预应力混凝土空心板钢束损伤加固方案研究

李 蓉，黄春亮

(1.湖南和天工程项目管理有限公司，湖南 长沙 410007；2.中交通力建设股份有限公司湖南分公司，湖南 长沙 410009)

预应力混凝土空心板钢束损伤加固方案研究

李 蓉1，黄春亮2

(1.湖南和天工程项目管理有限公司，湖南 长沙 410007；2.中交通力建设股份有限公司湖南分公司，湖南 长沙 410009)

随着交通量的发展，高速公路超载现象越来越严重，车辆撞击跨线立交桥梁体的几率也越来越大，撞击受损的上部结构严重威胁到了桥梁本体的安全。以一座被货车撞击的高速公路跨线桥为例，介绍对空心板预应力钢束受损后的几种加固方案进行研究分析，为类似项目提供设计参考。

预应力空心板；钢束损伤；加固方案

1 工程实例

某高速跨线立交桥被一辆途经高速的货车撞击，发生货物刮擦立交桥空心板底板及腹板的交通事故，致使该桥第二孔左幅边梁受损严重。

桥梁第二孔边梁梁底板混凝土被刮落，出现大面积空洞且贯穿底板，底板空洞占梁体横向宽度的70%以上(约1.2 m2)，可直接看到空心板内箱。外侧预应力钢绞线受损严重，外露弯曲变形，预应力钢绞线损坏一束。受损的预应力钢束中有2根弯曲变形，其余5根钢绞线有不同程度的刮伤。梁底板普通钢筋出现大面积破损断裂，严重影响了整个梁体结构的容许承载能力。高速公路管理处为保障桥梁及过往车辆的安全，对该桥受损的边梁所对应的车道进行了必要的交通管制。

被撞击桥梁建于1994年，桥梁全长81 m，全宽36 m。由于建筑年代较早，设计荷载标准采用《公路桥涵设计通用规范》(JTJ 021-89)，即汽车-超20级，挂车-120。桥梁上部结构由1×16 m+2×22 m+1×16 m预应力混凝土空心板梁组成，下部结构为轻型桥台、盖梁柱式墩配桩基础。

2 加固方案

2.1 钢板加固

首先凿除松散混凝土，修复断裂钢筋，喷洒混凝土界面处理剂。然后在底板支模，从空洞处(从上向下)注入自流免振混凝土，使混凝土将钢绞线包裹住；或者直接浇筑环氧混凝土。待混凝土达到一定强度后，涂刷混凝土修补胶修复梁底的裂缝。修补工作完成后，在梁底板表面整体粘贴钢板加固，贴6 mm厚、1.22 m宽、19.5 m长的整体钢板，(考虑到实际施工，也可以降整体钢板改为15 cm宽的条形钢板条，以方便施工操作)。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)第5.1.5条和5.2.9条进行抗弯、抗剪验算。通过结构计算(详见图1、图2)，正截面抗弯承载力组合设计最大值为2 578.8 kN·m，结构抗弯承载能力为2 607.2 kN·m，抗力与荷载效应的最小比值为1.01。正截面抗弯承载力和抗剪截面验算均满足规范要求。为满足承载力的安全储备，可将补强钢板厚度提高到8 mm或10 mm。

图1 正截面抗弯承载能力验算结果图

图2 斜截面抗剪承载能力验算结果图

2.2 预应力加固

鉴于空心板架设体外预应力钢束的缺点(空心板底板厚度较薄，体外预应力锚固端受力较大，锚固很困难)。因此，考虑在空心板内箱增加预应力的方案，具体步骤为：首先凿除受损空心板上桥面混凝土，在空心板顶板凿出过人洞，然后修补空心板破损部位混凝土与钢筋，并于空心板受损一边腹板内植筋，并新增5孔直径为15.2 mm，抗拉强度标准值1 860 MPa的低松弛高强度钢绞线。对加固部位安装模板并浇筑混凝土，最后对钢绞线施加预应力，待张拉完成后，恢复空心板顶板及桥面铺装层的钢筋与混凝土。新增混凝土面积约为0.066 m2，重量约为3.26 t。

