装配式桥梁波纹管连接锚固可靠性技术研究

石 剑 （中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州215131）

1 工程概况

无锡凤翔路快速化改造工程是锡澄两地路网规划中“1高2快7普”共十条南北向交通走廊中两条规划快速路之一，其建成对无锡中心城区与江阴的沟通，促进沿线资源共享和经济发展具有重要战略意义。同时凤翔路快速化作为“十三五”规划中城市道路的重要组成部分，是缓解城市主城区交通拥堵问题的重要措施，工程建成后可进一步缩短惠山新城与中心城区的时空距离，满足惠山新城交通量迅速增长以及和中心城区沟通的需要，并可促进沿线区域的开发与发展。

该工程位于无锡市梁溪区与惠山区，南起广石路，终于堰丰路，路线全长约10.3km，道路红线宽44m～68m，其中中铁四局集团承建的FXB01标段全长4.65km。该项目为江苏省首个采用预制拼装施工工艺的市政桥梁工程项目。

桥梁下部结构形式为双柱式主墩接大挑臂倒T型盖梁或双柱主墩+单（双）侧辅墩接倒T型盖梁，其中桥梁立柱为矩形截面结构，截面尺寸1.6～2.0m不等；盖梁为倒T型截面，均为预制结构，其中主线盖梁单节预制长度为11.65～24m不等。高度≤12m的立柱及全部盖梁采用工厂预制、现场安装施工工艺。

图1 标准段桥梁下部结构图

2 波纹管锚固系统研究意义

对于双柱或三柱桥梁立柱与大挑臂盖梁之间的采用φ85×2mm厚壁波纹管灌浆连接，连接的可靠性对桥梁结构行车安全至关重要，同时对结构耐久性影响较大，是装配式桥梁预制拼装技术控制关键要点之一。目前对于灌浆波纹管连接工艺尚无对应的国家或地方标准作参考，也无相应的工程经验可借鉴参考。

鉴于此，开展装配式桥梁立柱盖梁厚壁波纹管灌浆连接可靠性研究具有重要的现实意义。

图2 厚壁波纹管结构图

3 波纹管锚固系统试验方案

3.1 试验设计

模拟桥梁盖梁与立柱波纹管灌浆连接系统构造，制作截面为400×400mm，高度为800mmC50混凝土试块，事先预埋长725mm壁厚2mm波纹管，养护28天。插入HRB400级φ40钢筋，从底部预留φ25mm注浆孔注浆。

共计制作3组试验试件，模拟现场施工实际情况，其中分别制作2组试件，每组3个试件，一组居中（编号为1#、2#、3#），一组偏置（编号为4#、5#、6#）。

图3 波纹管锚固系统

3.2 试件制作

①试件先预制制作，试件制作采用木模板，事先预埋灌浆厚壁波纹管及固定钢筋，在波纹管底部5～10cm范围安装压浆管道并固定牢固。

②C50混凝土在搅拌站集中拌合，3组试件一次浇筑成型，采用插入式振捣器振捣密实，至少洒水保湿养护7d后，进行自然养护。

图4 试件波纹管定位

图5 试件混凝土浇筑

③采取临时措施固定φ40锚固钢筋并进行波纹管内灌浆作业，并制作灌浆材料同养试块。灌浆浆液养护期为7d。

3.3 波纹管锚固系统试验方案

波纹管锚固系统采用拉拔试验方式，采用规格150t的穿心式千斤顶加载，手动油泵分级施加压力，千斤顶锚固系统采用厚度为60mm钢板与锚固钢筋焊接。锚固系统采用千斤顶连续加荷，每隔100kN进行千斤顶行程测量，直至φ40锚固钢筋破坏为止。通过记录锚固钢筋拉断时油表读数，反推破坏拉力。试验装置如图7所示。

图6 波纹管内压浆

图7 拉拔试验锚固装置

4 试验过程及结果

4.1 试验过程

试验前，检测了同批次上海申特钢材HRB400φ40锚固钢筋原材屈服拉力和极限拉力等材料参数，钢筋屈服强度和极限强度标准值分别为475～480MPa、680～695MPa，材料抗拉强度为均满足要求。

试验所用千斤顶校验回归方程为y=0.034514x+0.180952。

其中y-油表指示器读数（MPa）

x-负荷（kN）

分6级（100kN-600kN）计算加载如下：

分级加载试验表 表1

分级加载完成后，继续对千斤顶施加力，直至构件破坏，同时记录破坏时油表读数推算破坏荷载。

4.2 试验数据记录处理

按照100kN分级对试件进行加载，每个试件选取四周四个点进行检测，每级加载完成后测量千斤顶行程并记录，试件破坏时记录油表读数，推算破坏荷载值。

图8-1 中1#拉拔试验荷载位移曲线

图8-2 偏4#拉拔试验荷载位移曲线

分级加载伸长量及构件破坏形式统计表 表2

中1#试件加载千斤顶行程 表3

偏4#试件加载千斤顶行程 表4

4.3 试验数据分析

试验过程中，通过分级加载，钢板尺测定千斤顶4个标记点伸出量，记录如下表（仅以中1#、偏4#试件为例）：

从以上试验数据分析及试件破坏情况可以看出：①所有试件均为锚固钢筋达到屈服强度后破坏；②拉拔力达到500kN后千斤顶行程显著增大；③C50混凝土表面基本出现微裂缝；④波纹管锚固系统除浆液表面有少量震碎外，未出现变化；⑤钢筋达到屈服强度后，相比中1～3#试件，偏4～6#试件千斤顶伸长总体大为2～3mm。

5 结语

图9 中1#试件破坏情况

图10 中1#试件混凝土裂缝情况

图11 灌浆料表面震碎及钢筋表面缩径

通过对以上2组共计6个试件的拉拔试验，主要结论为：①所有锚固试件均为钢筋母材拉断破坏，未出现波纹管内高强灌浆料整体破坏、波纹管整体拔除及混凝土试件整体拉裂破坏现象，说明通过波纹管锚固钢筋达到装配式桥梁连接稳定可靠；②与原设计相比，即是锚固长度为16d（d为锚固钢筋直径）仍满足锚固性能的要求；③从钢筋偏置与钢筋居中锚固千斤顶行程对比看出，锚固钢筋安装精度对锚固系统稳定可靠程度有一定的影响，尽量保证锚固钢筋位于波纹管中心，确保四周均有高强灌浆料包裹钢筋，以便高强灌浆料充分发挥其锚固性能。