工作橋T 形梁裂縫體外無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋加固設(shè)計(jì)與施工

沈建峰

(鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 224002)

1 工程概況

斗龍港閘位于大豐市斗龍漁業(yè)鄉(xiāng)，距黃海10km，主要擔(dān)負(fù)著里下河地區(qū)的擋潮、排澇、蓄淡、通航等任務(wù)，流域面積為4428km2，是控制里下河地區(qū)排水入海及擋潮的大型水工建筑物。該閘建于1965～1966年，經(jīng)過(guò)三十余年運(yùn)行，工程趨于老化，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)普遍存在炭化和裂縫，特別是工作橋檢測(cè)資料表明，炭化深度在6.5～9.2mm 之間，工作橋裂縫達(dá)1240 條，其中大于0.2mm的有23 條，大于0.25mm的有6 條，最為嚴(yán)重的是通航孔工作橋大于0.3mm的有5 條，其中最大裂縫竟達(dá)0.7mm，超過(guò)設(shè)計(jì)容許值0.2mm的3.5倍，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全，必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 加固設(shè)計(jì)

2.1 工程現(xiàn)狀

通航孔孔徑10.3m，采用上下扉直升平板鋼閘門(mén)，工作橋?yàn)門(mén) 形梁板整體鋼混凝土結(jié)構(gòu)，橋面凈寬5.7m，原設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)170號(hào)，實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，一般均超過(guò)原設(shè)計(jì)強(qiáng)度一倍以上。雖然混凝土強(qiáng)度增加，但兩根T 形梁裂縫達(dá)133 條，其中上游側(cè)T 梁裂縫49 條，下游側(cè)T 梁裂縫84 條。詳見(jiàn)圖1通航孔工作橋T 梁裂縫分布示意圖。

圖1 通航孔工作橋T 梁裂縫分布示意

2.2 裂縫原因分析及加固方案確定

根據(jù)南京水利科學(xué)研究院檢測(cè)報(bào)告提供的通航孔工作橋T 形梁裂縫調(diào)查成果表明，裂縫數(shù)量較多、較密的區(qū)域大部分集中在跨中5～6m 范圍以內(nèi)，有不少裂縫寬度超過(guò)允許值0.2mm。裂縫多數(shù)繞過(guò)梁底發(fā)展到梁側(cè)，檢測(cè)報(bào)告中說(shuō)明:工作橋T 梁的主要裂縫是由于結(jié)構(gòu)受力引起的。

可研階段僅對(duì)主梁混凝土表面進(jìn)行環(huán)氧厚漿封閉，對(duì)局部鋼筋銹蝕嚴(yán)重部位進(jìn)行重點(diǎn)處理(保護(hù)層鑿除、鋼筋除銹綁焊)，此加固方案只能治標(biāo)，不能保證結(jié)構(gòu)安全要求，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固，而采用體外無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋加固工作橋T 形梁既可不損壞原有結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，又可保證加固后結(jié)構(gòu)安全，實(shí)施可靠，經(jīng)濟(jì)合理，耐久耐用。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋配置計(jì)算

原T 形梁底配置雙排鋼筋，上排配置3φ28，Ag上=18.47cm2;下排配置7φ28，Ag下=43.10cm2。換算上翼緣板平均厚度為16cm，T 梁截面形心距上緣Y上=32cm，T 梁截面形心距下緣Y下=68cm。

2.3.1.1 下排鋼筋損失拉力

下排鋼筋7φ28，考慮銹蝕后有效直徑按φ25 計(jì)算，7φ25的鋼筋面積為34.36cm2。

損失鋼筋面積Ag下=43.1－34.26=8.74cm2

原計(jì)算鋼筋應(yīng)力取23kN/cm2

式中 h01——截面有效高度;

2.3.1.2 上排鋼筋損失拉力

上排鋼筋3φ28，考慮僅側(cè)面2 根銹蝕，銹蝕后有效直徑按φ26 計(jì)算，2φ26的鋼筋面積為10.61cm2。

損失鋼筋面積Ag上=12.31－10.61=1.7cm2

原計(jì)算鋼筋應(yīng)力取23kN/cm2

2.3.1.3 損失的抵抗力矩M

2.3.1.4 鋼筋的配置

設(shè)鋼筋(采用鋼絞線)距梁下緣為18cm，h0e=100－18－16/2=74cm

則需配預(yù)應(yīng)力鋼筋面積(計(jì)算中取σb=160kN/cm2)

