預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁伸縮失效處治措施

孫鵬旭

(山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司 太原 030006)

引言

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板簡(jiǎn)支梁橋是我國近代橋梁建設(shè)中使用比較廣泛的一種橋型，該類橋型受力簡(jiǎn)單,只有正彎矩，在溫度變化和混凝土收縮徐變等情況下不會(huì)在梁內(nèi)產(chǎn)生次應(yīng)力，屬于單孔靜定結(jié)構(gòu)；構(gòu)件可設(shè)計(jì)成各種標(biāo)準(zhǔn)跨徑，型式合理，有利于標(biāo)準(zhǔn)化工廠化施工，施工方便，可以最大程度地提高建設(shè)效率，適用于地質(zhì)條件較差的路段[1]。

在橋梁設(shè)計(jì)過程中，為保證橋面的整體性，減少車輛在伸縮縫處的“跳車”現(xiàn)象，對(duì)于跨數(shù)不多，伸縮量相對(duì)較小的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板簡(jiǎn)支梁中常常采用兩端不設(shè)伸縮縫、中間墩頂設(shè)置一道伸縮縫的設(shè)計(jì)方案。隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加和重載交通的影響，簡(jiǎn)支梁橋中間墩頂伸縮縫由于不滿足整橋伸縮要求，出現(xiàn)伸縮縫擠死，失去伸縮功能的情況，嚴(yán)重影響了橋梁的安全性和耐久性。

本文依托山西省運(yùn)城市聞喜縣姚村1號(hào)中橋維修工程，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板簡(jiǎn)支梁橋連續(xù)化改造的施工技術(shù)研究和應(yīng)用，旨在為今后同類橋梁病害處治提供參考。

1 工程概況

S75侯平高速公路侯馬至運(yùn)城段于2001年2月9日開工建設(shè)，2002年12月1日正式運(yùn)營(yíng)，是大運(yùn)高速公路最南端一段，它北起運(yùn)城市新絳縣店頭，與臨侯高速公路連接，終于運(yùn)城市西鹽湖區(qū)南莊，與運(yùn)風(fēng)高速公路連接，路線全長(zhǎng)100.199km，其中主線長(zhǎng)92.096km。采用六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車速度120km/h，設(shè)計(jì)荷載為汽車超—20級(jí)、掛車—120。

姚村1號(hào)中橋是侯平高速公路在聞喜縣為跨越一條縣鄉(xiāng)道路而設(shè)的一座中橋，中心樁號(hào)K41+611，橋梁全長(zhǎng)53m。上部結(jié)構(gòu)為3×16m 簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩和柱式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，全橋僅在2#墩頂設(shè)置1道伸縮縫，0#臺(tái)和3#臺(tái)未設(shè)置伸縮縫。在日常養(yǎng)護(hù)過程中管養(yǎng)單位發(fā)現(xiàn)該橋梁右幅1#墩、2#墩上部空心板梁體發(fā)生了側(cè)移，其中 1#墩頂處梁體外偏擠裂外擋塊，2#墩內(nèi)擋塊梁體也與擋塊接觸，同時(shí)2#墩頂伸縮縫鋼梁擠死，失去伸縮功能，影響橋梁正常使用。

2 原因分析和處治方案

2.1 病害原因分析

該橋梁兩側(cè)橋臺(tái)處背墻與梁體間縫隙均填筑有混凝土，未設(shè)置伸縮縫，導(dǎo)致梁體升降溫時(shí)僅可通過2#墩頂伸縮縫一處自由伸縮。因伸縮縫安裝預(yù)留伸縮空間不足，在高溫天氣下伸縮縫鋼梁擠死，梁體縱向自由伸縮受到限制，在墩頂處受限變形僅可通過橫向位移進(jìn)行釋放，導(dǎo)致梁體偏移擠壓擋塊。

