信息摘要:
當前我國高速公路建設規模日益加大,對于長期處于復雜環境中的橋梁,極易產生各種病害,影響其使用壽命,需要采取針對性的養護方法進行維護,確保橋梁結構長期安全服役,保障
當前我國高速公路建設規模日益加大,對于長期處于復雜環境中的橋梁,極易產生各種病害,影響其使用壽命,需要采取針對性的養護方法進行維護,確保橋梁結構長期安全服役,保障人們的生命財產安全[句。
對橋梁結構物進行維護,相對新建而言不僅節省大量資源,費用也會大幅降低[。維修加固改造技術已成為橋梁工程領域開發和研究的熱點,并且橋梁的維修加固改造方法多樣,不同加固技術之間也存在各自的優點及其局限性]。論文針對高速公路某人行天橋出現的病害,采取預應力鋼絲繩網片+聚合物砂漿的加固及時進行處治,解決了因其自重產生的跨中下撓問題,為類似的橋梁病害處理提供一種新的維修加固改造思路。
1工程概況
滬渝高速公路某互通匝道上的一座人行天橋,天橋全長25m,橋面全寬300cm,橋臺為重力式橋臺。該天橋上部結構為兩福矩形縱梁,梁長25m,梁底寬55cm,梁高100cm。在日常養護巡查中發現,天橋的跨中區域明顯出現下撓現象(見圖1)。并且,通過針對性地檢測發現該橋跨中區域出現多達149條裂縫,其中超限裂縫36條,最大縫寬達0.30mm。梁體裂縫形態主要呈現為梁底橫向發展延伸至腹板,為典型的受彎裂縫。
2病害原因分析
天橋縱梁為普通鋼筋混凝土梁,設計為人行天橋,不能通行車輛,混凝土結構在自重作用下導致跨中下撓,縱梁底板沿跨中向兩側延伸產生多條裂縫。
3維修方法
依據相關規范,對于公路橋梁存在的裂縫按照其縫寬進行針對性處理:當縫寬≥0.15mm時,采取灌縫法進行壓力注膠;當縫寬<0.15mm時,采用封縫法進行表面封閉。
對于混凝土表面缺陷,如蜂窩麻面或者空洞等,通常采用環氧砂漿進行表層修補。
按照上述原則,對人行天橋出現的裂縫和表面缺陷進行處治后,在縱梁的底部和腹部依次分別安裝縱向預應力鋼絲繩網片(單福縱梁共安裝38根,張拉控制力為8kN),再均勻安裝橫向U型預應力鋼絲繩網片(共安裝16處,每處24根,張拉控制力為4kN。),然后通過張拉鋼絲繩網片,提高縱梁的抗裂性,增加一定的壓應力儲備。張拉工作完成后,在加固區域分層分段涂抹35mm厚的I級聚合物砂漿并壓實,最后對鋼絲繩網片進行防腐保護處理,并恢復橋梁外觀。
4材料選擇及性能特點
4.1材料選擇
1)鋼絲繩網片:選用高強度鍍鋅鋼絲繩,主要材質為優質碳素結構鋼制絲(S和P含量≤0.03%),編制結構型式為6×7+IWS金屬股芯右交互捻不銹鋼絲繩,公稱直徑3.05mm,其特點是高強度、低松弛、高延性;鋼絲繩鍍鋅材料質量和鋅層重量應符合GB/T15393《鋼絲鍍鋅層》中AB級的規定,主要力學性能指標應滿足表1要求。
2)聚合物砂漿:選用I級聚合物砂漿,其抗壓強度>50MPa,抗折強度>12MPa,劈裂抗拉強度>7MPa。
3)錨固系統:由錨栓、固定板、固定節組成。錨栓為化學錨栓,固定板通過膠粘劑、錨栓與混凝土構件連接成整體,固定板厚度一般不小于10mm,寬度根據結構物尺寸加工,長度應滿足錨栓布設要求。
4.2材料性能特點
針對天橋的病害,采取預應力鋼絲繩網片十聚合物砂漿技術的優越性如下:
1)鋼絲繩抗拉性能好。鋼絲繩通常采用高強鋼絲,加固時充分利用了鋼絲繩抗拉強度高、彎曲性能及延性好、表面凹凸利于粘結等特點]。
