體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在50 m T梁加固工程中的應(yīng)用

胡 鷹，盧孟陽

(1.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040；2.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護加固技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢 430040)

開封黃河公路大橋位于開封市東北30公里處的黃河干流上，是S213上一座跨越黃河的特大型橋梁，大橋于1988年2月開工建設(shè)，于1989年12月建成并通車。該橋由北引道、主橋、南引道三部分組成，北引道全長195 m，主橋全長4 475 m，南引道全長852 m，總長5 522 m。

主橋上部結(jié)構(gòu)為20 m、50 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，橋面連續(xù)，橋孔布置由北向南為：1×(10×20 m)+1×(11×20 m)+12×(5×50 m)+1×(9×50 m)+1×(8×50 m)+1×(10×20 m)，共108孔。其中50 m T梁梁高2.6 m，腹板厚18 cm，馬蹄底寬50 cm，每跨共7片梁，梁間距2.5 m，縱向設(shè)6道中橫隔板和2道端橫隔板，梁間采用鋼板連接。

開封黃河公路大橋修建的年代較早，同時車流量較大、特別是重載車較多，50 mT梁腹板普遍存在開裂現(xiàn)象，以斜向裂縫和豎向裂縫為主，對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁來說，此種裂縫為嚴重的受力裂縫[1]。為保證橋梁安全運營，需要對50 mT梁進行加固。

1 加固方案

針對S213線開封黃河公路大橋50 mT梁，隨機選取該橋三跨T梁作為試驗對象進行檢測。結(jié)合試驗過程中的裂縫觀測情況，檢測結(jié)果表明大橋50 m T梁橋各試驗跨原設(shè)計狀態(tài)下橋梁承載能力能夠滿足設(shè)計荷載等級要求，而橋梁現(xiàn)狀的承載能力不能滿足設(shè)計荷載等級要求。

通過權(quán)衡各加固方案，最終選擇采用體外預(yù)應(yīng)力法對50 m T梁實施加固，以提高梁體的抗彎和抗剪承載能力，改善梁體的應(yīng)力狀態(tài)，使梁體承載能力滿足規(guī)范要求，并具有適當?shù)陌踩珒洹?/p>

體外預(yù)應(yīng)力索布置于50 m T梁的腹板上，腹板兩側(cè)各布置1束體外預(yù)應(yīng)力索。體外預(yù)應(yīng)力索的線型位置如圖1所示。

體外預(yù)應(yīng)力索的轉(zhuǎn)向塊和錨固塊均采用鋼結(jié)構(gòu)，利用錨栓和注膠粘貼技術(shù)錨固在T梁腹板上。體外預(yù)應(yīng)力索材料為鋼絞線，是采用環(huán)氧涂覆無粘結(jié)鋼絞線成品索，每束規(guī)格為6-φs15.2 mm，標準強度fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，錨下控制張拉應(yīng)力σcon=0.50fpk=930 MPa。

2 加固工藝

針對開封黃河大橋50 m T梁體外預(yù)應(yīng)力加固，總體施工流程為：首先搭設(shè)梁底吊架作為施工平臺，再進行錨固塊、轉(zhuǎn)向塊的制作與安裝，然后穿成品鋼絞線預(yù)應(yīng)力索及張拉。張拉前完成T梁裂縫等缺陷的修復(fù)工作，先單根預(yù)張拉后同步分級張拉，然后完成減震器安裝，以及錨頭防護罩安裝并填充非硫化密封膠。

2.1 錨固塊、轉(zhuǎn)向塊制作

錨固塊和轉(zhuǎn)向塊由專門的鋼結(jié)構(gòu)加工廠家進行分塊制作，運輸至現(xiàn)場后焊接拼接，并且按相關(guān)規(guī)定進行焊縫檢測，確保焊接質(zhì)量合格。

2.2 錨固塊、轉(zhuǎn)向塊安裝

1)定位放線

按照設(shè)計圖紙要求，在T梁上定位放線出錨固塊和轉(zhuǎn)向塊安裝位置，以及體外預(yù)應(yīng)力索的線型位置。

2)混凝土表面處理

采用角向磨光機對混凝土表面進行打磨處理，除去錨固塊和轉(zhuǎn)向塊安裝位置表面松散的浮渣，直至露出混凝土新面，并進行清潔和干燥處理。

轉(zhuǎn)向塊的安裝位置還要進行鑿毛處理：利用鑿子或風鎬等將需要灌注C50混凝土界面的T梁腹板及馬蹄形倒角處的老混凝土表面層鑿去，并形成毛面，鑿毛深度以老混凝土表面有1/3～1/2石子裸露為準。

3)鋼筋探位及鉆孔：用地質(zhì)雷達對T梁腹板鉆孔范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋及鋼筋進行現(xiàn)場探測并做出標記?？孜粦?yīng)確保嚴禁損傷預(yù)應(yīng)力筋，箍筋損傷率在30%以下。孔位完成后利用水鉆進行鉆孔，鉆孔孔徑25 mm。

