預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋加固技術(shù)

戚棟棟

(四川交投建設(shè)工程股份有限公司，四川成都 610041)

預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋結(jié)構(gòu)具有施工工藝簡(jiǎn)單，橋梁結(jié)構(gòu)重量輕，節(jié)省施工材料，占用場(chǎng)地少等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于中小跨橋梁中。然而，隨著社會(huì)的發(fā)展，公路、橋梁上的車流量日益加大，貨車超載的問(wèn)題也日益突出，不少修建已久橋梁的負(fù)荷已經(jīng)超出了其設(shè)計(jì)時(shí)的承載能力，一些新建橋梁也不能再按照原先的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)?；谶@種現(xiàn)狀，亟需展開橋梁加固治理研究。

針對(duì)我國(guó)橋梁的現(xiàn)狀，己有大量學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)對(duì)橋梁加固技術(shù)展開深入研究，并取得了豐富的研究成果。目前，對(duì)橋梁進(jìn)行加固改造的技術(shù)途徑主要有:增加配筋法、截面增大法、粘貼碳纖維或鋼板法、體外預(yù)應(yīng)力法、基礎(chǔ)擴(kuò)大法、樁基增補(bǔ)法、鋼筋混凝土套箍法等。

本文以達(dá)陜高速公路百里峽互通式立交建設(shè)工程為背景，介紹了百里峽快速通道現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋加固技術(shù)。

1 工程概況

百里峽快速通道是達(dá)州市開發(fā)百里峽旅游資源、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扶貧的一個(gè)重要項(xiàng)目。本項(xiàng)目全線長(zhǎng)35.8km，起于宣漢縣新華鎮(zhèn)對(duì)面的安家河壩(泥溪溝)附近，沿中河向東北布線，經(jīng)新華鎮(zhèn)、河壩鄉(xiāng)、設(shè)隧道繞過(guò)石鐵場(chǎng)鎮(zhèn)后，沿石樊路走廊布線至雙河口，終止于渡口鄉(xiāng)(百里峽景區(qū)入口)。

本文所涉及的新華互通式立交工程是連接達(dá)陜高速與百里峽快速通道的樞紐工程，是百里峽快速通道中的重中之重。該樞紐工程中的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要由A、B、E、U匝道及加寬段Z1、Y1、Z2、Y2組成。其中，A匝道是為了百里峽通往達(dá)州及萬(wàn)源方向的交通轉(zhuǎn)換；B匝道是為了達(dá)州及萬(wàn)源方向的車輛駛?cè)氚倮飴{的交通轉(zhuǎn)換；E匝道連接了A、B匝道及快速通道；U匝道為回頭匝道，完成百里峽至萬(wàn)源方向的往返車輛的交通轉(zhuǎn)換。Z1、Y1、Z2、Y2是原達(dá)陜高速加寬拼接段。

新華立交匝道為高速公路，進(jìn)出口位于新華鎮(zhèn)，匝道圓曲線最小半徑為30m，最小凹曲線半徑400m，匝道最大縱坡4 %。橋梁總長(zhǎng)度2.14km。新華立交匝道平面布置見圖1。

圖1 新華立交匝道布置平面示意

2 工藝流程與操作要點(diǎn)

在新華立交的匝道設(shè)計(jì)中，E匝道為路基，A、B和U匝道采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁對(duì)本工程預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋進(jìn)行加固?，F(xiàn)澆連續(xù)梁施工采用支架法現(xiàn)澆，每聯(lián)按設(shè)計(jì)分段順序先后施工，每節(jié)施工段分二次澆筑，第一次澆筑底板及腹板，第二次澆筑頂板。預(yù)應(yīng)力張拉采用400t液壓千斤頂對(duì)稱張拉，管道壓漿采用真空壓漿。外模板采用厚1.5cm竹膠板，內(nèi)模采用多層板，肋板采用方木。材料上下運(yùn)輸采用吊車及塔吊，人員上下搭設(shè)人行樓梯。支架材料采用租賃方式，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收合格后方可使用。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形，本工程總體支架方案采用滿堂式碗扣支架和貝雷梁支架兩種方式進(jìn)行施工，在橋梁高度超過(guò)15m或地形復(fù)雜，不適宜設(shè)滿堂支架的地方設(shè)置墩梁式貝雷梁支架，采用樁基(或擴(kuò)大基礎(chǔ))+鋼管立柱+貝雷梁+碗扣支架調(diào)平層；橋梁高度小于15m，場(chǎng)地良好時(shí)采用滿堂式碗扣支架。

