體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用

謝金齊+李靜+黃鎮(zhèn)

摘 要：由于服役多年的連續(xù)剛構(gòu)橋梁大多表現(xiàn)出跨中下?lián)线^(guò)大、主梁混凝土普遍開(kāi)裂等病害，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁加固中的具體應(yīng)用進(jìn)行介紹分析，為類(lèi)似橋梁加固工程設(shè)計(jì)、施工提供參考。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力 張拉 維修加固

1.體外預(yù)應(yīng)力體系

1.1體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的特點(diǎn)

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)就是利用增加設(shè)置在原有混凝土結(jié)構(gòu)外部的預(yù)應(yīng)力筋給混凝土施加額外的預(yù)應(yīng)力（如圖1）。在橋梁加固中該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）預(yù)應(yīng)力筋布置簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力清晰，預(yù)應(yīng)力筋僅通過(guò)錨固塊和轉(zhuǎn)向塊與橋梁結(jié)構(gòu)連接，預(yù)應(yīng)力損失小。

（2）可根據(jù)需要靈活布置預(yù)應(yīng)力筋，既進(jìn)行全橋加固，也可進(jìn)行局部加固。

（3）體外預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)一般尺寸較小，相對(duì)增加截面加固法整個(gè)體系自重輕，橋梁加固后帶來(lái)的自重載荷小，結(jié)構(gòu)承載能力提高空間大。

（4）新型體外索可進(jìn)行整體更換，便于維護(hù)，同時(shí)了降低再次更換的費(fèi)用。

（5）與其它加固技術(shù)相比較，需要的人力物力資源更少，需要的設(shè)備較少，成本低。

（6）對(duì)于現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響較小，不僅適用于簡(jiǎn)支梁橋梁結(jié)構(gòu)，也符合大型連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)施工要求。

1.2體外預(yù)應(yīng)力體系的組成

常規(guī)體外預(yù)應(yīng)力體系包括：預(yù)應(yīng)力筋，錨具，錨固、轉(zhuǎn)向裝置，減震裝置，防護(hù)體系。預(yù)應(yīng)力筋包括鋼絲繩（網(wǎng)）、預(yù)應(yīng)力鋼筋、光面鋼絞線、無(wú)粘結(jié)鋼絞線、環(huán)氧噴涂鋼絞線、平行鋼絲、成品索等。無(wú)粘結(jié)鋼絞線，環(huán)氧噴涂鋼絞線耐腐蝕性能好。預(yù)應(yīng)力筋作為體外預(yù)應(yīng)力體系的主要構(gòu)成部分，應(yīng)具備高強(qiáng)度及低松弛、優(yōu)良的塑性和使用性能、可靠的耐腐蝕性及耐久性能等特性。

1.3體外預(yù)應(yīng)力筋的張拉

針對(duì)不同的體外預(yù)應(yīng)力筋材料類(lèi)型及布置形式，有不同的張拉收緊方式。根據(jù)張拉收緊的機(jī)具不同可分為千斤頂張拉法，電熱張拉法，手拉葫蘆張拉法，橫向收緊張拉法。對(duì)于常用的鋼絞線通常采用千斤頂張拉法。根據(jù)錨具的不同及具體的要求，又可分為單根鋼絞線張拉法和整體張拉法。

1.4體外索的防護(hù)

采用體外預(yù)應(yīng)力加固一旦體外索出現(xiàn)破壞情況，橋梁將出現(xiàn)不能承受的破壞。體外索對(duì)結(jié)構(gòu)的安全顯的尤為重要。對(duì)于普通鋼絞線，常設(shè)置在PE套管內(nèi)，張拉結(jié)束后，在套管內(nèi)灌注水泥漿進(jìn)行防護(hù)；對(duì)鋼絲繩（網(wǎng)），在張拉錨固完成后，常用噴涂水泥砂漿進(jìn)行防護(hù)；而對(duì)噴涂環(huán)氧鋼絞線及成品體外索，一般不需進(jìn)行額外的防護(hù)。

2.加固實(shí)例

2.1橋梁簡(jiǎn)介

浙江某大橋全長(zhǎng)304.86m，跨徑布置：3×20m+（20+40+60+40+20）m+3×20m，橫向布置：2×（護(hù)欄0.5+非機(jī)動(dòng)車(chē)道3.0+護(hù)欄0.25+行車(chē)道8.5+中央隔離帶2.5/2）=27m。橋型布置見(jiàn)圖2。

兩側(cè)引橋上部結(jié)構(gòu)均采用三孔T型截面連續(xù)梁，橫向由五片預(yù)應(yīng)力混凝土T梁組成，梁高1.45m，梁間中心距為5.3m。每個(gè)腹板縱向設(shè)6束7φj15.24高強(qiáng)低松弛鋼絞線，Rby=1860MPa，張拉控制力1368.7KN，錨具型號(hào)為OVM15-7。T梁采用40#混凝土。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)、引橋腹板、翼板都存在較多裂縫，其中腹板裂縫以豎向、斜向?yàn)橹鳎赥梁端部和中部均有分布，長(zhǎng)度介于25cm～158cm之間，寬度介于0.03mm～0.26mm之間。

2.2加固方案

本項(xiàng)目采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固引橋上部結(jié)構(gòu)，每片T梁兩側(cè)各增加2束9*φj15.24-1860級(jí)鋼絞線，張拉控制應(yīng)力1395MPa，錨具采用OVM15-9。鋼絞線沿T梁側(cè)面按設(shè)計(jì)曲線線形布置。預(yù)應(yīng)力筋3跨連續(xù)布置。通過(guò)張拉新增加的預(yù)應(yīng)力筋實(shí)現(xiàn)橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固。為保證曲線線形并固定鋼絞線位置，在T梁側(cè)面跨中梁底位置設(shè)置二個(gè)轉(zhuǎn)向塊。鋼絞線的兩端頭穿過(guò)梁端新增的齒板進(jìn)行錨固。張拉時(shí)采用兩端分級(jí)張拉的方式進(jìn)行，以減小預(yù)應(yīng)力損失。

