浅析梁板体外预应力研究

宋宇辰 沈彩琴

（浙江华汇加固技术有限公司，浙江 上虞 312300）

一、研究背景、目的。上三高速公路（上虞-三门）在杭甬高速公路（K60+600）沽渚枢纽与杭甬高速公路相连，全长142km，其中绍兴段（K0+000-K65+054）设计标准为平原微丘，双向四车道，桥梁宽度24.5m。路线穿越平原软土地带，地质情况复杂，沿线地段土壤含水层主要为潜水层和承压水层两种。潜水层表部为亚砂土、粉细砂为主，水位埋深1.5～2.5m，主要受大气降水补给，枯水位受季节性变化控制，年变化幅度0.6～1.0m。承压水层埋藏于地层深部，主要为砂砾石，顶板埋深50m左右，水位埋深一般为1.5～4.5m。

（一）简介。东关公铁立交分两期建设，右半幅为一期工程，左半幅为二期工程，但跨越铁路的一孔桥在一期全幅实施，1998年3月开始施工，到2001年1月通车，桥梁全长854.74m。

桥梁分上下行两幅桥，桥面横向布置为0.50m（防撞护栏）+10.75m（车行道）+2.0m（中央分隔带）+10.75m（车行道）+0.50（防撞护栏）。该桥为简支多跨斜支撑桥梁，单幅横向由11块板组成，主梁为50号混凝土，空心板与路线成45°角布置，上跨萧甬铁路，桥面连续结构，上部按2×13+29×25+4×12.75+2×24.5布置。桥梁下部结构为双柱式墩台、单排钻孔灌注桩基础，为摩擦桩，桩柱一体，桩直径为1.5m，立柱直径为1.3m。桥面设2.0%的横坡，通过盖梁顶面斜坡和支座上钢板高差来形成。

（二）病害现状

1该桥每跨桥面均出现通长纵向裂缝。开裂位置位于距外侧防撞墙下缘5m位置附近，对应横向第5、6＃板的接缝位置，也对应于重车外侧轮载作用的位置，见下图。2、桥面铺装破损严重，桥面铺装经过了多次修补，破损位置的桥面铺装厚度仅有2、3cm。3、检测发现，该桥的桥面连续段都做过改造，但部分桥面连续段在墩顶中心线处出现横向贯通裂缝。

4、各梁板底面错台严重，个别梁间错台达7、8公分；下铰缝间距较大，最大可达4cm左右，5、支座偏压、脱空现象较普遍，盖梁与梁板间杂物多，个别位置盖梁与空心板间无空隙，未见支座。

（三）病害原因分析

1、桥面铺装布置钢筋偏弱，板梁间用小铰缝联结，再加上铰缝施工质量欠缺，导致空心板横向荷载分配作用差，这与桥面铺装层在铰缝位置出现纵向裂缝，板跨中下挠过大等单板受力现象是对应的。

2、桥面铺装由于调坡变更设计，部分桥面铺装达不到设计厚度，加上施工时空心板顶板最小厚度控制不好，顶板厚度不够，容易出现穿孔。

3、斜交板的最大纵向弯矩一般比斜板相同跨径的正交板要小，而横向弯矩则要大得多，并随斜交角的增大而增大。

4、施工中盖梁顶面支座垫石高差不均，再加上板梁落梁后跨中挠度不一，进一步削弱了梁板的横向联系。

5、支座顶面倾斜、脱空不利于板梁的整体受力，加速了桥面系破坏。

综合上三高速公路的车流和公路的养护状况，我们希望探索和发展一种先进的、高效、适合实际状况的加固方案以解决桥面维修问题，它能够安全高效，经济合理地解决问题，并且施工简单快捷、对交通影响小，从而较彻底的解决这类桥面系维修问题，为以后的处理积累经验。

