體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固工程中的應(yīng)用

齊雙甲

（邢臺路橋建設(shè)總公司，河北邢臺 054001）

0 引言

加固后沒有對橋梁原有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何改變，但加固后橋梁的承載能力得到有效提升，這是體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在加固橋梁方面區(qū)別于其他技術(shù)措施的主要優(yōu)勢，加固效果顯著。我國幅員遼闊，江河湖泊眾多，為了加快國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，我國已經(jīng)建設(shè)了諸多橋梁，有些橋梁建設(shè)年代較為久遠(yuǎn)，在動荷載長期影響下，橋梁或多或少帶著病害運轉(zhuǎn)，使得橋梁使用功能下降。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)以其特有的加固效果，保證了加固后橋梁的安全使用年限，受到了橋梁實際加固工程建設(shè)者的青睞。

1 基本設(shè)計原則

1.1 檢測的實際應(yīng)用

根據(jù)被加固橋梁結(jié)構(gòu)的具體情況，可以將橋梁結(jié)構(gòu)的加固劃分為3 種基本情況。第一種是針對橋梁結(jié)構(gòu)使用功能的加固，第二種是針對橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的加固，第三種是針對橋梁耐久性的加固。被加固的橋梁屬于哪一種加固情況不能靠簡單的判斷來定，要認(rèn)真細(xì)致地進(jìn)行現(xiàn)場勘測，檢查橋梁受損害的程度和橋梁危害情況，并對檢查結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析，綜合判斷橋梁加固目的，采取有針對性的加固措施。

1.2 橋梁加寬設(shè)計與橋梁加固設(shè)計同步進(jìn)行

如果不考慮新加寬的橋與原橋之間的銜接問題，那么橋梁加寬設(shè)計與橋梁加固設(shè)計要盡可能同步進(jìn)行。但是大多數(shù)情況下，考慮到新橋與原橋銜接問題，橋梁加寬部分的寬度不是很大，盡可能促使橋梁和加寬部分完整結(jié)合，達(dá)到分散橋梁上部動荷載的最終目的，繼而實現(xiàn)橋梁加固目的。還是要強調(diào)注意新加寬橋與既有老橋之間的銜接問題。

1.3 采用多種加固方法同步設(shè)計

加大橋梁截面尺寸和增加橋梁截面鋼筋配量以及改變橋梁結(jié)構(gòu)支撐體系來優(yōu)化橋梁受力情況繼而降低橋梁受到的荷載負(fù)擔(dān)是橋梁結(jié)構(gòu)加固常用的兩種方法。加大橋梁截面尺寸和增加橋梁截面鋼筋配量主要是針對橋梁承重結(jié)構(gòu)薄弱板塊進(jìn)行加固，改變橋梁結(jié)構(gòu)支撐體系主要是針對降低橋梁荷載為目的采取的補強措施。

2 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的基本原理

加固的方法從宏觀角度來講分為主動加固和被動加固，橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)屬于主動加固。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是指將原有橋梁的舊混凝土與新混凝土通過一定的技術(shù)措施進(jìn)行加固補強，達(dá)到加固橋梁的最終目的，繼而改變橋梁承擔(dān)動荷載的能力。此外，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅可以通過新舊混凝土結(jié)合來補強既有橋梁的穩(wěn)定性，還可以約束橋梁上部結(jié)構(gòu)在長時間應(yīng)力作用下而產(chǎn)生的變形。充分考慮既有橋梁混凝土結(jié)構(gòu)是橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的重中之重。當(dāng)既有橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形時，采取體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行橋梁加固需要滿足一個前置條件，這個前置條件是不能改變既有橋梁的結(jié)構(gòu)和既有橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)，在此前置條件下再增加一部分新混凝土材料。新增混凝土構(gòu)件與既有混凝土構(gòu)件的變形能力是不同的，當(dāng)連接在一起的新舊混凝土受到應(yīng)力作用時，舊混凝土發(fā)生破壞，新混凝土還沒有達(dá)到極限狀態(tài)，隨著新混凝土的不斷加入，既有構(gòu)件的應(yīng)變能力也在不斷增加，最終加強了新舊混凝土的整體性能。通過力學(xué)分析可知，橋梁體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用整體來看是增強了新澆筑混凝土的抗剪切強度，但是當(dāng)新澆筑混凝土與舊混凝土剛結(jié)合時，接觸面的抗剪切能力是較弱的，所以要對橋梁截面的配筋情況進(jìn)行精確計算，才能確保橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)行之有效地提高橋梁的承載能力和橋梁的穩(wěn)定性。

