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摘要
9 f$ [+ A! y0 p' u* M 本文以具体的工程实例为背景，介绍了采用无粘接体外预应力加固桥梁的基本工作程序及施工要点，为桥梁加固工程提供参考。) O! U' @ h. _5 s2 R9 U2 |4 L
关键词： 裂缝 齿板 体外预应力 加固
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/ `8 e# Y; ]& ?7 O( _一、 概述4 {+ _. o1 l1 o! z& J; O
体外预应力因其施工方便、快速高效、易于检测和更换的特点，现已被越来越广泛的用在建筑领域和桥梁工程中。在桥梁加固工程中更具优势。它不仅能改善结构的受力状态，提高结构的刚度和承载力，限制和减少结构的裂缝及变形,同时施工操作对桥梁运营干扰较小，具有良好的经济效益。下面仅对深圳某高速公路一座箱梁桥的体外预应力加固情况予以介绍。
% J; T9 y. R& G& `: ]' t2 z5 S m 该桥位于深圳市某高速公路K12＋535.91～K13＋031.34处，跨径组成为三联4×40m，桥梁全长为495.43m，共12孔。设计荷载为：汽车－超20级，挂车－120。上部构造为三联4×40m单箱单室预应力混凝土等截面连续箱梁，箱梁采用满堂支架施工。下部构造为双支点盖梁独柱墩，桩基础，肋式及组合式桥台，扩大基础及桩基础。该桥已于1995年5月建成通车。$ Y2 q) `" f8 b% u. U& m$ N* ~" M1 @0 Q
在大桥施工过程中和竣工通车后，箱梁混凝土部分箱体出现裂缝，经对该桥裂缝及缺陷情况的全面复查，结构开裂情况如下：
1 f- Y. ?) C: g5 R( T2 H5 v+ B 1、箱梁底板：底板上出现比较有规律的横向裂缝，裂缝总数91条，裂缝发生在距一联中间三个墩6.4～6.8m范围内，严重的裂缝已贯通底板，并向腹板延伸，最大裂缝宽度为3.3mm。7 ^! Y$ O u+ e
2、箱梁腹板：腹板裂缝主要集中在齿板锚固区域内，总数为189条，最大裂缝宽度约3mm，基本规律为沿45°方向延伸，个别裂缝已经贯通。6 F0 I. R) t/ y/ t2 @; ]
3、箱梁顶板：顶板裂缝主要出现在距齿板锚固端前0～0.8m范围内，裂缝数量128条，其长度较大者已在箱梁横向贯通，最大裂缝宽度约有0.6mm。
) H8 m% ~# ]" D 4、箱梁齿板：齿板裂缝在第二、三联比较普遍，尤以第三联特别严重，裂缝主要分布在齿板端部，以竖直向及45°斜方向发育，裂缝宽度一般较小，但数量达321条。
4 C# C1 t1 S1 \二、 桥梁病害原因分析5 D( Z6 ?7 s2 \, j3 o' G
该桥上部结构的检算结果表明：该桥极限承载力满足规范要求。箱梁拉应力出现在主梁支点至弯矩零点范围内的下缘以及主梁跨中至顶板钢束锚固端范围内的上缘，说明主梁顶底板钢束布置不合理，底板预应力束偏短，顶、底板钢束锚固过于集中，导致箱梁局部应力超限。检算时还选取两桥顶板齿板与底板齿板中锚固钢束最多的齿板进行验算，采用空间实体单元模型分析其局部应力，结果表明齿板后一定范围内存在较大压应力，在齿板前缘底板内存在较大拉应力，其最大拉应力已超出规范容许值。
& b C. ?3 R4 F% w; k+ p该桥箱梁普通钢筋布置也不合理，其横向钢筋配置偏于保守，纵向钢筋则明显偏少。箱梁齿板配筋不足，钢束锚固过于集中。" @1 f" N! u* [! a* g
三、加固设计基本原则; V7 {2 N0 m1 e6 g* ]; ]! Y
该桥在箱梁翼缘板、腹板、顶板、底板、齿板等部位分别产生了不同程度裂缝。根据对两桥的裂缝的大小、位置、性质的现场调查结果、以及结构计算分析结果，在加固中采取了箱内底板加体外预应力结合压注环氧浆液粘贴钢板条的方法进行加固处理。加固钢束数量以荷载组合Ⅲ下的全桥截面拉应力不超过0.5MPa为控制值。 - \1 W, E9 }0 s. x7 L/ N
四、加固施工工艺过程及要点
; x) }; s: V; z R5 Q! _6 X: y7 M采用体外预应力加固桥梁能大幅度地改善和调整原结构的受力状况，显著提高结构刚度、抗裂性及结构承载能力，根据该桥现阶段的使用状况及应力验算结果，对底板采用箱内体外预应力束加固。本桥在每一联中支点左右8～14米范围内加预应力，预应力锚具采用BM15-3型，钢绞线采用标准强度1860MPa，直径φj15.24高强低松弛的无粘结钢绞线，其预应力布设方式见图1。其施工工艺及顺序如下：& T' [8 t( r! j
1、测定箱梁原底板钢束位置
/ M2 C- z6 ]! Y0 Z3 [( N% g2、新增齿板的放样
; Y! ^! b- y2 M9 l3、凿除新增齿板块范围内底板混凝土保护层
& l3 a+ u+ X ~* S0 x 4、钻孔、植钢筋
0 }+ K" `. q- b/ B 5、浇筑齿板
3 E% J$ F/ U4 }, I1 x6、穿束张拉预应力
2 H! f5 K$ m8 T7、封锚、防护体外索+ D* Q) ?. V ~
五、加固效果分析
( Z# H& P6 V [1、箱梁内体外预应力. b# y" |4 \# ~0 t& t, ~, S3 ?
在主梁支点附近增加体外预应力，可明显改善该桥主梁的受力状态，通过对主梁底板增加预应力，达到降低主梁支点附近拉应力，限制底板裂缝的继续开展，保证结构的整体受力，弥补原桥的不足。从计算结果可以看出，加固前在荷载组合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ情况下，主梁上下缘均出现拉应力，以边跨距支点6米左右为最大，其值为1.72Mpa。加固后该截面的拉应力降到0.19Mpa，主梁上下缘的拉应力均小于0.5MPa。
$ ]& M C: I; ], E9 A 2、新增齿板应力验算
6 ]! N1 M { H- B' j 为了保证在增加预应力束后箱梁底齿板范围内底板有一定压应力储备，不至于因新增预应力束的张拉引起齿板附近底板产生新的裂缝，故应对箱梁齿板范围内的局部应力进行验算，采用空间实体模型计算。从计算结果看齿板上缘一定范围内存在较大的压应力，在齿板锚头处前缘底板出现部分拉应力，其最大拉应力未超出0.5Mpa（不计普通钢筋作用），其它部分拉应力也未超出设计容许值，说明在新增预应力束张拉后，新增齿板及齿板附近底板处于良好的受力状态。
; m3 d" j N' p: n/ I y; s8 ]5 _! E8 C# M
: [% H: {6 e3 t( r" | 图1 底板增布预应力束布置图
+ c5 \0 Z" |( G, a+ Q六、结语( {' t& {) w9 D2 g
该桥加固工程施工于1999年8月下旬正式开工，2000年1月上旬完成了全部主体工程。在该工程的加固过程中由于采用了无粘结体外预应力加固手段和施工工艺，在桥梁加固领域中具有一定的代表性。桥梁加固后刚度得到大幅度的提高，箱梁通车运营时的振幅明显的减少，改善了箱梁的运营环境，达到了设计加固目的。 | 
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