淺析公路橋梁預(yù)應(yīng)力加固及真空壓漿技術(shù)

黃運(yùn)才

（廣東 河源 517000）

1 前言

隨著我國預(yù)應(yīng)力橋梁的大量使用，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)和后張預(yù)應(yīng)力孔道灌漿中采用真空輔助灌漿法施工的工藝也越來越重要，這就要求我們更加重視這項(xiàng)技術(shù)。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用，具有更為特殊的意義。通過對大量具有20 a以上橋齡的混凝土橋梁的養(yǎng)護(hù)管理實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)橋梁的混凝土開裂、剝落、衰變及鋼筋的銹蝕（管道灌漿不飽滿普遍存在）對橋梁的損害問題非常嚴(yán)重，需要大量的資金來維護(hù)或改建，現(xiàn)實(shí)使人們開始重視混凝土橋梁的耐久性。提高混凝土橋梁耐久性的技術(shù)途徑有：①采用高性能混凝土，以提高混凝土的抗?jié)B性、勻質(zhì)性、抗凍性，從而提高混凝土抵抗碳化和冷凍侵襲的能力；②提高既有橋梁耐久性的有效途徑，即對缺陷橋梁進(jìn)行加固改造，延長其使用壽命。

2 路橋梁預(yù)應(yīng)力加固及真空壓漿技術(shù)

2.1 高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固體系

目前，工程上應(yīng)用的高強(qiáng)復(fù)合纖維主要有芳綸纖維及碳纖維（FRP），由于碳纖維材料在橋梁加固中的應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，故本文主要介紹碳纖維預(yù)應(yīng)力加固。

2.1.1 問題提出

工程上采用較多的是在結(jié)構(gòu)受拉區(qū)或抗剪薄弱區(qū)域，直接粘貼纖維的加固方法。就實(shí)際工程中大量遇到的承載力加固而言，采用在受拉區(qū)直接粘貼碳纖維布的被動加固方法，后加補(bǔ)強(qiáng)材料是不能充分發(fā)揮作用的。按照分階段受力特點(diǎn)，直接粘貼的后加補(bǔ)強(qiáng)材料只承擔(dān)活載內(nèi)力；與原梁鋼筋相比，其應(yīng)變嚴(yán)重“滯后”。極限狀態(tài)下，其強(qiáng)度的發(fā)揮程度受原梁變形的限制，一般情況下達(dá)不到其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

計(jì)算表明，對原梁高度較小、配筋率較大的情況，加固設(shè)計(jì)以混凝土壓應(yīng)變達(dá)到極限值控制設(shè)計(jì)，在極限狀態(tài)下，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力僅為700 MPa～800 MPa，此值只相當(dāng)碳纖維抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的21.2 %～24.2 %，對原梁高度較大、配筋率較小的情況，加固設(shè)計(jì)以原梁鋼筋應(yīng)變達(dá)到極限值0.01控制設(shè)計(jì)，在極限狀態(tài)下，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力也只有2 000 MPa左右，此值相當(dāng)碳纖維抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的 60 %。由于受原梁變形限制，在極限狀態(tài)下高強(qiáng)復(fù)合纖維的高抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用，造成一種極大的浪費(fèi)。而且，不加分析的盲目增加后補(bǔ)強(qiáng)材料的用量，加固后構(gòu)件可能發(fā)生超筋脆性破壞，設(shè)計(jì)是不安全的。

2.1.2 作用原理

為了提高碳纖維材料的利用效率及增強(qiáng)舊橋加固效果，對碳纖維材料施加預(yù)應(yīng)力是一種有效的辦法。碳纖維預(yù)應(yīng)力加固的作用原理為，利用錨固粘貼于被加固梁體上的碳纖維布條（或板條）對梁體施加預(yù)應(yīng)力，改善加固梁的受力狀態(tài)，其關(guān)鍵技術(shù)是解決適應(yīng)于橋梁現(xiàn)場施工的預(yù)應(yīng)力纖維布（或板）的張拉、錨固問題。目前，這種加固體系尚處于試驗(yàn)研究階段。

2.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強(qiáng)度、高彈性模量的特點(diǎn)來提高混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到高效加固修補(bǔ)的目的。

（2）線膨脹系數(shù)與混凝土接近，保證了溫度變化時(shí)，F(xiàn)RP與混凝土可以協(xié)同工作。

（3）施工便捷、工效高、沒有濕作業(yè)，不需大型施工機(jī)具，施工占地少，施工效率高。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，粘貼FRP是粘貼鋼板施工工效的4倍～8倍。FRP輕質(zhì)柔軟，易貼附，與粘貼鋼板相比其施工質(zhì)量更易保證。

（4）不增加構(gòu)件的自重和體積。FRP質(zhì)量輕且厚度很薄，經(jīng)加固修補(bǔ)后的構(gòu)件，基本上不增加原結(jié)構(gòu)的自重和尺寸，也就不會減少建筑物的使用空間。

（5）具有很好的耐腐蝕性和耐久性能。試驗(yàn)表明：碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維具有良好的耐腐蝕性和耐久性，可以抵抗建筑物中經(jīng)常遇到的酸、堿、鹽等對結(jié)構(gòu)的腐蝕。使用此材料加固后，不僅不需要對其進(jìn)行定期維護(hù)，而且其本身更可以對內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。

