深圳機荷高速公路黃鶴立交CD2號匝道橋加固設(shè)計總結(jié)

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簡介： 深圳市機荷高速公路黃鶴立交CD2號匝道橋橋型為4×28＋2×40.5＋5×28米預應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁，其中第三～十一跨位于直徑125米及800米的同向曲線上，橋梁全長333米。該橋在0號、11號橋臺處各設(shè)一道BEJ－150伸縮縫。
關(guān)鍵字：深圳 高速公路 立交 匝道橋 加固設(shè)計

一、工程概況

　　深圳市機荷高速公路黃鶴立交CD2號匝道橋橋型為4×28＋2×40.5＋5×28米預應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁，其中第三～十一跨位于直徑125米及800米的同向曲線上，橋梁全長333米。該橋在0號、11號橋臺處各設(shè)一道BEJ－150伸縮縫。橋墩采用樁柱式結(jié)構(gòu)，第3、7號墩采用雙柱式基礎(chǔ)，其余為獨柱基礎(chǔ)。主梁采用單箱單室斷面，頂寬12米，底寬6米。中間兩孔40.5米跨為變高度截面，箱梁根部高2米，跨中梁高1.5米，按二次拋物線變化。其余28米跨均采用等高截面，梁高1.5米。箱梁底板厚25厘米，腹板厚40厘米和50厘米，各墩墩頂均設(shè)1.5米厚橫隔板，并設(shè)預應(yīng)力。支座為GPZ盆式橡膠支座。縱橫向預應(yīng)力采用ASTM A416－92標準生產(chǎn)的低松弛270級鋼絞線，公稱直徑Φj15.24毫米，抗拉破斷力為1860MPa，彈性模量1.95×105MPa，錨具采用鋼絞線群錨和扁錨，型號分別為YM15－9，BM15－3型。

　　1999年12月3日該橋試通車，1999年12月橋檢中發(fā)現(xiàn)了裂縫。經(jīng)詳細檢查，共337條，其中第一跨有裂縫10條，第二跨有裂縫18條，第3跨有裂縫18條，第四跨有裂縫40條，第五跨有裂縫79條，第六跨有裂縫68條，第七跨有裂縫38條，第八跨有裂縫25條，第九跨有裂縫26條，第十跨有裂縫11條，第十一跨有裂縫4條。第4～7跨分布較多，共有225條，占全橋總數(shù)的66.8％，僅第5跨就占23.4％。

　　裂縫寬度以微細裂縫為主，寬度在0.10mm以下裂縫共238條，占全橋總數(shù)的70.6％，寬度0.15mm～0.2mm的裂縫有57條，占全橋總數(shù)的16.9％，0.25mm以上的裂縫有42條，占總數(shù)的12.5％，且全部分布在第4～7跨，裂縫最大寬度達1.50mm。

　　裂縫主要類型有：支點附近處腹板的斜向裂縫、跨中附近處的橫向裂縫、翼板的橫向裂縫、底板的縱向裂縫、橫向施工縫及不規(guī)則收縮裂縫。

　　二、結(jié)構(gòu)驗算情況

　　1、主要計算方法

　　結(jié)構(gòu)計算采用曲線梁分析綜合程序進行。按實際施工順序，劃分為12個計算階段。同時運用‘SAP’程序，對于箱梁的局部結(jié)構(gòu)進行了空間分析。

　　2、主要材料特性

　　主梁采用40號混凝土，混凝土比重取2.6噸/立方米，彈性模量3.3×104MPa，混凝土材料的收縮徐變特性全部按照規(guī)范取值。

　　預應(yīng)力采用鋼絞線施加，鋼絞線彈性模量取1.95×105MPa，鋼絞線采用ASTM標準，張拉應(yīng)力控制值取1395MPa。

　　3、結(jié)構(gòu)體系

　　本橋采用落地支架分五個區(qū)段施工，計算按實際的施工順序進行，每個區(qū)段設(shè)置一個臨時水平支撐，待全橋貫通后，永久水平支撐設(shè)置在5號墩上，其余水平支撐全部拆除。計算中溫度模式取值為：溫差按10℃考慮，均勻升、降溫按20℃考慮。支座不均勻沉陷按5毫米取值。

　　4、初步結(jié)論

　　通過分析計算，原設(shè)計中多個截面在不利組合下均出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，最大值達3.45 MPa。從計算結(jié)果看，設(shè)計中預應(yīng)力明顯不足，普通鋼筋配置數(shù)量和直徑均偏小，再加上施工時張拉順序、張拉誤差等原因，致使裂縫較早出現(xiàn)。