3 施工工藝特點

在不改變既有加固橋梁的結(jié)構(gòu)或者對橋梁結(jié)構(gòu)改變很小的基礎(chǔ)上，能有效增加橋梁承載能力和保障橋梁結(jié)構(gòu)安全性性能是橋梁加固采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)區(qū)別于其他加固技術(shù)的主要優(yōu)點。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在加固橋梁方面的效果之所以如此明顯，是因為橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)在體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)作用下是主動改變的。

3.1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的主要特點

橋梁結(jié)構(gòu)的損傷與橋梁結(jié)構(gòu)損害程度是采取何種橋梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的主要選擇依據(jù)。因此可操作性強，可布置性靈活是選擇橋梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的首要標(biāo)準(zhǔn)，與此同時采用的加固措施也要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的實際情況而靈活應(yīng)對。應(yīng)用在橋梁加固體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的機(jī)械設(shè)備必須具有一定連貫性，在加固作業(yè)的連接結(jié)構(gòu)中起減少摩擦阻力以及將橋梁上部傳來的動荷載分布到預(yù)應(yīng)力配筋上的主要部件是將體外索與錨固位置進(jìn)行有機(jī)連接，通過體外索與錨固位置有機(jī)連接組成的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力變化值會降低，這對加強橋梁受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和提高體外錨索的利用率都有很大促進(jìn)作用。在橋梁加固工程中，為了盡最大限度去保護(hù)既有橋梁原來的凈空以及不破壞橋梁原有設(shè)計的美觀性，需要盡可能在橋梁加固工程中多設(shè)置一些能根據(jù)加固工程特點靈活變化的構(gòu)件，而錨固與轉(zhuǎn)向功能構(gòu)件之間的結(jié)構(gòu)符合這一要求。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁結(jié)構(gòu)的另外一大優(yōu)勢是其自身重量比較小，無需單獨針對橋梁下部結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的加固措施，這既提高了加固工程的成本投入又大大提高了加固工程的施工效率，在加固過程中要依據(jù)錨索的受力情況增減預(yù)應(yīng)力施加程度。

3.2 綜合橋梁病害和具體施工技術(shù)采取針對性設(shè)置

即使應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的加固可以取得良好的預(yù)期結(jié)果，但是也需要采取合理的施工措施才能實現(xiàn)更好的應(yīng)用效果。針對應(yīng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)置是體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁結(jié)構(gòu)工程中常遇到的，底板、頂板和腹板體外索以及通長索是應(yīng)力結(jié)構(gòu)常見的設(shè)置類型。這幾種常見的應(yīng)力結(jié)構(gòu)類型中，可以行之有效地改善橋梁整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)是通長索結(jié)構(gòu)類型，該設(shè)置方式工作原理是其可以形成空間曲線，通過轉(zhuǎn)向功能實現(xiàn)多點傳力，實現(xiàn)改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力的目的。

3.3 體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的缺點

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)中應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力索是預(yù)應(yīng)力技術(shù)中采用的關(guān)鍵材料，但是預(yù)應(yīng)力索在自然環(huán)境雨水的侵蝕下容易上銹，這是體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的第一個缺點；橋梁錨固產(chǎn)生的應(yīng)力與橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力比較容易集中在一起，這對橋梁的穩(wěn)定性造成了隱患，這是體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的第二個缺點；最后一個缺點就是錨具、夾片在加固作業(yè)中應(yīng)用數(shù)量較多，再加上體外索張拉力不足的影響，無法充分發(fā)揮鋼絞線的強度，繼而影響到了錨具和夾片的施工，加大了體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的施工難度。

