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广东虎门大桥辅航道桥加固实例

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日期:2018-01-10   浏览:1287

案列说明

广东虎门大桥辅航道桥位于广东省东莞市,桥孔径布置为150+270+150m预应力混凝土连续刚构,单幅桥箱梁为单箱单室截面,箱梁顶面宽15m,箱宽7m,顶板悬臂宽度4m,主梁根部梁高为14.8m,在跨中位置梁高5m,其间梁高按抛物线变化。箱梁采用三向预应力结构,纵横向预应力采用钢绞线束施加,竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋施加。主桥下部结构为双薄壁墩身,群桩基础。自从1997年建成运营至今,出现了一些病害,病害主要表现在跨中底板出现横向裂缝和下挠以及边跨和1/4中跨附近出现较少量的腹板斜裂缝。下面就这两个主要病害进行分析。

1、跨中出现下挠和开裂

(1)对收缩徐变的认识

由于原设计对收缩徐变认识不够,实际上混凝土的收缩徐变可能要大,那么跨中下缘混凝土的储备会减少,会促使底板产生横向裂缝和跨中下挠。

(2)施工过程中桥面调平层混凝土加厚

通过检测,梁体在施工过程中有较大的超方,桥面混凝土调平层厚度比设计的厚度平均增厚8cm多,这部分增厚的调平层会使跨中下挠3.6cm,而其引起的收缩徐变又会使跨中下挠10.3cm,此部分荷载在跨中产生拉应力,也会使跨中应力储备减少。

(3)温度荷载的影响

不同的温度梯度变化对于跨中下缘应力储备也是不同的。

综合以上三点,通过计算分析,跨中下缘在(恒载+预应力+收缩徐变+活载+降温负温差)组合下,中跨跨中下缘有2.3MPa的拉应力,这也表示跨中混凝土已开裂。另外计算分析可知,铺装加厚与收缩、徐变的估计不足以及铺装加厚引起的收缩、徐变共使跨中产生3.6+2.8+10.3=16.7cm的下挠值。由于跨中下挠也会加剧箱梁的开裂,而箱梁开裂引起下缘混凝土失效,结构形心轴上移,又会加速箱梁的下挠,跨中开裂与跨中下挠是互相影响的,这也从理论上分析了辅航道桥出现主要病害的根本原因。

2、现状桥主拉应力

考虑桥面铺装混凝土加厚和原设计对收缩、徐变的估计不足,在不考虑竖向预应力情况下各截面最大主拉应力为2.1MPa,考虑竖向预应力后的主拉应力为0.59MPa,腹板主拉应力值并不大;另外从全桥腹板斜裂缝分析来看,虽然裂缝在整个桥跨结构的纵向分布形态中有一定的对称性,但在箱梁上、下游腹板上的对应关系并不显著。因此腹板出现少量斜裂缝不是设计原因,而是竖向预应力的有效应力没有保证所致。

二、 加固设计目标

根据本桥现阶段的病害情况,通过方案比选和初步设计评审以及施工图评审,最终维护的目标主要确定在以下几方面:

1.在原有预应力钢绞线在维护后使用年限内损失10%与不损失两种情况下,确保该桥满足结构极限承载力和正常使用的要求。

2.适当改善主桥的纵向桥面线形,维护目标是跨中挠度上升5-8厘米,缓和主梁明显的继续下挠现象,维持以后运营的桥面线形。

3.增大主梁最小压应力储备,跨中底板下缘增加不小于5MPa的压应力,除将跨中横向裂缝闭合外尚留有2Mpa的压应力。

4.对原有破坏的桥面铺装进行更换处理。

5.对箱内垃圾进行清除,安装永久性照明设备、人梯以便日后检查。

三、 加固措施

1.原管道检查

(1)对顶板上层预应力管道根据布索情况,在靠近锚头处在凿除桥面铺装后凿开梁体混凝土进行通气检查。

(2)对底板预应力管道在凿开封锚混凝土后进行通气检查。

(3)对压浆不密实管道再进行压浆处理。

(4)维护处理过程要加强对管道的?;?。

2.增设体外索(纵向预应力钢束)

在箱体内侧布置体外纵向预应力钢束来提高桥梁的承载力,使维护后的结构在原有预应力钢绞线锈蚀10%后仍能达到汽车—超20级、挂车—120标准,并保证有一定的安全储备。