图3 正截面抗弯承载能力验算结果图

通过结构计算(详见图3、图4)，正截面抗弯承载力组合设计最大值为2 635.2 kN·m，结构抗弯承载能力为2 785.0 kN·m，抗力与荷载效应的最小比值为1.06。正截面抗弯承载力和抗剪截面验算均满足规范要求。

图4 斜截面抗剪承载能力验算结果图

2.3 更换空心板

切开边梁上部桥面铺装层和梁体铰缝连接，让受损梁体分离。使受损梁体不再承受横向分布传来的汽车荷载及桥面二期恒载，再凿除受损梁体的桥面铺装；切断受损梁体上的混凝土防撞护栏；重新浇筑边梁替换原受损边梁，为使上部结构整体配套，新浇筑边梁以原设计为参考资料，并按现行的桥梁设计规范为依据重新设计，使梁体达到现行规范的要求。待替换新梁达到设计强度后，将其运至桥下。组织吊车将受损梁体拆除，并安装新梁，再重新浇筑防撞护栏及桥面铺装。

3 方案研究分析

3.1 钢板加固方案优缺点

方案优点：施工技术成熟，工艺简单实用性较强且工程造价相对较低。通过对受损位置粘贴钢板，补强了空心板的结构整体性和由预应力钢束破坏而损失的抗力。

方案缺点：空心板内力不能恢复至初始状态。满贴钢板重量增加1.12 t。粘贴钢板后，缩减了梁底净空。

3.2 预应力加固方案优缺点

方案优点：使梁体抗力满足现行规范荷载标准要求的同时，还能将梁体内力尽可能的达到初始平衡状态。

方案缺点：新增高标号(C50)混凝土与梁体混凝土靠植筋难以形成整体。原梁体浇筑至今已有18年，收缩徐变已经完成。而新增预应力钢筋混凝土收缩徐变刚开始。由于空心板内箱不利于人员设备运转，出现混凝土浇筑十分困难的弊端且难保证浇筑质量，并且在腹板植筋浇筑混凝土，对浇筑混凝土进行张拉，新增部位难以与原有空心板形成整体，但同一截面高度处新、旧混凝土及钢筋的应力并不相同。新增混凝土集中于护栏一侧，使空心板偏心受压，不能达到理想的加固效果。

3.3 更换空心板方案优缺点

方案优点：本方案可以实施，将彻底解决了梁体潜在的所有问题。不需要长期在高速公路上施工作业，对高速公路交通影响较小。

方案缺点：工程造价相对较高，由于只有一片空心板进行预制施工，施工需要临时占地，且工期较长，重新浇筑的空心板铰缝，整体性和耐久性有待验证。

3.4 方案比选总结

粘贴钢板方案可以使梁体抗力满足规范要求，而且不需要切割桥面铺装，对桥面系影响较小。预应力加固方案不仅可以满足抗力设计要求，而且可以使加固后的梁体内力接近初始状态。而采用更换空心板方案彻底解决梁体所有潜在问题。

4 结 语

预应力空心板钢束受损后，可根据梁体实际病害情况采用不同的加固方案，进行比较的三个方案各有优缺点，但方案实施后，最终均能起到补强受损空心板梁体的作用。在实施加固方案的同时，必须严格加强桥面交通管制，防止车辆驶向受损梁体以造成梁体出现断裂危险，发生不必要的交通事故。特别是针对上跨高速的桥梁，上下保通尤为重要，建议施工在车辆较少的时段进行，并切实做好交通安全管理工作。

[1] 李卫华．空心板预应力钢束部分断裂的加固方法[J]．公路交通科技(应用技术版)，2009，(5)：47-48．

[2] 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)[S].

[3] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D60-2004)[S].

U445.7+2

A

1008-3383(2017)09-0101-02

2016-11-04

李蓉(1984-)，女，工程师，研究方向：公路桥梁设计咨询。