4 具體加固措施

4.1 橋梁下方支撐式預(yù)應(yīng)力拉桿

橋梁加固技術(shù)根據(jù)其加固的類型不同也有較大差別，當(dāng)橋梁下方的凈空滿足條件的情況下，可以采用在橋梁主梁下方設(shè)置拉桿體系的方法來加固橋梁結(jié)構(gòu)，使用該技術(shù)進(jìn)行加固作業(yè)時，必須要在既有橋梁的橫隔板（其中一側(cè)）上固定粗鋼筋來改變支撐點原有的位置，其目的是有效調(diào)整拉桿上的張拉力，使拉力滿足橋梁所受荷載的安全系數(shù)?？梢酝ㄟ^豎向頂撐張拉和橫向收緊張拉兩種方法進(jìn)行張拉作業(yè)。豎向頂撐張拉法主要應(yīng)用在橋梁端部下側(cè)，在橋梁端部下側(cè)位置安裝鋼錨（U 形）固定板，并將鋼錨固板與事先設(shè)置好的拉桿焊接在一起。為了通過鋼錨固板順利的向拉桿施加預(yù)應(yīng)力，需要在橋梁跨徑和徑中之間安裝張緊夾具，同時橋梁腹板或者橋梁托架上也可以安裝張緊夾具，張緊夾具固定的時間以拉桿達(dá)到設(shè)計應(yīng)力值的時間為準(zhǔn)，一般利用混凝土墊塊來進(jìn)行固定。為了獲得更好的拉力，確保梁底面和拉桿之間處于契合狀態(tài)。此外，為了防止張緊夾具生銹帶來損害，需做好張緊夾具的防銹工作。

橫向收緊張拉法，由施工技術(shù)人員將粗鋼筋分兩層布置于橋肋底面兩側(cè)，在靠近橋梁端的位置適當(dāng)彎曲并固定。在整個彎曲過程中，拉桿由粗鋼筋來代替，在粗鋼筋彎曲的地方設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的短鋼筋形成支撐來形成預(yù)應(yīng)力，并在縱向位置按照間距設(shè)置撐棍與螺栓，最后加以收緊器的使用，能夠很好地使拉桿橫向受緊并受力，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。

4.2 體外預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法

采用鋼絲束來加固橋梁上部結(jié)構(gòu)是目前體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)較為常用的措施，具體技術(shù)措施是先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絲束的制作，其制作過程要沿著橋梁的測面采用曲線形式進(jìn)行設(shè)置。在制作鋼絲束過程中存在一個難點需要特別注意，該難點就是如何準(zhǔn)確固定鋼絲束位置，現(xiàn)在固定鋼絲束的通常做法是在橋梁最底端設(shè)置定位箍筋圈，該做法是為了適應(yīng)鋼絲束曲線線型特點，箍筋圈間距一般設(shè)置為（50～100）cm，同時可以采取在橋梁肋側(cè)埋置定位削來輔助鋼絲束的定位。鋼絲束工作過程必須要穿過梁端翼緣板上的斜孔，到達(dá)梁頂錨固位置才能最終實現(xiàn)其固定工作。由于鋼絲束材料自身特點，在橋梁所處的自然環(huán)境下容易生銹，嚴(yán)重影響鋼絲束工作性能，需要采取相應(yīng)的措施防止鋼絲束生銹。如果是先張預(yù)應(yīng)力作業(yè)，需要對鋼絲束設(shè)置保護(hù)套管；如果采用后張拉預(yù)應(yīng)力作業(yè)，可以在張拉后利用水泥漿液包裹鋼絲束預(yù)防生銹。

5 結(jié)語

相對于其他橋梁加固技術(shù)來說，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁結(jié)構(gòu)可以主動改善橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀況，此外對橋梁結(jié)構(gòu)安全性的提升也是行之有效的，所以該技術(shù)在橋梁加固技術(shù)中屬于比較靈活的加固技術(shù)，因此無論從發(fā)展前景還是應(yīng)用空間來說，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)加固工程中都是最好的選擇。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在實際應(yīng)用中即使存在一定缺陷，但是在實際施工中可以通過采取適當(dāng)方法解決。