深圳机荷高速公路黄鹤立交CD2号匝道桥加固设计总结

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简介： 深圳市机荷高速公路黄鹤立交CD2号匝道桥桥型为4×28＋2×40.5＋5×28米预应力混凝土连续曲线箱梁，其中第三～十一跨位于直径125米及800米的同向曲线上，桥梁全长333米。该桥在0号、11号桥台处各设一道BEJ－150伸缩缝。
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一、工程概况

　　深圳市机荷高速公路黄鹤立交CD2号匝道桥桥型为4×28＋2×40.5＋5×28米预应力混凝土连续曲线箱梁，其中第三～十一跨位于直径125米及800米的同向曲线上，桥梁全长333米。该桥在0号、11号桥台处各设一道BEJ－150伸缩缝。桥墩采用桩柱式结构，第3、7号墩采用双柱式基础，其余为独柱基础。主梁采用单箱单室断面，顶宽12米，底宽6米。中间两孔40.5米跨为变高度截面，箱梁根部高2米，跨中梁高1.5米，按二次抛物线变化。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，各墩墩顶均设1.5米厚横隔板，并设预应力。支座为GPZ盆式橡胶支座。纵横向预应力采用ASTM A416－92标准生产的低松弛270级钢绞线，公称直径Φj15.24毫米，抗拉破断力为1860MPa，弹性模量1.95×105MPa，锚具采用钢绞线群锚和扁锚，型号分别为YM15－9，BM15－3型。

　　1999年12月3日该桥试通车，1999年12月桥检中发现了裂缝。经详细检查，共337条，其中第一跨有裂缝10条，第二跨有裂缝18条，第3跨有裂缝18条，第四跨有裂缝40条，第五跨有裂缝79条，第六跨有裂缝68条，第七跨有裂缝38条，第八跨有裂缝25条，第九跨有裂缝26条，第十跨有裂缝11条，第十一跨有裂缝4条。第4～7跨分布较多，共有225条，占全桥总数的66.8％，仅第5跨就占23.4％。

　　裂缝宽度以微细裂缝为主，宽度在0.10mm以下裂缝共238条，占全桥总数的70.6％，宽度0.15mm～0.2mm的裂缝有57条，占全桥总数的16.9％，0.25mm以上的裂缝有42条，占总数的12.5％，且全部分布在第4～7跨，裂缝最大宽度达1.50mm。

　　裂缝主要类型有：支点附近处腹板的斜向裂缝、跨中附近处的横向裂缝、翼板的横向裂缝、底板的纵向裂缝、横向施工缝及不规则收缩裂缝。

　　二、结构验算情况

　　1、主要计算方法

　　结构计算采用曲线梁分析综合程序进行。按实际施工顺序，划分为12个计算阶段。同时运用‘SAP’程序，对于箱梁的局部结构进行了空间分析。

　　2、主要材料特性

　　主梁采用40号混凝土，混凝土比重取2.6吨/立方米，弹性模量3.3×104MPa，混凝土材料的收缩徐变特性全部按照规范取值。

　　预应力采用钢绞线施加，钢绞线弹性模量取1.95×105MPa，钢绞线采用ASTM标准，张拉应力控制值取1395MPa。

　　3、结构体系

　　本桥采用落地支架分五个区段施工，计算按实际的施工顺序进行，每个区段设置一个临时水平支撑，待全桥贯通后，永久水平支撑设置在5号墩上，其余水平支撑全部拆除。计算中温度模式取值为：温差按10℃考虑，均匀升、降温按20℃考虑。支座不均匀沉陷按5毫米取值。

　　4、初步结论

　　通过分析计算，原设计中多个截面在不利组合下均出现较大拉应力，最大值达3.45 MPa。从计算结果看，设计中预应力明显不足，普通钢筋配置数量和直径均偏小，再加上施工时张拉顺序、张拉误差等原因，致使裂缝较早出现。

　　5、荷载试验和设计复核情况

　　该桥经采用曲梁程序分析、空间结构分析及荷载试验得出如下结论：①该桥设计中所提供的安全储备偏小。28米跨支点截面的抗弯极限承载能力明显不足，部分截面出现拉应力超出部分预应力A类构件的要求；②对本桥的剪力滞效应、约束扭转应力等复杂因素估计不足，以及没有充分计及温度力，也导致某些截面应力过大而出现裂缝；③本桥弯桥的受力特点十分明显，设计中对弯桥的受力性状（如较大的扭转作用等）估计不足。

　　三、加固方案

　　1、加固方法

　　针对本桥的设计、施工及开裂现状，结合结构检算和荷载试验结果，采用增加预应力进行加固为较佳方案，即在箱梁两侧腹板上各增设了2束15Φj15.24体外预应力钢绞线（见图一），然后浇筑20～22cm厚的外包混凝土，形成新的箱梁断面（见图二）。同时在1、10号墩顶箱梁顶板及4、5、6号支点范围内箱梁腹板两侧粘贴钢板条。加固前后应力计算结果见下表。

加固前后主梁应力对比　　单位：MPa

　　主梁节点

　　位置

　　

图一 钢绞线布置形式示意

　　图二 加固后箱梁典型断面示意

　　2、加固顺序

　　（1）原有裂缝的处理

　　1）用环氧浆液对宽度大于0.2mm的底板、腹板、翼板裂缝进行压浆。

　　2）小于0.2毫米的裂缝进行封闭处理

　　（2）在4、5、6号支点处箱梁腹板两侧粘贴斜向钢板

　　（3）种植钢筋、浇筑张拉锚固齿板

　　① 根据施工图中所提供的锚固齿板位置及尺寸在原腹板侧面准确放样。

　　② 依据施工图布置，在做新增齿板的位置用冲击钻钻深度不小于20厘米，直径约为22毫米的盲孔，用压缩空气清除孔内浮尘。注意孔内浮尘的清理必须由孔底向孔口清理（硬质排气管插入孔底，再后拔1～2厘米）；

　　③ 用K801胶种植门式锚筋；

　　④ 骨架形成后，按照齿板的形状立模，然后浇筑混凝土，形成齿板。应严格控制混凝土配合比，加强振捣使混凝土密实，避免孔洞及蜂窝麻面的发生。

　　（4）、安装钢结构转向器及克服径向力的锚卡

　　① 依据施工图纸放样；

　　② 在底座钢板上钻孔，并用环氧树脂粘贴在箱梁腹板上；

　　③ 用Hilti特制钻头钻孔；

　　④ 清孔

　　⑤ 用安装工具切底安装HDA－T－M16锚栓、锚卡。

　　（5）、张拉、锚固钢束，并逐跨浇筑混凝土

　　 ① 凿毛腹板混凝土；

　　 ② 依施工图种植腹板及翼板上的钢筋，并绑扎成形；

　　 ③ 张拉中间主孔的钢束（双向张拉）；

　　 ④ 逐孔浇筑新增腹板；

　　 ⑤ 接长钢束，单向张拉其余钢束；

　　 ⑥ 逐孔浇筑腹板。

　　（6）在1、10号墩顶粘贴钢板条。

　　（7）外表整饰，投入运营。

　　四、结语

　　　　本桥加固工程现已全部竣工，加固施工完成后所作的荷载试验表明，箱梁的刚度和应力均得到了较大的改善和提高，取得了较为理想的加固效果。成功的将体外预应力运用于小半径曲线梁桥上，由此可见，用体外预应力结合灌注裂缝加固预应力混凝土连续弯箱梁，在现实中是可行的和有效的。