大跨度桥梁普通预应力体外索更换加固设计研究

胡宏斌

（广州华南路桥实业有限公司，广东广州 510640）



大跨度桥梁普通预应力体外索更换加固设计研究

胡宏斌

（广州华南路桥实业有限公司，广东广州 510640）

摘要：结合广州华南大桥普通预应力体外索的更换加固工程，根据其病害情况及产生原因，提出了体外索更换原则；根据该原则进行普通预应力体外索更换设计，介绍了更换设计要点及施工要点；根据梁体主控截面的应变和桥面线形监测结果，对加固效果进行了评价。

关键词：桥梁；普通预应力钢索；体外索更换；加固设计

1　工程概况

广州华南大桥主桥上部结构为（110+190+ 110）m三跨预应力砼连续刚构，全长410 m，桥宽36 m，分左、右两幅桥修建。上部结构主梁采用三向预应力砼结构，单幅桥采用单箱单室断面，每幅桥箱梁顶面宽度为17.75 m，底面宽度为9.5 m，箱梁顶板设置1.5%单向横坡。原设计采用体外普通预应力钢索，每幅桥中跨底板设置8束27ϕj15.24 mm 及4束22ϕj15.24 mm体外普通预应力钢索，每幅桥边跨底板设置6束19ϕj15.24 mm体外普通预应力钢索。每跨体外预应力钢索均锚固于砼斜锚齿板上。原设计体外预应力钢索张拉力为钢绞线破断强度的65%，即单根钢索张拉力为169.3 k N。

该桥在营运期发生普通预应力体外索锈蚀病害，导致体外索发生断裂，断裂位置为锚具喇叭口尾端（见图1）。

图1　固定端锚头锈蚀情况

该桥北侧边跨靠近中央分隔带位置的左北2-N体外索发生整束锈蚀断裂病害，从现场断裂的索体情况分析体外索断裂原因如下：9～10根钢索锈蚀严重，余下钢索为齐口拉裂脆断，盖帽内没有水泥浆，索内也未注满水泥砂浆。因此，普通预应力钢索压浆不饱满导致钢索处于水气中得不到保护，钢索长期受空气中的氧和水的侵蚀而发生锈蚀；锈蚀后的钢绞线受力截面减小，使钢绞线承担的实际应力大于设计应力，随着锈蚀程度的加深，钢绞线的抗拉强度满足不了既有拉力时即发生断裂。

2　体外索更换原则

（1）从该桥各年定期检测报告来看，箱梁基本未出现大的受力裂缝，主梁挠度也趋于稳定，说明原设计预应力布置及预应力度能满足大桥正常运营的要求。因此，待更换的体外索仍维持原设计张拉力，预应力布置方案基本维持不变。

（2）该桥体外索断裂原因主要为水泥浆不饱满，加固设计主要解决体外索的防锈防腐问题。为提高体外索的防腐性能，体外索采用外包热挤压HDPE护套的填充型环氧涂层无粘结预应力钢索，锚具及预埋管内灌注防腐蜡油。

（3）更换后的体外预应力体系及材料应具有锚固性能可靠、防腐性能优良、便于检测和换索等技术性能，满足“易安装、可检查、可维修、可更换”的设计要求。

3　体外索更换设计与施工

3.1设计要点

（1）体外索及锚具。体外索采用外包热挤压HDPE护套的高强度低松弛填充型环氧涂层无粘结预应力钢绞线成品索。体外预应力钢束张拉力取钢绞线破断强度的65%，即单根钢绞线张拉力为169.3 k N，体外索位置及线形保持原设计不变。锚固设计见图2、图3。

图2　TWD15-19体外预应力张拉锚固构造图（单位：mm）

图3　索体表面示意图

（2）体外索防腐。锚垫板及预埋钢管内灌注防腐蜡油，盖帽内灌注防腐蜡油并设置防护布罩。

3.2施工要点

（1）在浇筑齿板砼时，尽量选择夜间车流量小的时段。体外索更换时应封闭2条车道并限制汽车荷载不超过15 t，限速（40 km/h）慢行，保持不少于20 m的车距。

（2）在体外索安装过程中注意外套管的保护，不允许直接在底板上拖动，下面最好有拖轮支撑。体外索运输及施工过程中做好剥掉PE部分体外索钢绞线的防护，避免划伤环氧涂层。

（3）锚具安装时，将锚具准确安装到齿板上，并与预埋钢管紧密连接起来，锚垫板及预埋钢管连接处用胶带紧密缠包，避免漏浆；务必将锚板各锥孔内的油脂、杂物等清理干净；锚板应嵌入锚垫板上的预留槽口内，并与索体轴线垂直，锚板紧贴锚垫板，注意保护各组装件不受污渍污染；安装夹片前，将锚固处的每股钢绞线清洗干净；3片夹片应均匀分布，并临时打紧。

（4）体外预应力钢束在锚具喇叭口内，最外层钢绞线的发散角度不应大于2.5°，并严格保证最外层钢绞线与喇叭管内壁不接触，避免划伤钢绞线。张拉时，千斤顶应匀速加载一个或多个行程，直至达到设计索力，然后顶压夹片进行锚固。

（5）体外索张拉完后，热挤HDPE护套端部距锚垫板尾端距离不得大于20 cm。

（6）张拉结束后，安装密封胶圈并在密封胶圈四周外露部分涂抹聚氨酯密封蜡油，保证该位置的密闭性；然后在密封胶圈附近1 m位置填充聚氨酯发泡剂（应保证填充密实），在锚垫板内及预埋钢管内未填充聚氨酯发泡剂的区域灌注防腐蜡油，防腐蜡油必须灌满。

4　施工过程监测

为确保施工过程中桥梁的安全，对桥梁梁体主控截面的应变和桥面线形进行监测。

（1）应变监测。单幅桥共设7个测试截面、30个应变测点，全桥两幅桥共布置60个外贴应变测点进行应变监测（见图4）。

图4　应变监测点布置

（2）桥面线形测量。每幅桥横向各布设2条永久线形测点，分别为内侧防撞墙和外侧腹板顶部桥面人行道路缘石位置，同时分别在两幅桥行车道中间加设临时线形测点，全桥共布置116个线形测点。

5　加固效果评价

为获得体外预应力束张拉后产生的有效预应力值（锚固力值），预测后期运营阶段预应力的变化情况，在部分预应力筋张拉端安装压力传感器测试预应力筋的实际预应力值。全桥选取部分钢索共安装5个压力传感器。预应力张拉力及锚固力监测结果表明，钢索锚固力能达到设计张拉力的98%以上，基本满足设计张拉力的要求。

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中图分类号：U445.7

文献标志码：B

文章编号：1671-2668（2016）03-0236-03

收稿日期：2016-01-15