3.加固施工工藝

加固施工工藝流程如下：齒塊、轉(zhuǎn)向塊放樣→種植鋼筋→齒塊、轉(zhuǎn)向塊混凝土澆筑→安裝HDPE外套管→預(yù)應(yīng)力筋準(zhǔn)備→安裝預(yù)應(yīng)力筋→安裝預(yù)應(yīng)力錨具→張拉預(yù)應(yīng)力筋→管道壓漿→封錨。

（1）種植鋼筋。在外預(yù)應(yīng)力錨固齒塊及轉(zhuǎn)向塊錨固鋼筋位置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避開(kāi)橋梁現(xiàn)有的預(yù)應(yīng)力管道的位置。可參考橋梁竣工圖紙或者進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探查以確定現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置。在施工時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意鉆孔情況，發(fā)現(xiàn)梁體內(nèi)的預(yù)應(yīng)力應(yīng)及時(shí)停止施工并匯報(bào)。梁體上鉆孔完成的孔，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清孔、植筋施工，避免梁體上同時(shí)鉆孔過(guò)多。對(duì)鉆孔過(guò)程遇到鋼筋而導(dǎo)致深度不夠產(chǎn)生的廢孔，應(yīng)盡快使用高強(qiáng)環(huán)氧膠進(jìn)行填塞，封堵。

（2）齒塊、轉(zhuǎn)向塊混凝土澆筑。澆筑前應(yīng)檢查齒塊、轉(zhuǎn)向塊模板安裝情況。齒塊為體外預(yù)應(yīng)力體系的錨固位置，承受較大的壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。該位置鋼筋、植筋布置較為密集，混凝土澆筑、振搗時(shí)應(yīng)尤其注意控制混凝土的密實(shí)度，不得出現(xiàn)孔洞、蜂窩現(xiàn)象。澆筑過(guò)程中有漏漿、漲模情況時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。

（3）管道安裝。采用HDPE管道，安裝時(shí)應(yīng)利用定位箍筋固定牢固。管道對(duì)接時(shí)接口應(yīng)密封。

（4）預(yù)應(yīng)力筋準(zhǔn)備。下料長(zhǎng)度應(yīng)考慮工作長(zhǎng)度，千斤頂長(zhǎng)度，張拉施工長(zhǎng)度等。應(yīng)用鋼筋切斷機(jī)截?cái)鄳?yīng)力筋，不得使用電弧焊燒斷預(yù)應(yīng)力筋。

（5）預(yù)應(yīng)力束安裝。為提高安裝效率，單根鋼絞線通過(guò)工裝固定為整束，工裝上設(shè)置牽引吊耳。對(duì)鋼絞線進(jìn)行編號(hào)，并對(duì)兩端的錨具孔進(jìn)行編號(hào)。在鋼絞線安裝完成后按照同樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系安裝錨具，以避免出現(xiàn)鋼絞線交叉、打攪的情況。在T梁端部設(shè)置1t卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)向穿過(guò)金屬波紋管后，連接工裝上的牽引吊耳。啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引整束鋼絞線穿過(guò)預(yù)應(yīng)力波紋管。

（6）預(yù)應(yīng)力束的張拉。鋼絞線長(zhǎng)度為56m，且為曲線布置，張拉過(guò)程中采用兩端同時(shí)張拉的方式，張拉以應(yīng)力控制為主，以鋼絞線伸長(zhǎng)量為校核。本項(xiàng)目張拉控制應(yīng)力為1390MPa，單束張拉力為2289KN，施工中采用300t液壓千斤頂采用漂浮體系進(jìn)行整體張拉。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，伸長(zhǎng)量與理論值偏差為2%，滿足規(guī)范6%的要求。

（7）管道注漿。注漿在預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后48h內(nèi)進(jìn)行。在預(yù)應(yīng)力管道每個(gè)波峰位置安裝排氣閥，在每個(gè)波谷位置安裝排水閥。同一預(yù)應(yīng)力孔道壓漿應(yīng)持續(xù)進(jìn)行直至完成注漿。注漿時(shí)在排水孔、排氣孔有與注入漿液同濃度的漿液流出后封閉排氣孔，穩(wěn)壓不少于2min后完成注漿。

（8）錨頭防護(hù)。體外索張拉完成后，按照設(shè)計(jì)要求澆筑封錨砂漿以保護(hù)錨頭。

4.加固效果

施工完成后對(duì)橋梁進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)與加固前對(duì)比發(fā)現(xiàn)，橋梁整體性能得到了改善，梁體強(qiáng)度和剛度得到了提高，達(dá)到了加固目的，加固后橋梁滿足使用要求?？偨Y(jié)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）施工簡(jiǎn)單，受力明確，經(jīng)濟(jì)合理，適用于大多數(shù)橋梁。

（2）能有效的加固橋梁，混凝土裂縫發(fā)展得到了抑制甚至寬度減小、T梁擾度明顯減小，橋梁耐久性得到增強(qiáng)。

（3）體外索轉(zhuǎn)向塊、齒塊的設(shè)計(jì)、施工是體外索加固技術(shù)的重點(diǎn)，是避免體外索斷絲、錨固失效的關(guān)鍵。

（4）根據(jù)選用的材料不同，體外索的防護(hù)是體外索加固體系耐久性的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)不同的材料選用合適的防護(hù)方法。

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