再談T梁體外預(yù)應(yīng)力加固辦法初探應(yīng)用

◎ 大同御通勘測設(shè)計咨詢有限公司總經(jīng)理、工程師 黎蜀雁

一、項目依據(jù)及舊橋技術(shù)現(xiàn)狀

1、設(shè)計目的及舊橋的病害成因

項目的依據(jù)交通部第二公路勘測設(shè)計研究院于1999年對該橋進(jìn)行實際觀察、檢測和通行載重進(jìn)行制定設(shè)計規(guī)范確定指標(biāo)。以一列運煤車輛的主車+掛車總重量92噸做為設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行測算、設(shè)計、施工。

2、南洋河大橋T梁裂縫產(chǎn)生原因

近年來，山西省交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，目前，國道、省道公路網(wǎng)已基本形成，交通運輸業(yè)日益繁榮。據(jù)公路管理部門大量調(diào)查結(jié)果分析，現(xiàn)有公路橋梁存在兩大方面的問題。一方面，相當(dāng)一部分橋梁服務(wù)期限已有10年～20年，梁體已出現(xiàn)混凝土破損、剝落、鋼筋銹蝕、產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，橋梁承載能力受到影響。另一方面，由于現(xiàn)在交通量增多，車輛載重增大，部分橋梁承載力明顯不足，急需采用加固措施提高其承載力以適應(yīng)交通需要。還有一方面在橋梁建造和使用過程中，因重型交通和偶然荷載使使用中的橋梁出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致橋梁垮塌的報道屢見不鮮?；炷灵_裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。其實，如果采取一定的設(shè)計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對混凝土T梁裂縫的認(rèn)識，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫。加固舊橋?qū)⑹菢蛄汗こ探缫粋€非常迫切的任務(wù)。

二、T梁體外預(yù)應(yīng)力加固的技術(shù)分析施工工藝

山西省目前采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固的施工工藝，加固主要集中在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固的施工工藝加固混凝土結(jié)構(gòu)主要有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎加固、抗剪加固。本項目基于目前公路橋梁多采用混凝土以及T橋梁本身的受力特征，僅以T橋梁梁式橋的抗彎與抗剪加固作為研究主要內(nèi)容。

采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固的施工工藝加固鋼筋混凝土T梁橋的抗彎加固，主要是利用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋良好的抗拉性能。在設(shè)計基本原理上與采用貼鋼法類似，但由于預(yù)應(yīng)力粗鋼筋特性又不同于貼鋼法。由于公路T梁橋是一種以受彎為主的結(jié)構(gòu)，存在結(jié)構(gòu)受拉的一側(cè)，具備利用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固的施工工藝?yán)妙A(yù)應(yīng)力粗鋼筋良好的抗拉性能。所以本項目僅以梁式橋梁作為主要研究對象。采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固利用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋良好的抗拉性能。對鋼筋混凝土公路T梁橋進(jìn)行抗剪加固，同樣是利用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固的施工工藝增加良好的抗拉性能。T梁體外預(yù)應(yīng)力加固的施工工藝在T梁抗剪加固中受力特征與普通鋼筋混凝土T梁剪跨區(qū)箍筋的受力特征大體相同。以大張線省道天鎮(zhèn)境內(nèi)南洋河大橋加固為實體進(jìn)行做項目研究進(jìn)行技術(shù)對比分析。

1、主要加固方案比選：

方案一：采用梁體T梁體外預(yù)應(yīng)力加固增強(qiáng)抗彎能力。

方案二：采用增大梁體橫截面增強(qiáng)抗彎能力。

方案一施工工期短，施工工作面小，所需原材料少。且對橋梁下部結(jié)構(gòu)的影響小，對橋梁原有結(jié)構(gòu)變化小。但造價較方案二低。

方案二施工工期長，施工工作面大，所需原材料繁多。且由于梁體構(gòu)件的增大加大了橋梁下部結(jié)構(gòu)的荷載。減小了橋下凈空。但造價較方案高。

根據(jù)綜合考慮由于南洋河大橋位于天鎮(zhèn)大張線的交通咽喉，年平均交通量達(dá)6000次/晝夜，而且重型車量多，交通任務(wù)十分繁重若采用“方案二”用增大截面來提高工字量的承載力和梁的抗彎拉能力，不僅需要長時間阻斷交通，且造價十分昂貴，增加橋梁本身的自重，對原來的梁體破壞較重。認(rèn)為加固后的通行持續(xù)年限時間有較大影響。

“方案一”施工也是本文的重點研究的內(nèi)容。公路橋梁在采取T梁體外預(yù)應(yīng)力加固修復(fù)補強(qiáng)技術(shù)措施后，在確保了橋梁的安全、完整、耐久、適用的同時沒有改變橋梁橫截面尺寸及其重量。經(jīng)過采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固修復(fù)補強(qiáng)技術(shù)措施加固后。加固后的T梁的整體承載能力，經(jīng)過觀察已經(jīng)超過汽車--20、掛車--100的荷載標(biāo)準(zhǔn)。滿足了公路交通營運要求。