2.1 滿堂式支架方案

滿堂支架采用碗扣式支架，設(shè)置高度在2.2～15m之間，腹板下碗扣支架間距采用30cm、60cm，剪刀撐3m。碗扣支架根據(jù)地形布置，有縱向坡度或橫向坡度時(shí)要做成臺(tái)階形狀，原地面應(yīng)清除浮土和松散碎石，有巖石斜坡時(shí)要開挖成臺(tái)階，防止支架滑移，地面要采用混凝土硬化，兩側(cè)設(shè)截水溝或排水溝，防止雨水沖刷。布設(shè)支架時(shí)在現(xiàn)澆梁橫向兩側(cè)各加寬0.9m作為施工平臺(tái)。

支架采用φ48×3.5mm碗扣式腳手架搭設(shè)，根據(jù)上部荷載和地基情況，組合方式為：60cm×60cm×90cm的框架單元，中腹板和端梁實(shí)心處30cm×60cm×90cm框架。

支架搭設(shè)大樣如圖2所示。

圖2 滿堂支架斷面(單位：cm)

2.2 貝雷梁式支架方案

貝雷梁一般結(jié)構(gòu)采用墩梁式結(jié)構(gòu)，支架基礎(chǔ)采用樁基或擴(kuò)大基礎(chǔ)，樁基直徑0.8m，特殊情況采用1.2m混凝土灌注樁，樁基長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件具體設(shè)計(jì)，嵌入中風(fēng)化0.5m。地質(zhì)條件較好，場(chǎng)地平整時(shí)，可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，樁頂設(shè)小承臺(tái)，尺寸為1.5m×1.5m，厚度100～150cm，鋼管采用Ф630mm鋼管單排3根，共分四排，鋼管頂設(shè)工字鋼蓋梁，采用2I56a工字鋼，每排鋼管用槽鋼連接，每高9m左右做一層剪刀撐；為增加整體支架穩(wěn)定性，鋼管高度超過(guò)15m時(shí)，在兩排鋼管間設(shè)縱向槽鋼16連接，以增加縱向穩(wěn)定性，高度超過(guò)15m時(shí)，設(shè)一層，高度超過(guò)20m時(shí)采用兩層。貝雷梁采用單跨內(nèi)連續(xù)梁，共設(shè)5榀，每榀中心間距 2.5～2.8m。貝雷梁與工字鋼中間采用U形螺栓連接，貝雷梁沿兩墩柱處梁中心線連線平行布置，貝雷梁橫向?qū)挾仍趦啥顺^(guò)橋梁邊緣1m用于搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)。貝雷梁上布設(shè)I25工字鋼，上面搭設(shè) 碗扣支架，高度根據(jù)貝雷梁至梁底高度調(diào)整，一般在4～8m之間，碗扣支架間距采用漸變段腹板段60cm×60cm，橫桿0.6m。

貝雷支架法現(xiàn)澆梁施工工藝見圖3。

圖3 現(xiàn)澆梁施工流程

現(xiàn)澆梁混凝土澆筑后，按照正常程序進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，隨后依次拆除端模、梁體外模、梁體內(nèi)模板、和底模板。模板拆除施工工序如下。

2.2.1 施工前準(zhǔn)備

對(duì)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底及人員分工，明確每個(gè)人的責(zé)任。

制定詳細(xì)的支架拆除方案和合理的拆除順序，并進(jìn)行技術(shù)交底。

2.2.2 支架拆除順序及方法

支架拆除按照“先安后拆，后安先拆，由上而下、逐層逐跨拆除”的順序進(jìn)行拆除。

(1)第一步：在支架頂層分配次梁上搭建材料堆放平臺(tái)。

(2)第二步：待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求并進(jìn)行張拉壓漿后先進(jìn)行頂層滿堂調(diào)坡腳手架的拆除，人工將拆卸的鋼管、扣件整齊碼放在搭建的堆放平臺(tái)上，然后通過(guò)人工配合塔吊、吊車的方式將頂層調(diào)坡滿堂腳手架進(jìn)行拆除(圖4)。

