工作桥T 形梁裂缝体外无粘结预应力筋加固设计与施工

沈建峰

(盐城市水利勘测设计研究院 224002)

1 工程概况

斗龙港闸位于大丰市斗龙渔业乡，距黄海10km，主要担负着里下河地区的挡潮、排涝、蓄淡、通航等任务，流域面积为4428km2，是控制里下河地区排水入海及挡潮的大型水工建筑物。该闸建于1965～1966年，经过三十余年运行，工程趋于老化，钢筋混凝土结构普遍存在炭化和裂缝，特别是工作桥检测资料表明，炭化深度在6.5～9.2mm 之间，工作桥裂缝达1240 条，其中大于0.2mm的有23 条，大于0.25mm的有6 条，最为严重的是通航孔工作桥大于0.3mm的有5 条，其中最大裂缝竟达0.7mm，超过设计容许值0.2mm的3.5倍，严重影响结构安全，必须进行除险加固。

2 加固设计

2.1 工程现状

通航孔孔径10.3m，采用上下扉直升平板钢闸门，工作桥为T 形梁板整体钢混凝土结构，桥面净宽5.7m，原设计混凝土标号170号，实测混凝土强度远大于设计强度，一般均超过原设计强度一倍以上。虽然混凝土强度增加，但两根T 形梁裂缝达133 条，其中上游侧T 梁裂缝49 条，下游侧T 梁裂缝84 条。详见图1通航孔工作桥T 梁裂缝分布示意图。

图1 通航孔工作桥T 梁裂缝分布示意

2.2 裂缝原因分析及加固方案确定

根据南京水利科学研究院检测报告提供的通航孔工作桥T 形梁裂缝调查成果表明，裂缝数量较多、较密的区域大部分集中在跨中5～6m 范围以内，有不少裂缝宽度超过允许值0.2mm。裂缝多数绕过梁底发展到梁侧，检测报告中说明:工作桥T 梁的主要裂缝是由于结构受力引起的。

可研阶段仅对主梁混凝土表面进行环氧厚浆封闭，对局部钢筋锈蚀严重部位进行重点处理(保护层凿除、钢筋除锈绑焊)，此加固方案只能治标，不能保证结构安全要求，必须进行结构补强加固，而采用体外无粘结预应力筋加固工作桥T 形梁既可不损坏原有结构受力状态，又可保证加固后结构安全，实施可靠，经济合理，耐久耐用。

2.3 结构设计

2.3.1 预应力钢筋配置计算

原T 形梁底配置双排钢筋，上排配置3φ28，Ag上=18.47cm2;下排配置7φ28，Ag下=43.10cm2。换算上翼缘板平均厚度为16cm，T 梁截面形心距上缘Y上=32cm，T 梁截面形心距下缘Y下=68cm。

2.3.1.1 下排钢筋损失拉力

下排钢筋7φ28，考虑锈蚀后有效直径按φ25 计算，7φ25的钢筋面积为34.36cm2。

损失钢筋面积Ag下=43.1－34.26=8.74cm2

原计算钢筋应力取23kN/cm2

式中 h01——截面有效高度;

2.3.1.2 上排钢筋损失拉力

上排钢筋3φ28，考虑仅侧面2 根锈蚀，锈蚀后有效直径按φ26 计算，2φ26的钢筋面积为10.61cm2。

损失钢筋面积Ag上=12.31－10.61=1.7cm2

原计算钢筋应力取23kN/cm2

2.3.1.3 损失的抵抗力矩M

2.3.1.4 钢筋的配置

设钢筋(采用钢绞线)距梁下缘为18cm，h0e=100－18－16/2=74cm

则需配预应力钢筋面积(计算中取σb=160kN/cm2)

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

单根钢绞线面积7φ5 为1.374cm2

应配根数n=2.36/1.374=1.72，取2 根。

梁左右侧各布置1 根，具体结构布置详见图2。

2.3.1.5 施加预应力计算

单根施加预应力Ne=σk×Ag=0.75×186×7×π×0.252=191.735kN

超张拉时1.05Ne=1.05×191.735=201.32kN，取200kN。

2.3.2 梁两端混凝土受压验算

施加预应力距截面形心e0=0.68－0.18=0.5m

产生的偏心力距M0=383.47×0.5=191.735kN·m

T 梁截面惯性矩I=8032640cm4

梁下缘混凝土压应力σ下=(M0×Y下)/I=0.162kN/cm2

梁上缘混凝土拉应力σ上=(M0×Y上)/I=－0.076kN/cm2

满足规范要求。

3 工程施工

考虑到梁体受预应力张拉而产生压缩，梁端支座将产生水平摩阻力，影响工作桥排架，特别是原有支座系采用一层油毡铺垫，目前深陷入混凝土，已无隔离作用，其摩阻力很大，排架配筋偏少，危及排架结构安全，为此，必须考虑在张拉前搭设钢支架，在支架上进行张拉后，更换板式橡胶支座，再复原位，具体施工程序如下:

图2 T 梁体外无粘结预应力筋加固结构

3.1 支架搭设

工作桥总重约120t，采用贝雷排架搭设支架，在通航孔工作桥排架两侧分别用两片组装成60cm的宽贝雷架跨孔桥，在贝雷排架桥两端上面各放4 片贝雷排架桥，桥宽1.2m，在这桥上再用方木搭灯笼架，四角搭4个约1.2m×1.0m 灯笼架，靠孔中间的0.6m×1.0m灯笼架中心放千斤顶，另0.6m×1.0m 灯笼架上继续用方木垫，直至梁底承重。

3.2 顶升工作桥

在顶升工作桥前，放松闸门钢丝绳和挂在工作桥上的电线，剪断工作桥上的接地钢筋及拆除其他障碍。千斤顶采用100t 油压手动千斤顶，贝雷排架桥四角放4 只千斤顶。顶升过程中要保持顶升速度一致，边顶边垫，两端都顶升到8cm 高，全部垫稳后，进行张拉。

3.3 张拉纲绞线

3.4 灌浆封锚头

张拉结束后，观察24h，如果没有发现滑丝现象，用砂轮机切割钢绞线。焊不锈钢罩并在不锈钢罩内压水泥砂浆封锚具头。

3.5 更换支座

将梁下原来柏油板支座取掉，按设计要求安装好铁垫板和橡胶支座后，一头两个千斤顶，同时顶升梁体，离开垫木，再顶升另一头离开垫木，抽去梁下垫木板，抽掉1～2cm 再下降，每次下降1～2cm，直至梁头落到橡胶支座上，注意不能猛顶猛放。

3.6 工作桥裂缝及混凝土炭化处理

工作桥经体外张拉后，缝宽残余值约0.06mm 左右，在梁底面、侧面及桥面板下全部用环氧厚浆封闭。

3.7 后续施工

金属体表面防腐处理后，环氧砂浆封面;拆除支架，加固工作全部结束。

4 结 语

斗龙港闸通航孔工作桥加固已通过竣工验收并投入使用，从验收测评情况来看，工作桥经过加固，工程情况良好，满足各项测评指标，达到了加固的预期目的，对今后类似工程的维修加固具有一定的借鉴意义。

黄国兴，陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用［M］.北京:中国水利水电出版社，1998.