　　5、荷載試驗和設(shè)計復核情況

　　該橋經(jīng)采用曲梁程序分析、空間結(jié)構(gòu)分析及荷載試驗得出如下結(jié)論：①該橋設(shè)計中所提供的安全儲備偏小。28米跨支點截面的抗彎極限承載能力明顯不足，部分截面出現(xiàn)拉應(yīng)力超出部分預應(yīng)力A類構(gòu)件的要求；②對本橋的剪力滯效應(yīng)、約束扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等復雜因素估計不足，以及沒有充分計及溫度力，也導致某些截面應(yīng)力過大而出現(xiàn)裂縫；③本橋彎橋的受力特點十分明顯，設(shè)計中對彎橋的受力性狀（如較大的扭轉(zhuǎn)作用等）估計不足。

　　三、加固方案

　　1、加固方法

　　針對本橋的設(shè)計、施工及開裂現(xiàn)狀，結(jié)合結(jié)構(gòu)檢算和荷載試驗結(jié)果，采用增加預應(yīng)力進行加固為較佳方案，即在箱梁兩側(cè)腹板上各增設(shè)了2束15Φj15.24體外預應(yīng)力鋼絞線（見圖一），然后澆筑20～22cm厚的外包混凝土，形成新的箱梁斷面（見圖二）。同時在1、10號墩頂箱梁頂板及4、5、6號支點范圍內(nèi)箱梁腹板兩側(cè)粘貼鋼板條。加固前后應(yīng)力計算結(jié)果見下表。

加固前后主梁應(yīng)力對比　　單位：MPa

　　主梁節(jié)點

　　位置

　　

圖一 鋼絞線布置形式示意

　　圖二 加固后箱梁典型斷面示意

　　2、加固順序

　?。?）原有裂縫的處理

　　1）用環(huán)氧漿液對寬度大于0.2mm的底板、腹板、翼板裂縫進行壓漿。

　　2）小于0.2毫米的裂縫進行封閉處理

　?。?）在4、5、6號支點處箱梁腹板兩側(cè)粘貼斜向鋼板

　　（3）種植鋼筋、澆筑張拉錨固齒板

　?、?根據(jù)施工圖中所提供的錨固齒板位置及尺寸在原腹板側(cè)面準確放樣。

　　② 依據(jù)施工圖布置，在做新增齒板的位置用沖擊鉆鉆深度不小于20厘米，直徑約為22毫米的盲孔，用壓縮空氣清除孔內(nèi)浮塵。注意孔內(nèi)浮塵的清理必須由孔底向孔口清理（硬質(zhì)排氣管插入孔底，再后拔1～2厘米）；

　?、?用K801膠種植門式錨筋；

　?、?骨架形成后，按照齒板的形狀立模，然后澆筑混凝土，形成齒板。應(yīng)嚴格控制混凝土配合比，加強振搗使混凝土密實，避免孔洞及蜂窩麻面的發(fā)生。

　?。?）、安裝鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向器及克服徑向力的錨卡

　　① 依據(jù)施工圖紙放樣；

　?、?在底座鋼板上鉆孔，并用環(huán)氧樹脂粘貼在箱梁腹板上；

　　③ 用Hilti特制鉆頭鉆孔；

　　④ 清孔

　?、?用安裝工具切底安裝HDA－T－M16錨栓、錨卡。

　　（5）、張拉、錨固鋼束，并逐跨澆筑混凝土

　　 ① 鑿毛腹板混凝土；

　　 ② 依施工圖種植腹板及翼板上的鋼筋，并綁扎成形；

　　 ③ 張拉中間主孔的鋼束（雙向張拉）；

　　 ④ 逐孔澆筑新增腹板；

　　 ⑤ 接長鋼束，單向張拉其余鋼束；

　　 ⑥ 逐孔澆筑腹板。

　　（6）在1、10號墩頂粘貼鋼板條。

　　（7）外表整飾，投入運營。

　　四、結(jié)語

　　　　本橋加固工程現(xiàn)已全部竣工，加固施工完成后所作的荷載試驗表明，箱梁的剛度和應(yīng)力均得到了較大的改善和提高，取得了較為理想的加固效果。成功的將體外預應(yīng)力運用于小半徑曲線梁橋上，由此可見，用體外預應(yīng)力結(jié)合灌注裂縫加固預應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁，在現(xiàn)實中是可行的和有效的。