3.箱体裂缝处理

裂缝宽度≥0.15mm的裂缝采用压浆法进行修补,裂缝宽度<0.15mm的裂缝采用封闭法进行修补。

4.蜂窝、麻面、空洞的处理

将蜂窝、麻面、空洞周围凿毛并洗净,用干砸混凝土填充。

5.掉块、露筋(钢板)的处理

将钢筋或钢板锈迹清除,并把松动的?;げ阍淙?、洗净。如损坏面积不大,可用环氧砂浆修补,如破坏面积较大,喷注高标号水泥砂浆。

6.对桥面铺装的处理

在检测时发现,实际的混凝土平均厚度比设计的厚8cm多,初审意见建议考虑减薄桥面厚度。通过认真研究,认为减薄桥面厚度可以起到减载的作用,但是减薄桥面厚度之后,主梁的挠度和应力增加;另外全桥的桥面厚度减薄会给施工带来比较大的困难,工期无法控制,对桥上交通的正常运营影响很大,因此只对主墩墩顶处一定范围的铺装进行处理。处理措施如下:

A、桥面凿除

在主墩墩顶处(从0号块~6号块约48m范围内)将原桥面铺装凿除。

B、桥面防水

在原箱梁顶面涂刷一层防水材料。

C、桥面植筋

用探测仪探出钢筋和纵向、横向预应力管道和竖向预应力钢束锚具位置后适当植筋,不能植筋的位置采用与梁体普通钢筋绑扎的连接方式。

D、桥面内铺设钢筋网

桥面内铺设间距10x10cm钢筋直径为12mm的钢筋网片,放置在植筋上面。

E、桥面混凝土浇注

在原桥面混凝土应能达到W6抗渗等级要求,具有防水功能。另外桥面铺装每立方米混凝土中掺入2.7kg(即3包)19mm长增强、混参型聚丙烯纤维网。

四.加固设计要点

1、体外预应力布置

采用的体外预应力钢束均为底板束。中跨共设7对27ф 15.24mm(0.6英寸)钢绞线束,边跨各设1对27ф 15.24mm(0.6英寸)底板钢绞线束。底板束均通过齿板锚固于底板上并靠近底板布置。体外预应力钢束张拉力取钢绞线破断强度的65%,单根钢绞线张拉力为169.3KN。

2、主要锚固构造

底板束锚固构造:在箱梁内侧浇注新齿板,通过在箱梁底板凿出剪力槽,接触面种植钢筋,使结构共同受力。

3、箱梁腹板裂缝处理及补强措施

1.裂缝宽度≥0.15mm的裂缝采用压浆法进行修补,裂缝宽度<0.15mm的裂缝采用封闭法进行修补。

2.在后期运营过程中为抑制跨中裂缝继续发展,在桥梁中跨跨中两侧各11m范围内,腹板内、外侧和底板外侧粘贴碳纤维布进行补强,粘贴纤维方向与顺桥向一致。

3.为了抑制主拉应力斜裂缝,在各边跨22号块到29号块40m范围,中跨合拢段每侧19号块到27号块45m范围,腹板内、外侧粘贴碳纤维布进行补强,粘贴纤维方向为竖直方向。

五.加固施工总体顺序维护施工顺序如下:

1.清除箱内垃圾,安装照明设备、人梯。

2.打掉原有横向预应力封锚混凝土,重新封锚。

3.对原有破坏的桥面铺装进行凿除,再种植钢筋,铺设桥面钢筋焊网,最后浇注桥面防水网状聚丙烯纤维混凝土。

4.箱内新旧混凝土接触面凿毛,凿毛面和凿除面清刷干净。

5.齿板纵向每60cm设置一道26x5cm的横向剪力槽,剪力槽间距为34cm,凿除面清刷干净。

6.齿板种植锚筋。

7.布设底板体外束齿板普通钢筋。

8.浇注底板体外束齿板。

9.等底板体外束齿板混凝土达到90%设计强度后,张拉底板体外束,边跨体外预应力的张拉按照对称的原则进行,中跨体外束按照先长束、后短束的顺序进行。

10.压浆或封闭箱梁裂缝。

11.腹板、底板粘贴碳纤维布。

12.安装体外索防震定位装置。

13.外露钢构件防腐处理。

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