宁波某大桥横向体外索更换及梁体裂纹修补施工方案_PDF

筑龙网宁波××大桥横向体外索更换及梁体裂纹修补施工方案二00四年九月二十二日筑龙网目录一、概述二、33号横向体外索更换1、33号索应力失效事宜主要经过2、原因分析说明3、施工方案说明4、工艺流程框图5、组织机构设置及人员组成6、主要材料及机具设备7、施工操作技术要点三、梁体裂缝修补1、裂缝状况简述2、裂缝的修补原则及工艺方法3、主要人员计划与工期安排4、主要需用材料与设备四、安全防护措施及其它五、附件附件一：横向体外预应力索总体布置示意图附件二：33号索更换施工步骤示意图附件三：《×××大桥主梁有限元计算分析报告书》（××××勘测设计有限公司）筑龙网一、概述1、49.5m跨主梁原结构设计简介××××大桥位于宁波市甬江入海口，主桥为带有协作体系的双索面预应力混凝土独塔斜拉桥，跨度布置自×××至××××为：74.5m＋258.0m＋102.0m＋83.0m＋49.5m。原结构设计24号墩～25号墩间主梁全长49.835m，支座中心间梁长48.985m。梁上有3道斜拉索，其工作点分别在24号墩中心线及向东侧3m和6m处，本跨东侧42.535m为无索区。本跨主梁为等截面箱梁，桥面宽29.5m，桥上防撞栏杆外侧间距为27.5m，主梁横截面为双箱双室截面，中间两室为矩形截面，外侧两室为带斜腹板的五边形截面。中间开口箱间距4.9m，主梁顶板厚度22cm，底板厚度18cm，斜腹板厚度18cm，中间直腹板厚度40cm。主梁在24号墩附近有3道横隔梁，间距为3m，横隔梁厚0.25m。24号和25号墩处设支座横梁，横梁厚度为2m和1.5m，主跨跨中39.335m范围无横隔梁。顶板顶层横向钢筋为Φ12和Φ14两类，其中Φ12钢筋通长布置，间距20cm，Φ14钢筋仅在实体处和中间两道直胶板顶层布置，间距20cm，顶板底层横向钢筋亦为Φ12和Φ14两类，其中Φ12钢筋通长布置，间距20cm，Φ14钢筋仅在顶板板中设置，间距20cm。顶板顶层纵向钢筋为Φ16，在24号墩、25号墩附近12m范围内间距为10cm，其它位置纵筋间距约20cm。底板顶层纵向钢筋为Φ12，间距20cm，底板底层纵向钢筋为Φ14，跨筑龙网，两端各15m范围内间距20cm。本跨主梁原设计仅在纵向设置预应力筋，横向与竖向均没有布置预应力筋。2、原结构加固情况1999年10月21日至11月15日业主组织有关人员对主梁裂缝及破损情况进行了一次全面外观检查。检查中发现24号～25号墩之间的49.5m跨主梁出现两类裂缝，裂缝特征为“上、下游边箱顶板顶面靠直腹板附近，各发现一条长30m，宽约0.2mm的沿桥纵向裂缝，上、下游边箱顶板底面靠实体肋附近发现数条几乎平行的沿桥纵向裂缝，断断续续长约20～40m，宽度在0.05～0.10mm之间”，“靠25号墩附近底板底面及斜腹板底面发现一定数量的斜向裂缝，长度在1.0～4.0m之间，宽度在0.15～0.20mm范围内”。1999年12月26～27日，业主主持召开了“招宝山大桥保留结构专家评审会”，与会专家认为：“24号墩～25号墩现浇段主梁出现的裂缝是严重的，必须采取结构性补强措施，以满足使用期结构承载力和耐久性的要求。”从改善主梁受力状态、增加主梁整体刚度、满足使用阶段结构承载能力和提高主梁耐久性的要求出发，采取了以下各项措施：①桥面板卸载、②增设2道加固纵梁并在加固纵梁内布设竖向预应力、③增设4道加固横梁并在加固横梁内布设竖向预应力、④在顶板增设钢筋、⑤对底板裂缝进行补强加固、⑥设置40束横向体外预应力，并在中间开口箱设置钢横撑措施。2.1、桥面板卸载将无索区梁段箱梁两侧多余实体块切除。切除宽80cm，切除范围从离筑龙网号墩梁端，切割总长39.835m。2.2、增设纵梁、设置加固纵梁竖向预应力在主梁边室斜腹板与底板交界点增设一道纵梁。