2.2 病害處治方案

(1)鑿除0#臺(tái)和3#臺(tái)背墻與梁體接縫間填充混凝土，釋放梁端約束，增設(shè)D40淺埋式伸縮縫(見圖1)，確保梁端伸縮自由。

圖1 橋臺(tái)伸縮縫剖面

(2)拆除2#墩頂D40伸縮縫(見圖2)，進(jìn)行橋面連續(xù)化改造(見圖3)，并將四氟板支座更換為板式橡膠支座。

圖2 2#墩橋面鋪裝混凝土鑿除

圖3 2#墩橋面連續(xù)化剖面

3 橋面連續(xù)化改造方案

3.1 橋面連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋的應(yīng)用現(xiàn)狀

橋面連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋首先在國外被提及和使用，并形成初步的一些理論。余正雷編譯的蘇聯(lián)文獻(xiàn)中簡(jiǎn)要的提及了橋面連續(xù)的簡(jiǎn)支梁橋的計(jì)算方法，對(duì)橋面連接板進(jìn)行分析；日本積極采用橋面無縫化技術(shù)，該種技術(shù)和我國的連續(xù)梁相似，克服了伸縮縫帶來的弊端，并且因其獨(dú)有的特點(diǎn)和社會(huì)效益被廣泛推廣；我國橋面連續(xù)簡(jiǎn)支橋研究相對(duì)國外比較落后，但是在1989年上海市公路管理處首先引入了橋面連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)我國交通部于20世紀(jì)90年代發(fā)布了《公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖》，其中明確規(guī)定了對(duì)于跨徑和結(jié)構(gòu)型式不同的橋梁中，應(yīng)采用橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)型式；直至后來貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院分析了橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)的3種不同方案，更是為后續(xù)該類橋梁加固設(shè)計(jì)提供了參考[2]。

綜上所述可知，預(yù)應(yīng)力混凝土橋面連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋勢(shì)必是未來橋梁建設(shè)中的趨勢(shì)，將會(huì)成為一種主流，在橋梁建設(shè)中占有重要的地位。

3.2 橋面連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)體系的合理性

(1)這種體系結(jié)構(gòu)介于簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁之間，具有簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避了兩者的缺點(diǎn)，通過支點(diǎn)負(fù)彎矩的卸載，使得梁結(jié)構(gòu)跨中彎矩減少，可以有效減少結(jié)構(gòu)的尺寸和結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量，結(jié)構(gòu)更加合理[3]。

(2)簡(jiǎn)支梁變?yōu)檫B續(xù)梁后，結(jié)構(gòu)體系由靜定轉(zhuǎn)化為超靜定，在混凝土的收縮徐變和支座不均勻沉降等因素影響下，結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生較大的次內(nèi)力，對(duì)結(jié)構(gòu)本身影響較小[4]。

(3)從公路養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)角度來講，該體系橋梁因其伸縮縫少，變形較小的特點(diǎn)，消除了伸縮縫橋頭跳車、行車顛簸、不穩(wěn)定、不舒適的弊端，社會(huì)效益較簡(jiǎn)支梁體系好[5]。

3.3 橋面連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋構(gòu)造形式的選取

根據(jù)橋面連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋的受力特征，一般可分為鉸接式橋面連續(xù)構(gòu)造、剛接式橋面連續(xù)構(gòu)造和拉桿式橋面連續(xù)構(gòu)造[6-8]。

鉸接式橋面連續(xù)構(gòu)造梁端不承受轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩，但是施工工藝比較復(fù)雜、效率低，橋面存在斷縫容易漏水腐蝕橋面鋪裝鋼筋，影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，所以我國很少采用這種構(gòu)造形式。

剛接式橋面連續(xù)構(gòu)造形式簡(jiǎn)單、施工方便，但是在車輛荷載作用下，剛性橋面連續(xù)負(fù)彎矩區(qū)域的鋼筋和混凝土?xí)绞艿嚼瓚?yīng)力，混凝土容易被拉裂，同樣影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

拉桿式橋面連續(xù)構(gòu)造中縱向鋼筋和混凝土之間為無黏結(jié)狀態(tài)[7]，因主梁梁端轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)彎矩區(qū)域拉應(yīng)力主要由縱向鋼筋承擔(dān)，是一種受力比較合理的構(gòu)造形式，因此姚村1號(hào)中橋2#墩頂橋面連續(xù)化改造采用此形式。

4 處治工藝

4.1 0#臺(tái)和3#臺(tái)伸縮縫安裝

(1)測(cè)量放線。找出梁端和橋臺(tái)臺(tái)背間隙所在的中心線，分別向兩側(cè)等距離放出伸縮縫邊界線，做出標(biāo)記，保證線形整齊、平直，并與道路中線垂直。

(2)鑿除混凝土。采用沖擊力較小的設(shè)備鑿除橋臺(tái)背墻與梁端橋面混凝土，并將背墻與梁端縫隙中填筑的混凝土小心鑿除，應(yīng)盡量保留原伸縮縫結(jié)構(gòu)鋼筋，將切割后的預(yù)留槽混凝土表面清理干凈。

