有粘结预应力体系在高速公路桥梁加固中的应用

0 引言

上三高速K15 860（跨径3m、交角90°）通道桥位于上三高速公路15K 860处，断面形式为B×H＝3.0m×2.3m的箱涵，顶、底板厚29cm，侧板厚27cm，混凝土为25号混凝土。该桥右幅为一期“四自”工程建造，左幅为二期建造。如图1所示为K15＋860箱涵横断面图

图1 K15 860箱涵横断面图

由于超载超限的严重影响及当时施工工艺的制约，该桥混凝土风化严重（测试碳化深度均在5cm ）、通道顶板采用回弹法测试强度推断值仅在10MPa左右，远低于设计要求，且顶板底面裂缝较多，分别垂直于公路中心线方向分布，经检测，虽然混凝土强度测试结果较设计值偏低许多，但并未出现破坏性裂缝和病害，特别是箱涵的侧腹板在检查时并未发现可见病害，因此本箱涵加固维修重点在箱涵顶板裂缝的补强加固和箱涵侧腹板的碳化防护问题处理上。

1.加固方案比选

1.1方案一：箱涵顶板底面粘贴碳纤维布加固

在箱涵顶板底面沿桥纵向粘贴宽30cm，厚0.167mm的碳纤维面（单位面积重量为300g/m2），间距为20cm；在其上沿桥横向再粘贴3条宽30cm，厚0.167mm的碳纤维布压条。

1.2方案二：箱涵顶板底面采用有粘结预应力体系加固

在箱涵顶板底面，沿平行于道路中心线方向，以间距20cm布置预应力钢筋，通过锚固于箱涵顶板底面的螺栓将其固定，采用螺旋扣环拉紧器或测力板手扭进螺旋进行张拉。预应力钢筋张拉后，喷注3cm厚氧化铝聚糖树脂砂浆或高性能抗拉复合砂浆，将预应力钢筋与被加固梁体粘结为一体。预应力钢筋采用直径φ6.3mm的镀锌软钢丝，或用两股钢绞线、高强螺旋肋钢丝替代。

1.3方案三：箱涵顶板底面喷射混凝土加固

在箱涵顶板底面布置10cm×10cm间距φ8钢筋，并通过锚固于箱涵顶板底面及侧板的φ12植筋固定，在其上喷射6cm厚的混凝土，增大箱涵顶板截面。

三个方案原理相同，都是在箱涵顶板底面采用加强材料提高结构的抗变承载能力，抑制裂缝的发展。方案一造价较高，施工相对得意，工期短；但由于补强材料的应用滞后特点，碳纤维的高强抗拉性能不能得到充分发挥，仰面粘贴碳纤维布施工质量较难保证，混凝土碳化较深不利于碳纤维发挥作用。方案二施工较简单，工期较短，它解决了补强材料应力滞后的缺点，提高了补强材料的的利用效率，同时有锚固简单和结构耐久性高的技术优势，复合砂浆直接喷射在板底，省去了对顶板混凝土防碳化的处理。方案三采用在板底截增大截面、增加钢筋布置，提高承载力，该方案造价最低，施工较简单，但回弹损耗量大（50%以上），加固工程量小，难于发挥喷射混凝土大面积施工处理快捷的优势。

综合比较选择方案二为加固推荐方案，即箱涵顶板底面在粘结预应力体系加固方案。

2.工艺流程及特点

2.1裂缝灌浆处理

1）对混凝土表面进行处理，消除松散灰浆、砂粒，使混凝土表面保持干净；

2）灌缝用胶必须按所选用产品确定试验的配合比进行拌合，准确称量各组成材料并搅拌均匀。灌浆胶|来源|考试|大|配好后，应尽快将其注入到裂缝中，并在该产品规定的适用期内使用完毕；

3）灌浆配制，根据现场施工的实际情况，进行化学灌浆的配置，并要求达到表1的性能要求：

表1 化学灌浆液性能指标要求

4）灌浆工艺，启灌之前，先接通管道，打开所有灌浆嘴上阀门，用气压为0.2MPa以上的压缩空气将管道及裂缝吹干净。灌压压力以0～0.2MPa为宜，压力逐渐升高，防止聚然加压使裂缝扩大；

5）缝隙全部注满后应按材料要求进行养护，等浆液固化后，拆除灌浆嘴，并对混凝土表面进行修整；宽度小于0.15mm的裂缝进行封闭处理。

2.2 有粘结预应力体系加固施工

1）将缺损部位表层劣质混凝土凿除，直至露出新鲜、密实混凝土，剔除修补结合面的表面浮石。修补结合面凿毛凿平、整齐划一，并对外露的钢筋表面进行人工除锈处理，用掺有水泥用量的3%的R-I型除锈剂的525号硅酸盐水泥纯浆涂刷在钢筋表面上；

2）用高压射流技术清洗修补结合面；

3）在箱通顶板底面，沿平行于道路中心线方向，以间距20cm|来源|考试|大|布置预应力钢筋，镀锌软钢丝束靠锚固于混凝土梁体上的角钢固定，通过锚固于箱涵顶板底面的螺栓将其固定，采用刻度板手扭过螺旋进行张拉。预应力钢筋张拉控制在960MP后，浇筑EC聚合物砂浆3cm厚，将预应力钢筋与被加固梁体粘结为一体。砂浆应保持表面湿润，养生2-3天。使结构的承载能力提高，工作性能改善。

4） EC2000工艺是采用Φ6.3mm的镀锌软钢丝束对混凝土箱通顶板施加预应力，采用EC2000聚合物高密度砂浆对混凝土结构进行修补的综合加固技术（见图2）。

图2 有粘结预应力加固示意图

3.加固效果评价

绍兴管理处为确保大流量下的高速公路营运安全，积极探索桥梁维修加固新技术、新工艺，经设计单位综合方案比选后，使用有粘结预应力体系加固代替普通的粘贴钢板条与粘贴碳纤维布加固技术。采用有粘结预应力体系加固工艺，有效减少箱通纵向钢筋既有应力，同时预应力镀锌软钢丝束能分担截面拉应力，显著减少纵向钢筋在荷载作用下的增加值，提高箱通截面承载力，增加其安全系数。

有粘结预应力体系加固工艺是首次在沪杭甬、上三高速公路的桥梁维修加固的使用，不需要借道施工，对高速公路上的交通影响少、工期短、造价低，加固工作均可在营运条件下实施，对高速公路的社会形象无任何影响。

4.结束语

EC2000聚合物砂浆具有强度高、良好的抗疲劳性能和耐腐蚀能力、良好的耐久性和抗冲击能力，且存在与基材紧密连接和协调变形等明显优势。该加固方法施工便捷，施工质量易于保证。实践证明，用有粘结预应力体系加固钢筋混凝土箱通后，其抗弯承载力有明显提高，具有良好的加固效果和综合的经济效果。