跨中37.5m段纵梁腹板厚度25cm，两端厚度增大至40cm。纵梁下端底宽61cm，上端顶宽85cm，采用微膨胀砼浇筑。加固纵梁的竖向预应力采用冷拉Ⅳ级粗钢筋，直径Φ25，间距50cm，轧丝锚固体系锚固。加固纵梁的竖向预应力筋位置处桥面板钻Φ32mm孔，粗钢筋锚固在底板底面和顶板顶面，采用无粘结预应力。2.3、增设横梁，设置加固横梁竖向预应力在本跨主梁无横隔梁区段（长39.335m）增设4道横隔梁。横隔梁厚度为20cm。与顶板相接处设15cm×15cm梗肋。加固横梁为钢筋砼结构，采用C50微膨胀砼浇筑。采用冷拉Ⅳ级Φ25粗钢筋，轧丝锚固体系锚固。加固横梁的竖向预应力筋位置处仅在桥面板上钻Φ32mm孔，竖向预应力筋端埋在加固横梁内，另一端锚在桥面板上，露出梁体外侧的粗钢筋进行封锚处理。采用无粘结预应力。2.4、底板补强加固在24号墩附近主梁底板新浇一层底板砼，厚18cm，采用C50砼。为保证底板的传力中心线不变，在加固区域原底板底面粘贴加固锚栓钢板条。2.5、设置横向预应力及开口箱下缘钢横撑横向预应力采用有PE套的3Φj15钢绞线体外预应力40束，每束长29.5m。横向预应力束锚固在两侧的实体块上。（横向预应力布置见附件一）筑龙网的孔，待横向预应力束张拉完毕后，孔内灌注环氧砂浆封孔，实体块外侧采用水泥砂浆封锚。为了防止开口箱桥面板产生过大的局部弯矩，在开口箱下缘布置钢撑杆，钢撑杆两端与直腹板密贴，连接牢靠。49.5m跨主梁加固工作于2000年10月开始施工，于2000年11月施工完成，全桥于2001年6月18日建成通车。二、33号横向体外索更换1、33号索应力失效事宜主要经过2004年3月26日下午，浙江大学交通研究所对×××大桥进行箱梁混凝土应力检测时发现大桥24号墩～25号墩间49.5m边跨主梁横向体外预应力索有一根（33号索）出现明显下挠变形，用手摇动该索，感觉已经松驰，初步断定其应力已经失效。2004年3月31日，××××公司有关人员于现场割开箱梁下游钢箱顶板，并凿除封锚混凝土，取出锚具，发现夹片未滑脱，也未发现滑丝的痕迹，但明显看见索的钢绞线在夹片锥端断裂。2、原因分析说明该桥于2001年建成通车，历时已三年有余，因事隔久远，引发33号索断裂失效的原因当是多方面的，涉及的因素也是错综复杂的；单纯从现场取出的断索实物分析判断，我们认为：导致33号索断裂的主要原因当属以下两个方面：(1)、钢绞线在张拉锚固过程中，钢绞线被夹片咬伤，造成钢绞线应力集中引起索体断裂；(2)、索体处于高应力工作状态，在筑龙网动荷载的反复作用下，因疲劳引起索体断裂。鉴于横向预应力索主要为消除和控制该跨主梁顶板纵向裂缝，改善主梁横向受力状况而设置的，且索与索之间具有相对独立性，因此，该索的断裂不会造成连锁反应，对主梁结构以及行车安全也没有实质性的影响。3、施工方案说明鉴于该桥特有的社会敏感性和技术复杂性，各方对其处理都十分谨慎，经我集团公司有关领导和专家与有关各方慎重考虑和认真研究，拟定仅对已断裂的33号索在不中断交通的情况下立即进行更换，对其它39根索仍采用加强观测和检查，暂时维持现状的施工方案。将预应力已经失效的原33号索（从25号墩起第33根）抽出，清理孔道和锚固端面，新制一束带PE套的钢绞线束重新在原孔位穿入进行张拉锚固。该新制钢绞线束中钢绞线标准强度Ryb=1860MPa，弹性模量Ey=1.9×105MPa，张拉力为546.8KN。新制钢绞线外侧PE套外径改为φ44mm，较原来钢绞线外侧PE套外径小4mm，以便于在原孔径中穿入。待横向预应力张拉完毕后，孔内灌注环氧树脂封孔，锚具外侧用水泥砂浆封锚。具体换索施工仍由××××公司实施，时间安排初步定于10月底进行。