(3)U型筋植筋。按設(shè)計(jì)要求標(biāo)出植筋鉆孔位置、型號(hào)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可對(duì)鉆孔位置作適當(dāng)調(diào)整，但調(diào)整范圍不得超過±10cm；采用Ф18鉆頭鉆孔，保證深度達(dá)到16cm，孔道先用硬毛刷往返旋轉(zhuǎn)清刷，再以高壓干燥空氣吹去孔底灰塵、碎片和水分，并采用丙酮或工業(yè)酒精擦拭孔壁及孔底，孔內(nèi)應(yīng)保持干燥；采用專用灌注器將植筋用膠黏劑由孔底灌注至孔深2/3處，并保證在植入鋼筋后有少許膠黏劑溢出；立即插入鋼筋，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度，并保證植入鋼筋與空壁間的間隙基本均勻，校正鋼筋的位置和垂直度，孔口多余的膠黏劑應(yīng)清除。

(4)安裝伸縮縫。按照更換伸縮裝置圖紙的安裝要求，調(diào)整伸縮裝置的中心線與橋梁中心線相重合，應(yīng)對(duì)稱放置在伸縮縫的間隙上，并使其頂面標(biāo)高與路面標(biāo)高相吻合，與植入的U型筋焊接牢固，并穿好橫向水平鋼筋[9](見圖4)。

圖4 伸縮縫安裝

(5)澆筑快速混凝土，并養(yǎng)生。為盡早開放交通，病害處治中采用成品C50高強(qiáng)灌漿料澆筑伸縮縫錨固區(qū)混凝土(見圖5)，澆筑完畢后，用抹子找平壓光，采用地膜覆蓋，灑水養(yǎng)生，并及時(shí)觀察伸縮縫周圍情況，待快速混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可通車。

4.2 2#墩頂拉桿式橋面連續(xù)化施工

(1)鑿除墩頂橋面瀝青鋪裝及混凝土鋪裝，拆除原失效伸縮縫。鑿除橋面時(shí)注意對(duì)原橋面鋼筋的保護(hù)，同時(shí)應(yīng)注意清理散落于蓋梁的混凝土碎屑。

(2)鑿除到位后，采用高壓水槍或其他有效措施，清理表層混凝土碎屑。

(3)在墩頂兩側(cè) 50cm 范圍內(nèi)涂刷兩遍乳化瀝青，縱向失效段鋼筋采用Ф16mm螺紋鋼筋，長(zhǎng)110cm，對(duì)稱于墩中心布置，失效段采用涂瀝青的玻璃絲布包裹措施(見圖6)，保證鋼筋和混凝土不黏結(jié)，失效段端頭兩側(cè)安裝2×3油浸軟木條。

圖6 失效段鋼筋

(4)綁扎橋面連續(xù)鋼筋(見圖7)，澆筑高強(qiáng)灌漿料并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

圖7 橋面連續(xù)化鋼筋圖

(5)最后攤鋪瀝青混凝土路面，并將2#墩頂?shù)乃姆逯ё鼡Q為板式橡膠支座[3]。

5 處治注意事項(xiàng)

(1)橋臺(tái)新增伸縮縫工作中，由于清除梁端和臺(tái)背間隙填充混凝土操作空間有限，清縫工作相對(duì)困難，為保證新增伸縮縫正常發(fā)揮伸縮作用，必須保證清縫工作質(zhì)量，且必須上下通縫。

(2)因新增伸縮縫屬于淺埋式，為確保安裝牢固，必須保證U型筋植入的深度和植筋的質(zhì)量。在植筋鉆孔過程中，應(yīng)仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)圖紙，認(rèn)真校核，做好梁端預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)。

(3)失效段鋼筋的施工質(zhì)量是拉桿式橋面連續(xù)化改造成敗的關(guān)鍵，應(yīng)保證縱向鋼筋和混凝土的無黏結(jié)狀態(tài)，防止出現(xiàn)鋼筋和混凝土同步受拉的情況[10]。

6 結(jié)語

姚村1號(hào)中橋采用墩頂拉桿式橋面連續(xù)改造，橋臺(tái)新增淺埋式伸縮縫的方法完成了對(duì)橋梁伸縮失效病害的處治，該結(jié)構(gòu)體系提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度和整體穩(wěn)定性，施工過程方便、快捷，安全、可控，達(dá)到了預(yù)期的效果。在對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性、行車舒適性有特殊要求的公路設(shè)計(jì)中，橋面連續(xù)化簡(jiǎn)支梁體系具有較高的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和推廣價(jià)值，也為今后同類橋梁病害處治提供了參考。