二、研究内容

（一）以往铰缝维修经验

1、重做铰缝。凿除破损混凝土，重新铺设钢筋骨架，浇注混凝土的方案。采用该方案即使翻修的铰缝质量较好能维持几年，但一处补强造成别处应力集中，铰缝处于动态破损当中。

2、板梁顶部和底部粘贴钢板条法。先重做铰缝，然后在板梁顶部和底部间粘贴横向钢板条，以加强板梁整体受力。但该方案对现场条件要求较高，施工质量较难保证。

（二）新的维修方案-板梁体外预应力张拉方案：

1、在板顶板下缘和底板上缘附近穿孔布置横向预应力，在设有横向预应力位置附近的铰缝用环氧胶压实充填，使梁底板部分连接形成整体，然后进行预应力张拉、锚固施工。

2、在清洁后的板梁顶面沿纵向按60cm间距横桥向粘贴宽8cm、厚6mm的Q235钢板条，并用M16膨胀螺栓加压固定。

3、用C40小石混凝土重新浇注铰缝。

（三）方案比选

方案比选

方案一：(施加横向预应力和粘贴钢板条)

方案二：(粘贴碳纤维板)

设计特点分析

加固效果：

属主动加固，有效的增加了板梁横向刚度，加强了结构整体性，效果较好。 属被动加固，在活载作用下能够发挥其增强横向刚度的作用。

施工难易程度：

复杂、含多种加固工艺

相对简单、但需要专业加固单位完成对原结构影响：

在板梁顶、底面钻孔（粘贴钢板）

对原结构有一定破坏 对原构破坏小对交通影响程度：

要中断交通，封闭半幅交通时间长，约6个月

要中断交通，半幅封闭交通的时间长，约4个月

工程概算 273.76万元312.14万元

进行施工难易及经济技术比较可以看出，加固方案一更合理，作为第一推荐方案。

三、主要施工技术

（一）板梁底面张拉横向预应力施工工艺

1、施工前详细检查所有支座的变形和支撑情况。根据检查结果对破损支座进行更换，对偏压、脱空的支座重新安装，保证支座受力均匀。

2、封闭半幅桥梁交通，拆除桥面铺装层混凝土。将不密实、松散、有孔洞等问题的铰缝混凝土清除掉，然后植铰缝连接锚固钢筋，重新浇筑铰缝混凝土；拆除桥面铺装层后，对发现的空心板梁顶面穿孔必须进行修补处理。

3、在清洁后的板梁顶面沿纵向按40cm间距横桥向粘贴宽8cm、厚6mm的Q235C钢板条，并用M12植埋螺杆加压固定。

4、在板顶板下缘和底板上缘附近穿孔布置横向预应力，在设有横向预应力位置附近的铰缝用环氧胶压实充填，使梁底板部分连接形成整体，然后进行预应力张拉、锚固施工。板梁底面体外预应力采用IV级Φ25粗钢筋，冷拉力为750Mpa，抗拉强度标准值1040Mpa，张拉控制应力为184KN，两端张拉，伸长量为23.3mm。2布设横向预应力钢筋，每跨共设置2道；

5、预应力定位后，在空心板梁底面设有横向预应力钢筋附近1m范围内，沿梁板纵向将铰缝用环氧胶压实充填，使梁底板部分连接形成整体；

6、在重铺桥面铺装施工前，完成下铰缝灌浆和压实工作，并张拉预应力筋至100%的控制张拉力，重铺桥面铺装。

7、浇注40号聚丙稀纤维混凝土桥面铺装层。对外露钢构件除锈后，做防腐防护处理。

（二）施工注意点

由于预应力存在松弛现象，为确保梁板横向连接效果，因此每3-4年必须进行预应力检测、校正。

四、维修加固效果。自2006年维修加固以来，对桥梁进行检测和观察，加固效果较好，基本消除了桥面铺装纵向裂缝与梁板单板受力等病害，特别是行车道重车外侧轮载处自加固后没有新裂缝出现、经受了上三高速公路超限超载车众多的考验，初步认定梁板底面施加横向预应力张拉方案要优于在"板梁底面粘贴钢板条"等其他方案。作为一项新技术，工艺简单、加固寿命长、效果好，节省费用，能有效的解决旧桥梁板间高差大、铰缝破损及单板受力等病害具有切实可靠的效果。

[1]张荣斌.浅谈预应力工程质量控制[J].中国科技财富，2008(6).

[2]武隆.浅谈路桥施工中的预应力技术的问题[J].中国新技术新产品，2009(11).

[3]曹睿.关于对板体外预应力的探讨[J].价值工程，2009(3).