筑龙网、工艺流程框图施工准备新钢绞线束穿挂安放千斤顶校验张拉钢绞线束孔内灌注环氧树脂封孔，锚具外侧封锚主梁外缘钢罩孔焊钢板封堵，涂油漆与原有外观颜色一致方案拟定、报批人员、机具、设备进场外缘端钢箱切割开口封端混凝土凿除孔道及锚固端面清理竣工检查将原33号索从孔道中抽出新钢绞线索定制、进场验收资料整理筑龙网、组织机构设置及人员组成为了加强33号索换索的组织和管理，确保换索施工安全顺利地进行，我集团公司责成一公司成立专门项目部，并指定专人负责，抽调得力技术人员负责换索施工，具体人员安排如下：项目负责人：×××技术负责人：××××质检（安全）人员：××××试验人员：××××装吊工：××××××××电工：××××钳工：××××电焊工：××××测量人员：1名其他作业人员：根据实际需要由现场确定6、主要材料及机具设备6.1、带PE套的钢绞线索一根，PE套外径为φ48mm；6.2、锚具：2套，另外考虑备用数量；6.3、工具锚：1套（带夹片）；6.4、限位板1块；6.5、100t穿心式千斤顶1台（含配套油泵、油表）6.6、氧气、乙炔各1瓶，割儀1把6.7、电焊机1台筑龙网、砂轮切割机1台（配砂轮片若干）6.9、1t、3t倒链各2个6.10、环氧树脂，水泥砂浆麻绳若干。7、主要施工操作技术要点7.1、对已失效的钢绞线采用砂轮锯切割后，用穿心式千斤顶横向逐步拉出孔外，应将钢绞线与外包的PE套整体拔出。新制外带PE套的钢绞线束，长度与原钢绞线束下料长度相同。7.2、穿入张拉钢绞线束的步骤如下（参见附件二）：（1）将桥下检修吊车移至待穿束位置，将待穿钢绞线位置处主梁外缘钢罩局部割孔，以便于穿钢绞线束和进行张拉作业。（2）将新制钢绞线束由桥上一侧移到检修吊车上面（钢绞线前端到达桥下中箱位置）。（3）将钢绞线前端由中箱开始向一侧穿孔，穿引出主梁边缘后继续拉出约10米。（4）将钢绞线的另一端仍在中箱向主梁另一侧孔道内穿引，直至穿出主梁外边缘。（5）两端安装锚具。一端作为锚固端，一端作为张拉端。（6）在张拉端安装穿心式千斤顶，进行张拉作业。7.3、张拉前应对千斤顶及油表进行校核，张拉作业应选在一天中温度较低的时间进行。7.4、新换钢绞线束控制张拉力为Tk=546.8KN。采用100t穿心式千斤顶单端张拉。张拉程序：0→10%Tk→Tk（持荷2min锚固）7.5、在顶夹片时应仔细，防止钢绞线在夹片处受到损伤。7.6、张拉时以张拉力控制为主，伸长量校核，实际伸长量与理论伸长量偏差控制在±6%以内。筑龙网、张拉完毕并检查无误后，在孔道内灌注环氧树脂密封，要求孔道内灌注密实。锚具前的孔道内要求采用压注水泥砂浆方法进行，特别注意压浆密实。7.8、锚具外钢绞线切割位置为锚具外5cm处。采用砂轮切割机切割，严禁氧气切割或电焊切割。切割完毕后及时用与主梁同标号水泥砂浆封锚。7.9、主梁外缘钢罩开孔处应补焊同厚度钢板，涂油漆与原有外观颜色一致。7.10、施工过程中应做好记录，施工完后将资料交有关单位统一保存。三、梁体裂缝修补1、裂缝状况简述×××大桥通车近三年以后，应业主的要求，×××集团公司于2004年4月、5月先后两次派出专门人员，对该桥裂纹分布和发展情况进行检查。从整个观测情况看，裂纹的类型基本与原来一样.在裂纹观测过程中主要是对主桥保留结构0#~4#(4#’)块、A现浇段、C现浇段、21#墩悬臂现浇段和合拢段箱内进行裂纹观测，此部分结构上裂纹相对较多，而重建结构上裂纹相对较少。在观测范围内主桥共发现331条裂纹，24#墩~25#墩共发现254条裂纹，21#墩~20#墩之间也发现有少量裂纹。原因分析：根据裂纹的观测资料可知，裂纹所在部位主要分布在箱梁内横隔墙、截面变化处及桥跨支点附近（24#、25#墩），且大多裂纹宽度在0.15mm以下的特征，再综合考虑桥梁运营近三年等因素，我们认为原保留结构板厚太薄，构造细节不合理，虽经局部加固处理，但多次结构性筑龙网