（6）適用面廣?？蓮V泛用于各種結(jié)構(gòu)類型（如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁隧道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)形狀（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等）、各種結(jié)構(gòu)部位（如梁、板、節(jié)點(diǎn)、拱、殼、墩等）的加固修補(bǔ)，且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀。

3 橋梁預(yù)應(yīng)力真空壓漿施工技術(shù)

3.1 漿體的配合比設(shè)計(jì)

漿體配合比確定漿體設(shè)計(jì)是壓漿工藝的關(guān)鍵之處， 合適的水泥漿應(yīng)是：①和易性好（泌水性小、流動性好）；②硬化后孔隙率低，滲透性??；③具有一定的膨脹性，確保孔道填充密實(shí)；④較高的抗壓強(qiáng)度；⑤有效的黏結(jié)強(qiáng)度；⑥耐久性。為了防止水泥漿在灌注過程中產(chǎn)生析水以及硬化后開裂，并保證水泥漿在管道中的流動性，摻加少量的減水劑。為使水泥漿在凝固后密實(shí)，則摻入適量膨脹劑。

3.2 橋梁預(yù)應(yīng)力真空壓漿施工工藝

為確保壓漿的安全及質(zhì)量，采取以下措施：

（1）真空泵端設(shè)在高端，壓漿端設(shè)在底端，有利于壓漿質(zhì)量的保證。

（2）管道密封及封錨。封錨做法：張拉完畢，將多余鋼絞線切割，錨具端部留有3 cm左右長度，用濕潤水泥團(tuán)封堵，為確保水泥團(tuán)不掉落及養(yǎng)護(hù)期間不開裂，在水泥封錨后，再用雙層塑料薄膜密封并綁扎固定在錨具上。對于其他可能漏氣的連接點(diǎn)，采用玻璃膠及密封生膠帶進(jìn)行密封，從而保證了管道的密封。封錨提前兩天進(jìn)行，在壓漿之前進(jìn)行檢查，對有漏氣的情況，再用玻璃膠處理，以確?？椎烂芊?。為進(jìn)一步驗(yàn)證孔道的密封和通暢情況，在抽取真空達(dá)到要求后，將進(jìn)漿端球閥少許開啟，則可聽到氣流的尖銳嘯聲，同時(shí)真空表讀數(shù)下降。

（3）工作水的循環(huán)。因真空泵工作用水不方便，應(yīng)準(zhǔn)備一個(gè)2 m3的水箱，與真空泵形成循環(huán)，從而節(jié)約了用水。

（4）施工時(shí)間?？紤]漿體的穩(wěn)定及對壓漿的影響，應(yīng)將壓漿時(shí)間安排在夜間進(jìn)行。

（5）保證壓漿工作的連續(xù)性。

（6）工藝：①檢查設(shè)備連接及電源、水管路、材料準(zhǔn)備到位情況，施工平臺等措施，檢查封錨及孔道密封工作，高壓水洗孔并用高壓風(fēng)將孔內(nèi)積水吹干；②每壓漿二至三孔作為一組，每一組在灌漿之前先用水灰比0.45的稀漿壓入孔道少許潤滑孔道，以減小孔道對漿液的阻力；③兩端抽真空管及灌漿管安裝完畢后，關(guān)閉進(jìn)漿管球閥，開啟真空泵。真空泵工作1 min后壓力穩(wěn)定在－0.075 MPa～0.08 MPa，繼續(xù)穩(wěn)壓1 min后，開啟進(jìn)漿管球閥進(jìn)行壓漿；④補(bǔ)壓及穩(wěn)壓：真空泵、灌漿機(jī)停機(jī)，將抽真空連接管卸下，將出漿端球閥關(guān)閉，用鐵錘將出漿口端封錨水泥敲散，露出鋼絞線間隙。再用灌漿機(jī)正常補(bǔ)壓穩(wěn)壓。此時(shí)，從鋼絞線縫隙中會被逼出水泥漿，再持續(xù)補(bǔ)壓穩(wěn)壓過程中，水泥漿由濃變稀，由稀變清，由流量大至滴出清水，此時(shí)灌漿及壓力表穩(wěn)定在0.8 MPa～1.0 MPa。補(bǔ)壓穩(wěn)壓結(jié)束，關(guān)閉球閥；⑤轉(zhuǎn)入下一孔道壓漿。

4 結(jié)束語

總之，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是21世紀(jì)公路橋梁施工領(lǐng)域發(fā)展速度最快、用途最廣的一門科學(xué)技術(shù)。然而，預(yù)應(yīng)力加固施工工藝相對較復(fù)雜，要求預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工的專業(yè)性強(qiáng)，在實(shí)際施工中存在諸多質(zhì)量問題。所以要切實(shí)抓好每道工序、每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保公路橋梁板的質(zhì)量。

1 張建仁、王 磊.既有鋼筋混凝土橋梁構(gòu)件承載力估算方法［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2006（2）

2 王銀橋、陳亨錦.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁加固設(shè)計(jì)［J］.橋梁建設(shè)，2007（3）

3 邱式中.橋梁施工控制技術(shù)［J］.預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2008（6）