预应力混凝土简支空心板桥加固技术

戚栋栋

(四川交投建设工程股份有限公司，四川成都 610041)

预应力混凝土简支空心板桥结构具有施工工艺简单，桥梁结构重量轻，节省施工材料，占用场地少等优点，被广泛应用于中小跨桥梁中。然而，随着社会的发展，公路、桥梁上的车流量日益加大，货车超载的问题也日益突出，不少修建已久桥梁的负荷已经超出了其设计时的承载能力，一些新建桥梁也不能再按照原先的标准进行设计。基于这种现状，亟需展开桥梁加固治理研究。

针对我国桥梁的现状，己有大量学者和科研机构对桥梁加固技术展开深入研究，并取得了丰富的研究成果。目前，对桥梁进行加固改造的技术途径主要有:增加配筋法、截面增大法、粘贴碳纤维或钢板法、体外预应力法、基础扩大法、桩基增补法、钢筋混凝土套箍法等。

本文以达陕高速公路百里峡互通式立交建设工程为背景，介绍了百里峡快速通道现浇连续箱梁，对预应力混凝土简支空心板桥加固技术。

1 工程概况

百里峡快速通道是达州市开发百里峡旅游资源、实现精准扶贫的一个重要项目。本项目全线长35.8km，起于宣汉县新华镇对面的安家河坝(泥溪沟)附近，沿中河向东北布线，经新华镇、河坝乡、设隧道绕过石铁场镇后，沿石樊路走廊布线至双河口，终止于渡口乡(百里峡景区入口)。

本文所涉及的新华互通式立交工程是连接达陕高速与百里峡快速通道的枢纽工程，是百里峡快速通道中的重中之重。该枢纽工程中的设计内容主要由A、B、E、U匝道及加宽段Z1、Y1、Z2、Y2组成。其中，A匝道是为了百里峡通往达州及万源方向的交通转换；B匝道是为了达州及万源方向的车辆驶入百里峡的交通转换；E匝道连接了A、B匝道及快速通道；U匝道为回头匝道，完成百里峡至万源方向的往返车辆的交通转换。Z1、Y1、Z2、Y2是原达陕高速加宽拼接段。

新华立交匝道为高速公路，进出口位于新华镇，匝道圆曲线最小半径为30m，最小凹曲线半径400m，匝道最大纵坡4 %。桥梁总长度2.14km。新华立交匝道平面布置见图1。

图1 新华立交匝道布置平面示意

2 工艺流程与操作要点

在新华立交的匝道设计中，E匝道为路基，A、B和U匝道采用现浇连续箱梁对本工程预应力混凝土简支空心板桥进行加固。现浇连续梁施工采用支架法现浇，每联按设计分段顺序先后施工，每节施工段分二次浇筑，第一次浇筑底板及腹板，第二次浇筑顶板。预应力张拉采用400t液压千斤顶对称张拉，管道压浆采用真空压浆。外模板采用厚1.5cm竹胶板，内模采用多层板，肋板采用方木。材料上下运输采用吊车及塔吊，人员上下搭设人行楼梯。支架材料采用租赁方式，现场验收合格后方可使用。

根据设计图纸要求和现场实际地形，本工程总体支架方案采用满堂式碗扣支架和贝雷梁支架两种方式进行施工，在桥梁高度超过15m或地形复杂，不适宜设满堂支架的地方设置墩梁式贝雷梁支架，采用桩基(或扩大基础)+钢管立柱+贝雷梁+碗扣支架调平层；桥梁高度小于15m，场地良好时采用满堂式碗扣支架。

2.1 满堂式支架方案

满堂支架采用碗扣式支架，设置高度在2.2～15m之间，腹板下碗扣支架间距采用30cm、60cm，剪刀撑3m。碗扣支架根据地形布置，有纵向坡度或横向坡度时要做成台阶形状，原地面应清除浮土和松散碎石，有岩石斜坡时要开挖成台阶，防止支架滑移，地面要采用混凝土硬化，两侧设截水沟或排水沟，防止雨水冲刷。布设支架时在现浇梁横向两侧各加宽0.9m作为施工平台。

支架采用φ48×3.5mm碗扣式脚手架搭设，根据上部荷载和地基情况，组合方式为：60cm×60cm×90cm的框架单元，中腹板和端梁实心处30cm×60cm×90cm框架。

支架搭设大样如图2所示。

图2 满堂支架断面(单位：cm)

2.2 贝雷梁式支架方案

贝雷梁一般结构采用墩梁式结构，支架基础采用桩基或扩大基础，桩基直径0.8m，特殊情况采用1.2m混凝土灌注桩，桩基长度根据现场地质条件具体设计，嵌入中风化0.5m。地质条件较好，场地平整时，可采用扩大基础，桩顶设小承台，尺寸为1.5m×1.5m，厚度100～150cm，钢管采用Ф630mm钢管单排3根，共分四排，钢管顶设工字钢盖梁，采用2I56a工字钢，每排钢管用槽钢连接，每高9m左右做一层剪刀撑；为增加整体支架稳定性，钢管高度超过15m时，在两排钢管间设纵向槽钢16连接，以增加纵向稳定性，高度超过15m时，设一层，高度超过20m时采用两层。贝雷梁采用单跨内连续梁，共设5榀，每榀中心间距 2.5～2.8m。贝雷梁与工字钢中间采用U形螺栓连接，贝雷梁沿两墩柱处梁中心线连线平行布置，贝雷梁横向宽度在两端超过桥梁边缘1m用于搭设作业平台。贝雷梁上布设I25工字钢，上面搭设 碗扣支架，高度根据贝雷梁至梁底高度调整，一般在4～8m之间，碗扣支架间距采用渐变段腹板段60cm×60cm，横杆0.6m。