2、主要的施工工藝的對比：

I、T梁體外預(yù)應(yīng)力加固主要施工工藝有：橋面鋪裝鑿除改換C40鋼筋混凝土、重新焊接橫隔板、在原有T梁上懸掛預(yù)應(yīng)力鋼筋施加應(yīng)力、用環(huán)氧混凝土進(jìn)行鉚固、焊接、涂刷優(yōu)質(zhì)防銹漆、養(yǎng)護(hù)。與傳統(tǒng)加固方法相比，采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固補強(qiáng)公路橋梁所需施工工作面小，材料種類少，不需要大型施工機(jī)具而且需要的施工人員也較傳統(tǒng)加固方法少?，F(xiàn)有的采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固補強(qiáng)公路橋梁施工工藝的對比和進(jìn)行大量的試驗，本項目對現(xiàn)有的施工工藝進(jìn)行了如下完善：①橋面鋼筋網(wǎng)的布置和普通網(wǎng)有非常嚴(yán)格的界限，布置時應(yīng)考慮受T梁施加預(yù)應(yīng)力的影響決定具體位置；②橫隔板的焊接鋼板的搭接長度必須滿足設(shè)計要求。而且要求是電焊，不能有焊傷；③預(yù)應(yīng)力鋼筋的下料長度須有很高的精度（因為受張拉應(yīng)力控制和預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長量的控制）；④張拉架的制作必須滿足預(yù)應(yīng)力施加時的剛度要求；⑤手持應(yīng)力應(yīng)變儀必須按規(guī)定進(jìn)行標(biāo)定；⑥根據(jù)縱向張拉力129KN、橫向張拉力50KN控制應(yīng)力拌手的扭矩和伸長量；⑦預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的焊接和鉚固可采用電弧弧焊。

a、水平筋與斜筋：由高強(qiáng)螺紋粗鋼筋組成，其作用是施加預(yù)應(yīng)力提高梁的承載能力。

b、梁端錨固：先將梁端部分混凝土橋面板鑿掉，將梁端頂面上角鑿成與斜筋傾斜方向相垂直的斜面（避開局部架立鋼筋和箍筋），在T梁梁勒上開鑿與斜筋方向相同的穿孔，然后，將用鋼板制作的支承墊座用環(huán)氧砂漿固定在已鑿好的梁端斜面上。斜筋下穿過橫隔梁，再用張拉架進(jìn)行張拉并用螺母錨固在支承墊座上，最后用電焊將錨頭封閉。

c、水平滑塊（鋼契）：由聯(lián)接斜筋和水平筋的活動滑塊支承座和固定在梁底的支承鋼墊組成，其主要功能是通過滑塊的水平滑動，以調(diào)整斜筋與水平筋之間的內(nèi)力分配比例，并使表面受力趨于均勻。

II、體外預(yù)應(yīng)力筋梁在外荷載作用下，表現(xiàn)出良好的非線性特性，在一般情況下，不必考慮預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量，同時，體外預(yù)應(yīng)力筋梁具有良好的位移延性，且具有優(yōu)良的恢復(fù)力特性。

III、由于南洋河大橋位于天鎮(zhèn)大張線的交通咽喉，交通任務(wù)繁重，如果用傳統(tǒng)加固方法施工工期過長將對交通帶來諸多麻煩，且橋墩基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋下有流水，增大橋墩的承重尚許考慮地基承載力的要求，整體加固造價提高，且會進(jìn)一步延長工期。增加施工成本。

3、得出相關(guān)結(jié)論

①采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土T梁進(jìn)行抗彎加固能夠有效提高公路橋梁的抗彎性能，增大公路橋梁的承載能力。

②采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土T梁在變形控制方面，能抑制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展和撓度的進(jìn)一步擴(kuò)大的結(jié)論

③采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土T梁的抗剪加固能有效提高梁體的抗剪性能，提高梁體承載能力。加固后的T梁的整體承載能力，經(jīng)過數(shù)年觀察已經(jīng)超過汽車--20、掛車--100的荷載標(biāo)準(zhǔn)。目前運行良好。

三、經(jīng)濟(jì)、社會效益分析

1、經(jīng)濟(jì)效益

預(yù)應(yīng)力粗鋼筋、鋼板、墊圈、環(huán)氧樹脂、乙二胺、二酊脂、電焊條、加工車床、空壓機(jī)、張拉架、紐力拌手、手持應(yīng)力應(yīng)變儀、鋼筋探測器等一些常用的施工機(jī)械進(jìn)口的、國產(chǎn)化的都比較多容易購買，因此整個工程造價非常廉價，就可以滿足現(xiàn)在的交通通行能力，按照2000年加固決算來看，全橋的加固費用在130萬元以內(nèi)。比用“方案二”加固節(jié)約資金在70%以上。而且工期短、有利于環(huán)保，具有非常廣闊的應(yīng)用和推廣前景。

2、社會效益

采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固修復(fù)補強(qiáng)公路橋梁由于其施工簡便、加固截面變化小、耐腐蝕等優(yōu)越特點，有效提高既有橋梁使用壽命，使修復(fù)補強(qiáng)工程工期短，縮短了由于橋梁的修復(fù)補強(qiáng)工程施工而需的交通封鎖的時間，并且最大限度地降低了修復(fù)補強(qiáng)對橋下凈空的影響。同時，本項目為采用T梁體外預(yù)應(yīng)力加固補強(qiáng)高強(qiáng)度混凝土T梁、工字梁提供了參考。可有效減少補強(qiáng)材料的浪費。積極響應(yīng)了國家“建設(shè)節(jié)約型社會”的號召。