體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固中應(yīng)用的思考

常世洲

(中交國(guó)通公路工程技術(shù)有限公司成都分公司， 610000 )

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固中應(yīng)用的思考

常世洲

(中交國(guó)通公路工程技術(shù)有限公司成都分公司， 610000 )

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，橋梁的應(yīng)用逐漸增加，為提高橋梁的耐久性以及加固受損橋梁，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)采用后張法在構(gòu)件縱向上施加預(yù)應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，應(yīng)用該方法加固的橋梁在施工過(guò)程中仍可正常通車(chē)，同時(shí)混凝土各構(gòu)件應(yīng)力變化可以控制在一定范圍內(nèi)，保證了橋梁新老部分工作的協(xié)調(diào)性，減小橋梁形變，提高了橋梁的承載能力。

體外預(yù)應(yīng)力；橋梁加固；應(yīng)用

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是提高混凝土構(gòu)件強(qiáng)度最常用的方法之一，能夠有效提高建筑物的穩(wěn)定性。近十幾年以來(lái)，我國(guó)越來(lái)越多的建筑物特別是公用建筑物受損嚴(yán)重，亟需處理，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)因?yàn)槟軌蛟诒ＷC建筑物正常使用的情況下對(duì)建筑物進(jìn)行有效加固，故得到越來(lái)越多的使用。橋梁作為一種大體積混凝土建筑，具有跨度大，修建條件差等特點(diǎn)，因此對(duì)加固條件的要求也比較高，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)恰恰可以有效解決這些問(wèn)題，使橋梁加固變得更加簡(jiǎn)單可靠。

1.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的目的及意義

橋梁是幫助公路橫跨河流谷地的一種重要的交叉建筑物，橋梁的質(zhì)量直接影響著公路的通暢程度。隨著現(xiàn)代公路的修建逐漸深入地形復(fù)雜的地區(qū)，橋梁的數(shù)量越來(lái)越多，同時(shí)城市為解決交通擁堵問(wèn)題也開(kāi)始大量使用立交橋，這種復(fù)雜的陸地橋也是橋梁的一種。通過(guò)工程師的不斷努力，橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，橋梁的跨度也在不斷刷新紀(jì)錄，橋梁建設(shè)過(guò)程中對(duì)減小自重，提高結(jié)構(gòu)承載力的要求越來(lái)越高。為此，預(yù)應(yīng)力混凝土開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于新建橋梁，它能夠提高其承載能力，對(duì)于使用一段時(shí)間的橋梁，又能夠做到有效加固，延長(zhǎng)其使用壽命。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，使它成為橋梁加固工程中最常見(jiàn)的技術(shù)手段，研究該技術(shù)的使用對(duì)提高橋梁承載力意義重大。

2.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展歷史

對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力的方法有兩種，分別是先張法和后張法，其中應(yīng)用于橋梁加固的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)屬于后張法。20世紀(jì)初，該技術(shù)由德國(guó)科學(xué)家提出并應(yīng)用，這是第一次應(yīng)用也是一次成功的應(yīng)用。但是，由于條件有限，技術(shù)本身存在一些問(wèn)題以及當(dāng)時(shí)的橋梁對(duì)提高承載力的要求并不大等原因，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，這種情況一致持續(xù)到上世紀(jì)60年代。直到七八十年代，隨著鋼筋耐久、錨固以及腐蝕問(wèn)題的解決，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)開(kāi)始大量應(yīng)用于美國(guó)、法國(guó)等國(guó)橋梁加固工程中，并在此過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為未來(lái)發(fā)展提供了可能。盡管體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展至今依然存在不少問(wèn)題，但是由于其施工過(guò)程中不影響橋梁正常使用，施工過(guò)程簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多的關(guān)注和使用。

3.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用

3.1 體外預(yù)應(yīng)力混凝土的組成

應(yīng)用于橋梁加固的體外預(yù)應(yīng)力混凝土由三部分組成：索及其錨固工具、轉(zhuǎn)向工具、防腐措施；放置鋼絞線的管道；灌漿材料。

3.1.1 體外預(yù)應(yīng)力索

預(yù)應(yīng)力索是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的關(guān)鍵所在，為保證索的強(qiáng)度，工程上一般使用多股鋼絲絞成的的鋼絞線作為拉伸的預(yù)應(yīng)力索，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)添加高分子材料形成其他性能更好的鋼絞線品種，用來(lái)滿(mǎn)足不同的施工要求。錨固工具的作用是使鋼絞線在拉伸過(guò)程中不發(fā)生位置偏移，它是鋼絞線與混凝土兩處接觸位置中的一種一處，另一處為設(shè)置轉(zhuǎn)向設(shè)施的部位。

3.1.2 管道

在鋼絞線的外部通常包裹有一層管道，用以防止外界環(huán)境侵蝕，提高預(yù)應(yīng)力索的強(qiáng)度，管道的材料可以是全鋼材也可以選擇鋼材與高密度聚乙烯材料相結(jié)合的材料。在包裹管道之前，鋼絞線表面往往還會(huì)涂抹防腐的有機(jī)材料。在具體施工過(guò)程中，要先在混凝土梁內(nèi)部加設(shè)管道，之后將鋼絞線通過(guò)管道進(jìn)行錨固。