贝雷支架法现浇梁施工工艺见图3。

图3 现浇梁施工流程

现浇梁混凝土浇筑后，按照正常程序进行养护，随后依次拆除端模、梁体外模、梁体内模板、和底模板。模板拆除施工工序如下。

2.2.1 施工前准备

对人员进行安全技术交底及人员分工，明确每个人的责任。

制定详细的支架拆除方案和合理的拆除顺序，并进行技术交底。

2.2.2 支架拆除顺序及方法

支架拆除按照“先安后拆，后安先拆，由上而下、逐层逐跨拆除”的顺序进行拆除。

(1)第一步：在支架顶层分配次梁上搭建材料堆放平台。

(2)第二步：待混凝土强度达到设计要求并进行张拉压浆后先进行顶层满堂调坡脚手架的拆除，人工将拆卸的钢管、扣件整齐码放在搭建的堆放平台上，然后通过人工配合塔吊、吊车的方式将顶层调坡满堂脚手架进行拆除(图4)。

图4 碗口式脚手架管拆除吊装示意

(3)第三步：解除分配次梁与主梁之间的连接，通过吊车或塔吊吊钩将分配次梁往单侧腹板外拉出，利用“八”字形专用捆绑带对分配次梁进行平衡，汽车吊钩吊住“八”字形捆绑带交汇点将分配次梁整体吊离至桥面(图5)。

图5 25b工字钢拆除吊装示意

(4)第四步：浇筑箱梁混凝土在每跨现浇箱梁上预埋8根锚筋，用于下放贝雷梁主梁后锚，每根主梁采用两根36b槽钢，并在吊点位置安装滑轮，在箱梁顶面上安装2台5t卷扬机，先提升贝雷梁偏移至现浇箱梁外侧，偏移时两侧用绳索对拉稳定，减少主梁在偏移过程中的摇晃，主梁偏移至箱梁外侧稳定后，再缓缓下落至地面进行拆除。

(5)第五步：主横梁、钢管立柱、及联杆利用在现浇箱梁上预留的PVC管配合卷扬机下放至地面。

3 支架受力及变形计算

本文以达陕高速公路百里峡互通式立交工程为背景，采用有限元程序Midas-civil2013对该工程支架各个部件的强度、刚度、稳定性进行计算。其中，U匝道2号桥第一联第三跨计算模型如图6所示。

图6 整体模型

满堂支架及贝雷梁中的钢结构构件采用梁单元进行模拟，模拟过程对模型施加最不利荷载组合，对各构件强度、刚度与稳定性分别进行计算。满堂支架、贝雷梁弦杆、贝雷梁腹杆强度计算结果云图如图7～图9所示。

图7 满堂支架组合正应力

图8 贝雷梁弦杆组合正应力

图9 贝雷梁腹杆组合正应力

在最不利荷载组合下，上部结构方木纵向分配梁，横向分配梁最大应力为6.7MPa，钢管最大应力为65.7MPa，贝雷梁弦杆、腹杆最大应力分别为219.1MPa、202MPa，工25b横向分配梁，支架最大应力及下部结构钢管支架及连接最大应力也均在容许应力范围内，即该施工方法各种荷载组合下各构件强度均能满足要求。强度计算结果如表1所示。通过Midas-civil2013数值模拟计算，对支架各构件整体刚度与稳定性也进行了详细计算，刚度计算结果见表2，稳定性计算结果见表3。在最不利荷载组合下，跨中挠度最大为15.8mm，小于规范规定荷载产生的跨中挠度允许值，能满足设计要求；整体稳定安全系数最小为4.3，整体稳定性也满足要求。可见，采取上述现浇梁施工工艺可以较好地满足设计要求，具有较好的工程技术效益。

表1 支架杆件强度计算结果 MPa

表2 支架刚度计算结果 mm

表3 支架稳定性计算结果

4 结论

(1)采用现浇连续箱梁对本工程预应力混凝土简支空心板桥进行加固，支架方式采用满堂式碗扣支架和贝雷梁支架两种方式相结合，在桥梁高度超过15m或地形复杂，不适宜设满堂支架的地方设置墩梁式贝雷梁支架，采用桩基(或扩大基础)+钢管立柱+贝雷梁+碗扣支架调平层；桥梁高度小于15m，场地良好时采用满堂式碗扣支架。

(2)通过有限元程序Midas-Civil2013对支架各构件整体强度、刚度与稳定性进行计算，各种荷载组合下各构件强度、跨中挠度、整体稳定安全系数均满足要求。