高强钢丝，加固时充分利用了钢丝绳抗拉强度高、弯曲性能及延性好、表面凹凸利于粘结等特点[4]。

2)聚合物砂浆渗透性好。在原混凝土表面涂抹聚合物砂浆，两者的毛细管能相互连通，水泥胶体能相互渗透，在界面处形成自愈合效应。而且原混凝土结构与聚合物砂浆的粘结和握裹作用力极强，两者能有效粘合使得原结构的承载能力大幅提高[5]。

3)对结构形状和外观影响小。钢丝绳网片+聚合物砂浆技术几乎不改变原结构的外观尺寸，并且采用薄层贴补法对原结构自重的影响极小，表层的聚合物砂浆无明显色差，外观与原混凝土结构基本一致。

4)耐久性和经济性。聚合物砂浆属于高性能修补材料，其粘结性能好、固化速度快、抗压强度高，并且抗裂性、耐碱性、耐紫外线等耐久性能极好，修补后对钢丝绳网片的保护作用明显，后期的维护费用很低，有十分好的经济效益。

5 施工工艺

1)设置控制点：在梁顶跨中处和四分之一处设置控制点，用水准仪测出原始标高，做好测量记录。

2)混凝土表面处理：对裂缝进行封闭处理；对梁底和梁侧在钢丝绳宽度范围内进行凿毛处理，露出新鲜混凝土，表面粗糙度不小于5 mm。对梁底部阳角进行圆化打磨处理，形成直径10 mm的倒角，防止钢丝绳张拉时在阳角处折断，并保护阳角混凝土的完整性。

3)固定板安装：按照设计好的固定板尺寸开槽打孔，用化学锚栓进行锚固。在钻孔时锚栓孔位如与钢筋发生干扰，可适当挪动锚栓孔位，尽量避免锚栓与钢筋发生干扰。

4)钢丝绳下料：根据安装好的固定板位置测量安装后的钢丝绳长度，再根据所需张力计算钢丝绳的伸长量，取净长度与伸长量的差值，确定钢丝绳所需的下料长度。

5)钢丝绳张拉：①将钢丝绳两端用固定结夹紧在固定板凹槽中；②测量钢丝绳网片与固定板的间距，保证钢丝绳网片张紧后的张力；③张拉前采用专用张紧器做拉伸试验，避免出现拉脱；④在钢丝绳网片的另一末端逐一张紧钢丝绳，两纵梁上的钢丝绳网片需同步对称张拉；对于单片纵梁，须以单片纵梁横断面中心线对称张拉；⑤张拉后及时测量钢丝绳的张紧力，避免实际张紧力不足。

6)聚合物砂浆：采用分层分段法压抹聚合物砂浆，每层压抹厚度通常控制在10 mm，每段施工长度不超过4 m，每段间留30～50 mm施工缝，待第一次施工的聚合物砂浆完全固化后再填塞施工缝。聚合物砂浆压抹前，将原混凝土表面洒水润湿，表干后在结合面满刷一道界面粘结剂。砂浆制作时控制好材料的粘稠度，避免过大的砂浆流坠性，确保压抹聚合物砂浆时产生自然垂落现象。待底层灰触摸不粘手时压抹下层灰，依次压抹聚合物砂浆并及时收光。

7)养生：最后一层聚合物砂浆压抹并收光后，即可进行湿水养护，养生期不少于7 d，期间应避免遭受过大的荷载冲击，防止对加固部位造成影响。

8)控制测量：加固完成后对控制点进行复测，对比分析加固前的数据，并进行加固效果评价。