2)聚合物砂漿滲透性好。在原混凝土表面涂抹聚合物砂漿,兩者的毛細管能相互連通,水泥膠體能相互滲透,在界面處形成自愈合效應。而且原混凝土結構與聚合物砂漿的粘結和握裹作用力極強,兩者能有效粘合使得原結構的承載能力大幅提高]。
3)對結構形狀和外觀影響小。鋼絲繩網片十聚合物砂漿技術幾乎不改變原結構的外觀尺寸,并且采用薄層貼補法對原結構自重的影響極小,表層的聚合物砂漿無明顯色差,外觀與原混凝土結構基本一致。
4)耐久性和經濟性。聚合物砂漿屬于高性能修補材料,其粘結性能好、固化速度快、抗壓強度高,并且抗裂性、耐堿性、耐紫外線等耐久性能極好,修補后對鋼絲繩網片的保護作用明顯,后期的維護費用很低,有十分好的經濟效益。
5施工工藝
1)設置控制點:在梁頂跨中處和四分之一處設置控制點,用水準儀測出原始標高,做好測量記錄。
2)混凝土表面處理:對裂縫進行封閉處理;對梁底和梁側在鋼絲繩寬度范圍內進行鑿毛處理,露出新鮮混凝土,表面粗糙度不小于5mm。對梁底部陽角進行圓化打磨處理,形成直徑10mm的倒角,防止鋼絲繩張拉時在陽角處折斷,并保護陽角混凝土的完整性。
3)固定板安裝:按照設計好的固定板尺寸開槽打孔,用化學錨栓進行錨固。在鉆孔時錨栓孔位如與鋼筋發生干擾,可適當挪動錨栓孔位,盡量避免錨栓與鋼筋發生干擾。
4)鋼絲繩下料:根據安裝好的固定板位置測量安裝后的鋼絲繩長度,再根據所需張力計算鋼絲繩的伸長量,取凈長度與伸長量的差值,確定鋼絲繩所需的下料長度。
5)鋼絲繩張拉:①將鋼絲繩兩端用固定結夾緊在固定板凹槽中;②測量鋼絲繩網片與固定板的間距,保證鋼絲繩網片張緊后的張力;③張拉前采用專用張緊器做拉伸試驗,避免出現拉脫;④在鋼絲繩網片的另一末端逐一張緊鋼絲繩,兩縱梁上的鋼絲繩網片需同步對稱張拉;對于單片縱梁,須以單片縱梁橫斷面中心線對稱張拉;⑤張拉后及時測量鋼絲繩的張緊力,避免實際張緊力不足。
6)聚合物砂漿:采用分層分段法壓抹聚合物砂漿,每層壓抹厚度通常控制在10mm,每段施工長度不超過4m,每段間留30~50mm施工縫,待第一次施工的聚合物砂漿完全固化后再填塞施工縫。聚合物砂漿壓抹前,將原混凝土表面灑水潤濕,表干后在結合面滿刷一道界面粘結劑。砂漿制作時控制好材料的粘稠度,避免過大的砂漿流墜性,確保壓抹聚合物砂漿時產生自然垂落現象。待底層灰觸摸不粘手時壓抹下層灰,依次壓抹聚合物砂漿并及時收光。
7)養生:最后一層聚合物砂漿壓抹并收光后,即可進行濕水養護,養生期不少于7d,期間應避免遭受過大的荷載沖擊,防止對加固部位造成影響。
8)控制測量:加固完成后對控制點進行復測,對比分析加固前的數據,并進行加固效果評價。
6結論
針對該人行天橋因自重導致跨中下撓的病害現象,采用預應力鋼絲繩網片+聚合物砂漿加固技術進行了維護處治,取得了預期的加固效果:
a.撓度減小。加固前天橋跨中最大撓度測量值為11.7cm,加固后的測量值為9.7cm,并且天橋跨中回彈值達到20mm,表明天橋剛度和承載力均得到一定程度的提高,加固后的效果十分明顯。
b.遠期效果好。采用主動加固原理的鋼絲繩網片+聚合物砂漿的維修技術,不僅克服了體外預應力定期防腐困擾,而且降低了施工成本,加固遠期效果好。
c.施工工期短,施工便利。該天橋自開工至聚合物砂漿壓抹完畢,只用時一周,且未對橋下高速公路正常通行造成較大影響。