圖4 碗口式腳手架管拆除吊裝示意

(3)第三步：解除分配次梁與主梁之間的連接，通過(guò)吊車或塔吊吊鉤將分配次梁往單側(cè)腹板外拉出，利用“八”字形專用捆綁帶對(duì)分配次梁進(jìn)行平衡，汽車吊鉤吊住“八”字形捆綁帶交匯點(diǎn)將分配次梁整體吊離至橋面(圖5)。

圖5 25b工字鋼拆除吊裝示意

(4)第四步：澆筑箱梁混凝土在每跨現(xiàn)澆箱梁上預(yù)埋8根錨筋，用于下放貝雷梁主梁后錨，每根主梁采用兩根36b槽鋼，并在吊點(diǎn)位置安裝滑輪，在箱梁頂面上安裝2臺(tái)5t卷?yè)P(yáng)機(jī)，先提升貝雷梁偏移至現(xiàn)澆箱梁外側(cè)，偏移時(shí)兩側(cè)用繩索對(duì)拉穩(wěn)定，減少主梁在偏移過(guò)程中的搖晃，主梁偏移至箱梁外側(cè)穩(wěn)定后，再緩緩下落至地面進(jìn)行拆除。

(5)第五步：主橫梁、鋼管立柱、及聯(lián)桿利用在現(xiàn)澆箱梁上預(yù)留的PVC管配合卷?yè)P(yáng)機(jī)下放至地面。

3 支架受力及變形計(jì)算

本文以達(dá)陜高速公路百里峽互通式立交工程為背景，采用有限元程序Midas-civil2013對(duì)該工程支架各個(gè)部件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。其中，U匝道2號(hào)橋第一聯(lián)第三跨計(jì)算模型如圖6所示。

圖6 整體模型

滿堂支架及貝雷梁中的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，模擬過(guò)程對(duì)模型施加最不利荷載組合，對(duì)各構(gòu)件強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性分別進(jìn)行計(jì)算。滿堂支架、貝雷梁弦桿、貝雷梁腹桿強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果云圖如圖7～圖9所示。

圖7 滿堂支架組合正應(yīng)力

圖8 貝雷梁弦桿組合正應(yīng)力

圖9 貝雷梁腹桿組合正應(yīng)力

在最不利荷載組合下，上部結(jié)構(gòu)方木縱向分配梁，橫向分配梁最大應(yīng)力為6.7MPa，鋼管最大應(yīng)力為65.7MPa，貝雷梁弦桿、腹桿最大應(yīng)力分別為219.1MPa、202MPa，工25b橫向分配梁，支架最大應(yīng)力及下部結(jié)構(gòu)鋼管支架及連接最大應(yīng)力也均在容許應(yīng)力范圍內(nèi)，即該施工方法各種荷載組合下各構(gòu)件強(qiáng)度均能滿足要求。強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如表1所示。通過(guò)Midas-civil2013數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)支架各構(gòu)件整體剛度與穩(wěn)定性也進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，剛度計(jì)算結(jié)果見表2，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表3。在最不利荷載組合下，跨中撓度最大為15.8mm，小于規(guī)范規(guī)定荷載產(chǎn)生的跨中撓度允許值，能滿足設(shè)計(jì)要求；整體穩(wěn)定安全系數(shù)最小為4.3，整體穩(wěn)定性也滿足要求?？梢姡扇∩鲜霈F(xiàn)澆梁施工工藝可以較好地滿足設(shè)計(jì)要求，具有較好的工程技術(shù)效益。

表1 支架桿件強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果 MPa

表2 支架剛度計(jì)算結(jié)果 mm

表3 支架穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

(1)采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁對(duì)本工程預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋進(jìn)行加固，支架方式采用滿堂式碗扣支架和貝雷梁支架兩種方式相結(jié)合，在橋梁高度超過(guò)15m或地形復(fù)雜，不適宜設(shè)滿堂支架的地方設(shè)置墩梁式貝雷梁支架，采用樁基(或擴(kuò)大基礎(chǔ))+鋼管立柱+貝雷梁+碗扣支架調(diào)平層；橋梁高度小于15m，場(chǎng)地良好時(shí)采用滿堂式碗扣支架。

(2)通過(guò)有限元程序Midas-Civil2013對(duì)支架各構(gòu)件整體強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，各種荷載組合下各構(gòu)件強(qiáng)度、跨中撓度、整體穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求。