3.1.3 灌漿

根據(jù)所要加固橋梁材料的特點(diǎn)，要選擇合適的灌漿材料：一般來(lái)說(shuō)，水泥灌漿使用范圍最廣，結(jié)構(gòu)稍有離散或完全無(wú)粘結(jié)的都可以使用；油脂等非剛性材料則應(yīng)用在以實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力索與結(jié)構(gòu)毫無(wú)粘結(jié)的系統(tǒng)中，若橋梁加固有多次張拉的要求，往往會(huì)選擇油脂灌漿以減少摩擦，方便更換拉伸材料。

3.1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土組成部分類(lèi)別選擇的影響因素

根據(jù)建筑物的防腐級(jí)別，建筑物加固長(zhǎng)度，鋼索調(diào)整等要求的不同，索的組成，灌漿材料，管道材料的選擇也有相應(yīng)的變化。對(duì)于在陰暗潮濕，酸堿度高的環(huán)境中修建的橋梁，例如跨海大橋，加固使用的鋼索要有良好的防腐措施，避免使用普通鋼絞線。有些橋梁在加固時(shí)為盡量提高強(qiáng)度需要進(jìn)行多次張拉，對(duì)于有多次張拉要求的預(yù)應(yīng)力技術(shù)，為保證鋼索更換的簡(jiǎn)易性，通常使用油脂等非剛性材料進(jìn)行灌漿，以減小摩擦力。

3.2 體外預(yù)應(yīng)力在加固橋梁中的具體工藝

受體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工條件的限制，該技術(shù)主要應(yīng)用于梁式橋梁的加固。加固的主要原理是通過(guò)在梁下部施加預(yù)應(yīng)力，使梁上拱，平衡上部壓力，減小撓度，以達(dá)到提高承載力的目的。根據(jù)細(xì)節(jié)的不同，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)又可以分為下?lián)问交蜾摻z束加固法。

3.2.1 下?lián)问襟w外預(yù)應(yīng)力加固法

下?lián)问筋櫭剂x就是在橋梁下部使用拉桿對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力，這種做法要求橋梁下方有較大的空間用來(lái)安裝拉桿。具體施工時(shí)，可以根據(jù)需要選擇橫向張拉或縱向張拉，兩者的區(qū)別在于改變拉桿位置及收縮方向。在此基礎(chǔ)上還有組合式以及豎向頂撐式的張拉方法。

3.2.2 鋼絲束加固法

該方法不同于下?lián)问郊庸谭?，其預(yù)應(yīng)力的作用位置為梁體上部。具體加固工藝中需要使用箍圈、鋼絲索、錨墊板。箍圈的作用是固定鋼束，此時(shí)的鋼束形狀為連接梁體兩端的拋物線。具體錨固方法為，預(yù)應(yīng)力索的兩端穿過(guò)T型梁翼緣板延伸至梁頂錨固。

任何一種加固方法在完成張拉之后都需要采取必要的防腐措施，通常的做法為在預(yù)應(yīng)力索的表面均勻涂抹防腐材料后覆蓋一層混凝土。

4.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固效果

通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，橋梁的性能得到最大限度的提高，具體效果如下：

1）提高了橋梁主梁的承載力，改善了力的分布狀態(tài)。通過(guò)在梁的下部施加預(yù)應(yīng)力，平衡了橋梁上部荷載對(duì)橋梁截面下部的影響，使應(yīng)力大幅降低。

2）減小了橋梁形變，增加了剛度，縮小了撓度。在梁體下部施加預(yù)應(yīng)力，橋梁的變形明顯減小，有效保證了上部車(chē)輛的行車(chē)安全。同時(shí)還能改善橋面的裂縫狀況，加強(qiáng)了橋梁結(jié)構(gòu)的整體性。

3）可調(diào)換鋼絞線的使用，方便今后加固施工?，F(xiàn)在橋梁加固工程中，通過(guò)選擇合適的錨固系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能夠做到多次張拉，并能夠方便更換損壞的鋼絞線，大大節(jié)約了橋梁的維護(hù)成本，提高了施工效率。

例如在松花江松原段內(nèi)的大橋，在加固之前，主梁裂縫大量發(fā)育，橋面呈波浪狀，嚴(yán)重影響了行車(chē)安全。經(jīng)過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固之后，橋梁主梁應(yīng)力儲(chǔ)備增加，改善了橋面變形，同時(shí)可調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力索的使用，也方便了今后進(jìn)行維護(hù)。詳情如圖1。

圖1 松花江大橋主梁裂縫發(fā)育狀況圖

結(jié)束語(yǔ)：

隨著國(guó)內(nèi)橋梁使用時(shí)間的增長(zhǎng)，疲勞強(qiáng)度逐漸減小，嚴(yán)重影響了行車(chē)安全，為了增強(qiáng)橋梁使用年限，提高其承載力，越來(lái)越多的橋梁開(kāi)始進(jìn)行加固，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為一種方便易行，成本低，不影響橋梁正常使用的方法受到廣泛關(guān)注和使用。根據(jù)具體的施工特點(diǎn)，選擇合適的施工工藝，通過(guò)可調(diào)節(jié)鋼索的使用，為以后的加固施工提供了有利條件。在未來(lái)，通過(guò)科技人員的不斷創(chuàng)新，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)將得到更大的發(fā)展和應(yīng)用，為橋梁技術(shù)的革新提供可能。

[1]楊丹. 體外預(yù)應(yīng)力加固連續(xù)梁橋研究[D].沈陽(yáng)建筑大學(xué),2012.

[2]曲德超. 鋼筋混凝土連續(xù)彎梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.

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1007-6344（2015）08-0318-01