Ae=M/(σk×h0e)=209.3×100/(0.75×160×74)=2.36cm2

單根鋼絞線面積7φ5 為1.374cm2

應(yīng)配根數(shù)n=2.36/1.374=1.72，取2 根。

梁左右側(cè)各布置1 根，具體結(jié)構(gòu)布置詳見(jiàn)圖2。

2.3.1.5 施加預(yù)應(yīng)力計(jì)算

單根施加預(yù)應(yīng)力Ne=σk×Ag=0.75×186×7×π×0.252=191.735kN

超張拉時(shí)1.05Ne=1.05×191.735=201.32kN，取200kN。

2.3.2 梁兩端混凝土受壓驗(yàn)算

施加預(yù)應(yīng)力距截面形心e0=0.68－0.18=0.5m

產(chǎn)生的偏心力距M0=383.47×0.5=191.735kN·m

T 梁截面慣性矩I=8032640cm4

梁下緣混凝土壓應(yīng)力σ下=(M0×Y下)/I=0.162kN/cm2

梁上緣混凝土拉應(yīng)力σ上=(M0×Y上)/I=－0.076kN/cm2

滿足規(guī)范要求。

3 工程施工

考慮到梁體受預(yù)應(yīng)力張拉而產(chǎn)生壓縮，梁端支座將產(chǎn)生水平摩阻力，影響工作橋排架，特別是原有支座系采用一層油氈鋪墊，目前深陷入混凝土，已無(wú)隔離作用，其摩阻力很大，排架配筋偏少，危及排架結(jié)構(gòu)安全，為此，必須考慮在張拉前搭設(shè)鋼支架，在支架上進(jìn)行張拉后，更換板式橡膠支座，再?gòu)?fù)原位，具體施工程序如下:

圖2 T 梁體外無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋加固結(jié)構(gòu)

3.1 支架搭設(shè)

工作橋總重約120t，采用貝雷排架搭設(shè)支架，在通航孔工作橋排架兩側(cè)分別用兩片組裝成60cm的寬貝雷架跨孔橋，在貝雷排架橋兩端上面各放4 片貝雷排架橋，橋?qū)?.2m，在這橋上再用方木搭燈籠架，四角搭4個(gè)約1.2m×1.0m 燈籠架，靠孔中間的0.6m×1.0m燈籠架中心放千斤頂，另0.6m×1.0m 燈籠架上繼續(xù)用方木墊，直至梁底承重。

3.2 頂升工作橋

在頂升工作橋前，放松閘門(mén)鋼絲繩和掛在工作橋上的電線，剪斷工作橋上的接地鋼筋及拆除其他障礙。千斤頂采用100t 油壓手動(dòng)千斤頂，貝雷排架橋四角放4 只千斤頂。頂升過(guò)程中要保持頂升速度一致，邊頂邊墊，兩端都頂升到8cm 高，全部墊穩(wěn)后，進(jìn)行張拉。

3.3 張拉綱絞線

3.4 灌漿封錨頭

張拉結(jié)束后，觀察24h，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)滑絲現(xiàn)象，用砂輪機(jī)切割鋼絞線。焊不銹鋼罩并在不銹鋼罩內(nèi)壓水泥砂漿封錨具頭。

3.5 更換支座

將梁下原來(lái)柏油板支座取掉，按設(shè)計(jì)要求安裝好鐵墊板和橡膠支座后，一頭兩個(gè)千斤頂，同時(shí)頂升梁體，離開(kāi)墊木，再頂升另一頭離開(kāi)墊木，抽去梁下墊木板，抽掉1～2cm 再下降，每次下降1～2cm，直至梁頭落到橡膠支座上，注意不能猛頂猛放。

3.6 工作橋裂縫及混凝土炭化處理

工作橋經(jīng)體外張拉后，縫寬殘余值約0.06mm 左右，在梁底面、側(cè)面及橋面板下全部用環(huán)氧厚漿封閉。

3.7 后續(xù)施工

金屬體表面防腐處理后，環(huán)氧砂漿封面;拆除支架，加固工作全部結(jié)束。

4 結(jié) 語(yǔ)

斗龍港閘通航孔工作橋加固已通過(guò)竣工驗(yàn)收并投入使用，從驗(yàn)收測(cè)評(píng)情況來(lái)看，工作橋經(jīng)過(guò)加固，工程情況良好，滿足各項(xiàng)測(cè)評(píng)指標(biāo)，達(dá)到了加固的預(yù)期目的，對(duì)今后類似工程的維修加固具有一定的借鑒意義。

黃國(guó)興，陳改新.水工混凝土建筑物修補(bǔ)技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1998.