體外預(yù)應(yīng)力在佳木斯松花江大橋加固中的應(yīng)用

竇大峣

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

1 項目背景及概況

佳木斯松花江公路大橋位于黑龍江省佳木斯市，橋梁全長1 396.2 m，橋?qū)?7 m。主橋為帶掛孔的預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋，分跨為55+100+5×120+100+55 m，采用雙箱單室箱形截面。該橋于1989年9月建成通車，是鶴大公路跨越松花江的唯一通道，自投入運營以來，一直承受著繁重的交通荷載，對省內(nèi)各地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展起到了極為重要的作用。

該橋自1989年投入使用約18年后(至2007年)，發(fā)現(xiàn)主橋的懸臂端牛腿出現(xiàn)下?lián)犀F(xiàn)象，下?lián)狭窟_10.3 cm，影響了橋面行車的安全和結(jié)構(gòu)的正常使用。為查明導(dǎo)致梁端下?lián)系母驹?，了解橋梁主要?gòu)件的真正受力狀態(tài)，對佳木斯松花江公路大橋進行了全面的檢測，為下一步正確地判斷該橋的現(xiàn)有狀態(tài)和安全性，并對其進行維修加固改造提供科學(xué)的依據(jù)。

2 舊橋檢測主要病害

通過對該橋的全面檢測得出主要結(jié)論如下。

(1)橋面鋪裝面層破損嚴(yán)重，橋面凹凸不平，不平整，當(dāng)重載車輛高速通過時，橋梁產(chǎn)生較大的振動，對結(jié)構(gòu)的沖擊作用明顯。

(2)大部分伸縮縫存在著不同程度的損壞，表現(xiàn)為伸縮裝置橡膠的變形、錯位、脫落、翹曲、斷裂等;至少有一半以上的伸縮裝置，由于其局部破損部位被混凝土封住，導(dǎo)致伸縮縫失去了正常的伸縮功能。

(3)經(jīng)詳細檢測發(fā)現(xiàn)該橋出現(xiàn)不同程度的箱梁腹板開裂、箱梁頂板縱向裂縫、箱梁橫隔梁豎向裂縫、箱梁牛腿外側(cè)開裂。

(4)由于T構(gòu)懸臂端的下?lián)虾蛼炝洪L期反拱引起的上拱，導(dǎo)致橋面系在掛梁處出現(xiàn)了折線線形，使橋面系呈波浪狀起伏，造成了橋面線形的不平順。牛腿相對于擬合參考線形發(fā)生的最大下?lián)显?#墩的懸臂末端，為103 mm。

根據(jù)加載試驗的結(jié)果和對結(jié)構(gòu)的分析，雖然牛腿處發(fā)生了下?lián)犀F(xiàn)象，但T構(gòu)箱梁各截面的承載能力和剛度并沒有降低，沒有出現(xiàn)能夠影響到結(jié)構(gòu)受力性能的裂縫，T構(gòu)的各個構(gòu)件如墩柱、牛腿、掛梁、懸臂等始終處于良好的工作狀態(tài)，T構(gòu)的混凝土、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、支座等沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量問題和耐久性問題，因此，可以排除由于主梁截面剛度下降、截面抗力下降以及預(yù)應(yīng)力大量損失等導(dǎo)致下?lián)系脑?，認(rèn)為后期變形主要由混凝土的收縮、徐變引起。另外，該橋設(shè)計時設(shè)置的成橋預(yù)拱度偏小，也是導(dǎo)致后期線形不平順的一個因素。

3 加固措施

綜合外觀檢測、動載試驗等結(jié)論，同時考慮到本橋維修施工半封閉交通、施工期短的特點，確定本橋主要加固原則及措施如下。

(1)橋梁振動過大的問題:主要與橋面鋪裝層平整度太差及伸縮裝置破壞有關(guān)。因此決定對橋面鋪裝層和伸縮裝置做徹底的改造。

(2)針對箱梁腹板開裂、箱梁頂板出現(xiàn)縱向裂縫、箱梁橫隔梁出現(xiàn)豎向裂縫、箱梁牛腿外側(cè)開裂的病害，決定采用壓力灌封、封閉裂縫及不同方式粘貼鋼板的方式進行加固。

(3)橋梁下?lián)线^大的問題:分析認(rèn)為T構(gòu)下?lián)线^大與早期混凝土的收縮、徐變有關(guān)，排除了主梁截面剛度下降、截面抗力下降以及預(yù)應(yīng)力大量損失等因素，因此，不需提高結(jié)構(gòu)進行強度和剛度加固。

為做到橋面線形平順，可采用橋面瀝青鋪裝混凝土找平，但由此帶來的問題是額外的找平層增加了結(jié)構(gòu)的自重荷載，因此對原結(jié)構(gòu)進行驗算。發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的承載力不滿足規(guī)范要求，需采用體外預(yù)應(yīng)力進行加固提高結(jié)構(gòu)的承載力。

在車輛荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生振動，同時也會引起體外索的振動。若體外索振動過大，將導(dǎo)致索內(nèi)產(chǎn)生較大的索力變化，這對體外索的抗疲勞性能和錨具的工作性能不利。為防止在車輛荷載作用下體外索產(chǎn)生過大的振動，需要對體外索采取減振措施。

本橋體外索減振裝置采用減振橫梁配合減振支架的方法，見圖1。先在箱梁兩腹板之間設(shè)置橫向的減振橫梁，橫梁由兩根槽鋼組成，位于體外索下方并靠緊體外索的護套管，橫梁的兩端通過錨固鋼板固結(jié)在箱梁腹板上。減振橫梁每隔6 m設(shè)置一道。

圖1 體外索減振裝置構(gòu)造圖

減振支架由橡膠墊塊、半圓形鋼套管和鋼支架組成。松散的體外束由橡膠墊塊和兩個半圓形鋼套管收緊后，通過鋼支架固定在減振橫梁上。減振橫梁上方的護套管需要剝除。

為使各體外束在護套管內(nèi)更緊密地結(jié)合成為整體，在護套管內(nèi)設(shè)置了體外束收緊裝置，見圖2。收緊裝置由橡膠墊和外面的收緊鋼板組成，每隔3 m設(shè)置一道。

圖2 體外束收緊裝置

綜上所述，本次維修加固，通過橋面系處理、鋼板粘貼、伸縮縫更換、設(shè)置體外索、裂縫灌注等措施，大大提高了結(jié)構(gòu)的承載能力、動力工作性能和耐久性，達到了橋梁維修加固的預(yù)期效果。檢驗了加固方案的合理性，為同類型橋梁結(jié)構(gòu)加固的加固和荷載試驗提供了參考依據(jù)。