4)清孔

逐個清孔，先吹入潔凈氣體，再用硬毛刷往返旋轉(zhuǎn)清刷3次，最后再將噴嘴伸入孔內(nèi)吹氣，確?？變?nèi)干凈、無灰塵。

5)注膠植筋

采用專用注膠器進行植筋膠灌注，灌注量控制在孔深的2/3，植入鋼筋后有少許植筋膠溢出[2]。植筋膠完全固化前，不得觸動或振動已植入的鋼筋，以免影響其黏結(jié)性能[3]。

6)加強鋼板安裝

在錨固塊加強板兩端T梁翼緣板處安裝膨脹螺栓作為提吊受力點，利用1 t手拉葫蘆將加強鋼板從地面起吊至待安裝位置附近，并套接在植筋后螺桿上。加強鋼板與混凝土接觸面每間隔20 cm塞墊3 mm墊片，提前預(yù)留出壓力注膠的空間。

7)后裝結(jié)構(gòu)整體安裝

后裝結(jié)構(gòu)部分提前整體焊接成整體，端頭空間有限，利用安裝加強板的手拉葫蘆將放置在地面端的后裝結(jié)構(gòu)起吊至待安裝位置附近，并插入對應(yīng)植筋孔中，初步定位。后裝結(jié)構(gòu)起吊至待安裝位置附近，并插入對應(yīng)植筋孔中，初步定位?；摪迮c加強鋼板接觸面每間隔20 cm塞墊3 mm墊片，提前預(yù)留出壓力注膠的空間。焊接時，在3 mm墊片處不焊接，作為后期壓力注膠粘貼鋼板的注膠孔和排氣孔。

8)壓力注膠

嚴格按照灌注粘鋼法的施工工藝和要求進行壓力注膠，注意檢查有無脫空和漏膠等現(xiàn)象，確保黏結(jié)質(zhì)量。

9)C50混凝土施工

對于轉(zhuǎn)向塊的安裝，還需要對轉(zhuǎn)向塊的側(cè)板和T梁腹板的間隙澆灌C50混凝土?？蓮纳戏焦嗳隒50混凝土，橫橋向利用轉(zhuǎn)向塊的側(cè)板作為模板，順橋向兩側(cè)設(shè)置木模板。

2.3 穿預(yù)應(yīng)力索，安裝錨具和夾片

穿預(yù)應(yīng)力索前，先完成斜拉索的進場檢驗及橫隔板鉆孔施工，再根據(jù)孔位從T梁的第3與第4個橫隔板中間穿入。穿索前，沿著預(yù)應(yīng)力索設(shè)置臨時拖輪支撐，使索體沿著拖輪穿入，同時在橫隔板開孔處利用土工布或橡膠板進行臨時防護，嚴禁索體護套在地板上拖動，同時注意其他位置索體的防護。體外索穿孔工作示意如圖2所示。

預(yù)應(yīng)力束安裝完成后，依次安裝兩端端頭的錨具、夾片等結(jié)構(gòu)。安裝過程中做好防護，保障夾片的完好性，避免磕碰損傷錨具的防腐鍍層。

2.4 張拉及錨固

1)單根預(yù)張拉：利用小型穿心式千斤頂在梁端同步進行預(yù)緊，預(yù)緊力暫定控制在設(shè)計張拉力的15%。

2)同步分級張拉：體外索應(yīng)采用一端整體同步分級張拉，張拉力分為50%、80%、100%三級。張拉過程中對錨固塊、轉(zhuǎn)向架及其周邊的混凝土應(yīng)力進行觀測，以防止出現(xiàn)混凝土開裂現(xiàn)象。

3)同步性控制：張拉時，由現(xiàn)場技術(shù)負責人統(tǒng)一指揮，每級張拉之后安排專人對梁體外觀、梁端支座位移情況等進行觀測；預(yù)應(yīng)力同步智能張拉設(shè)備系統(tǒng)進行整跨張拉的同步性控制；每級同步加載完成后，持荷5 min，進行應(yīng)力與伸長量的檢查。實際伸長量與理論伸長相比較誤差不超過±6%[4]。

4)錨固：張拉力值經(jīng)測量達到預(yù)定的力值后，張拉千斤頂持荷5 min，使工具夾片主動受力錨固住預(yù)應(yīng)力束，有效減少預(yù)應(yīng)力損失[5]。

2.5 后續(xù)施工

1)減震器安裝 安裝前對T梁及體外索的位置進行實測復(fù)核，確定鉆孔植筋的位置。然后參考產(chǎn)品的安裝說明依次安裝減震器內(nèi)側(cè)哈弗結(jié)構(gòu)、外側(cè)哈弗結(jié)構(gòu)，最后將螺栓緊固，完成減震器的安裝。

2)安裝錨頭防護罩并填充非硫化密封膠 施工結(jié)束后，在密封筒內(nèi)填充非硫化型密封膠，并在保護罩內(nèi)涂抹非硫化型密封膠，最后安裝端頭錨頭防護罩。

3 加固效果

開封黃河公路大橋體外預(yù)應(yīng)力加固施工完成后，再次針對試驗跨進行了荷載試驗以驗證加固實施后的效果。試驗結(jié)果表明：靜載試驗的剛度、強度、抗裂性等指標及動載試驗的振動特性均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，加固后的實際承載能力能夠滿足設(shè)計荷載的正常使用要求，采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固的效果良好。