T型刚构桥梁的加固方法
前言
在20世纪70年代末90年代初，我国修建的大跨梁式桥中，带挂梁的预应力T型刚构桥是主要的桥型之一，经多年使用，有相当一部分的这类桥由于各种原因出现了病害而不能正常使用，不得不进行加固维修。下面就这种桥型常见病害的产生原因作出分析，介绍一些加固方法，并通过实桥加固示例来说明加固效果。
1、T型刚构桥梁的常见病害及产生原因
带挂梁的预应力混凝土T型刚构桥，一般采用悬臂浇注、悬臂拼装、支架现浇或在墩位处现浇后转体施工形成，常见的病害及原因如下。
（1）悬臂端部牛腿下挠过大。主要原因有梁的刚度下降、纵向预应力损失太多、施工质量差、材质差、超载和基础沉陷等。
（2）悬臂根部顶面开裂。主要原因为施工质量差、纵向预应力损失过大又严重超载造成强度不足。
（3）悬臂1／2’跨附近腹板出现斜裂缝。该处虽不是剪力最大处，但变高度梁的腹板高度变化较大。主要原因为竖向预应力损失较大、腹板抗剪强度不够、超载等。
（4）悬臂端部两腹板跨中的牛腿横梁上的竖向裂缝。主要原因为牛腿横梁的横向预应力损失较大、超载等。
（5）T构墩身出现水平裂缝较为难见，至于箱梁顶板跨中底面出现纵向裂缝与连续梁等其它箱形梁桥一样有类似的原因，这里不作评论。总之，有相当一部分T型刚构桥刚竣工的时候，没什么问题，使用一段时间后就出现一些病害。各方向的预应力损失过大与施工质量有很大关系，特别是为赶工期，施加预应力过早，混凝土徐变造成的预应力损失较大。另外，超载现象难以控制，实际使用中，超出设计活载标准的车辆时常过桥，特别是在经济发展快的地区，更是如此。
2、加固方法
对于端部牛腿下挠过大的问题，只有从改善T构的受力及提高刚度着手，相对有效而又简便的方法是在桥面增加预应力筋，以增加箱梁顶面抵抗负弯矩的能力。具体做法是：结合桥面的翻新改造，将原箱梁顶板面上的混凝土凿除，根据新增预应力筋的数量，在T构两端牛腿部位和靠近牛腿处的桥面板上凿出横向对称的纵向为2-3排深约10CM的楔形锚坑，锚坑位置须避开原桥面预应力筋束位置。用高压空气将板面特别是锚坑的灰尘吹净，再用高压水冲洗干净。在桥面铺设穿有预应力筋的扁形波纹管或直接铺设无粘结预应力筋，预应力筋从T构牛腿附近的一端拉到另一牛腿附近端。在锚坑里用环氧砂浆埋设事先焊接好的锚座，以便安放扁型锚具，见图1和图2。将近一半的锚板高度埋于箱梁顶板面以下，预应力筋套管或无粘结预应力筋紧贴箱梁顶板面，以便使顶板旧混凝土也承受一部分压力，待环氧砂浆固化后，穿索张拉至设计张拉力的5%-10%，以使预应力筋拉直、拉紧定位。在锚头后纵向几米长的顶板上钻约10CM深的孔，孔距大约在20倍孔径左右，孔位应避开原箱梁顶板纵向钢筋，呈梅花形分布在新布置的预应力筋四周。用高压空气将孔洞和桥面吹干净，再用环氧胶液埋设按计算所需数量直径不小于16cm的倒L形抗剪栓，或采用其它植筋方法设置抗剪栓。按新的桥面线形支模板并铺设钢筋网，新浇桥面混凝土的预压力主要通过抗剪栓传递给箱梁顶板，并增强新旧混凝土的整体性。桥面混凝土采用钢纤维混凝土，标号不低于原箱梁混凝土，以减小收缩、徐变，防止龟裂。为了保持桥面原有的线形，牛腿下凹处会因新浇注混凝土填层太厚，增加T构恒载负担。为此可在保证满足扁锚锚板局部承压强度所需的填层厚度以上部分，采用轻质骨料的混凝土或三角填层的空心板混凝土桥面。另外，保证箱梁顶板面的粗糙与洁净也很重要。还有一种做法是：在T构两端靠近牛腿处的所有腹板两侧设置锚座，张拉体外预应力钢束，对于一箱多室的箱形梁也可只在几块中腹板两侧设体外索。采用此种做法时，因牛腿处腹板较矮，设置体外索有限，抵抗悬臂负弯矩的力臂减小，其效果不如在桥面增加预应力。但也有一些优势，如不必凿除原桥面混凝土，不必中断交通，费用较低，施工方便，可换索或再次张拉。只有在牛腿下挠不大或提高旧桥荷载等级，且原桥面尚好、箱梁腹板较多的境况下采用。或者先在腹板两侧张拉体外索，再在桥面混凝土层里张拉体内索。体外索可采用环氧全涂装的无粘结PC’钢绞线，若干根组成一束，或采用外有防护套管，管内有防腐填充材料的集束钢绞线或无粘结钢绞线。设置体外索的具体做法是：在靠近牛腿的腹板上，避开原腹板里的下弯索钻孔，把相应位置的腹板混凝土打毛后，将焊有体外索锚座的钢板孔眼与腹板上的混凝土孔对齐，穿高强螺栓并初拧，用两侧的钢板夹紧中间的混凝土腹板，钢板与腹板间留有3-4mm的缝隙，灌环氧树脂胶液到缝隙中，将钢板粘贴在腹板两侧，胶液固化后，拧紧高强螺栓到设计拉力。钢板大小及高强螺栓个数是根据环氧树脂胶液粘贴钢板和混凝土的实验抗剪强度计算出来的。体外索从T构牛腿一端拉到另一端，墩顶处穿过横隔板上预先钻好的孔洞，保持为一条直线，沿途以小于5m的间距设支架将体外索夹紧固定，以减小自由长度，防止过大的振动（如图1）。对于箱梁裂缝较集中的部位，如凿除桥面铺装层后，墩顶处箱梁顶板上缘的横向裂缝、悬臂1／2跨附近腹板斜裂缝、牛腿端横梁竖向裂缝、箱梁顶板跨中下缘纵向裂缝等部位，可采用粘贴碳纤维片或粘贴钢板的方法，增强混凝土受拉区的抗裂性。粘贴用的环氧树脂胶液不限于某种型号的产品，只要经实验证明有足够的粘结性、渗透性、抗老化性即可，固化时间以能使施工操作完成为宜。对于粘贴碳纤维片的胶液，另有一些特殊要求。
3、结语
文中所述的T型刚构桥梁加固方法是目前桥梁加固新技术的一部分，通过实桥的应用证明：技术上可行，所需设备也少，只要求设计考虑周到，施工认真仔细，效果还是理想的。
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