體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在連續(xù)梁加固施工中的應(yīng)用

趙文剛

（浙江交通資源投資集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310020）

0 引言

連續(xù)箱梁是橋梁工程中應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)體系之一，此類橋梁在長(zhǎng)時(shí)間的使用中會(huì)出現(xiàn)一些病害問題。為提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，并延長(zhǎng)其使用壽命，應(yīng)采取有效的方法和措施處理橋梁病害。加固橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，可應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

1 工程概況

某橋梁工程全長(zhǎng)941m，起訖樁號(hào)為K60+079.5—K61+020.5，該橋設(shè)計(jì)行車速度為60km/h，橋面全寬為22.5m，按照雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)；掛車-120級(jí)。該橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的結(jié)構(gòu)體系，共6聯(lián)16孔，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C50。橋梁下部結(jié)構(gòu)為主橋?qū)嶓w墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；引橋與交叉橋墩為柱式墩，預(yù)應(yīng)力管樁和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)為U形臺(tái)。連續(xù)箱梁存在的主要病害為裂縫，包括縱向、豎向、橫向等類型的裂縫，箱梁跨中出現(xiàn)下?lián)系默F(xiàn)象。其中，裂縫采用封縫、灌縫、砂漿修補(bǔ)等方式處理，跨中下?lián)贤ㄟ^體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)處理。本文重點(diǎn)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在該橋加固施工中的應(yīng)用展開分析。

2 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

2.1 加固方案

對(duì)連續(xù)梁開展體外預(yù)應(yīng)力加固時(shí)，選用兩種不同規(guī)格的環(huán)氧涂層鋼絞線體外索，在兩側(cè)80m邊跨每個(gè)箱室各布設(shè)4束通長(zhǎng)束，將固定端設(shè)置在1#（4#）墩的頂板與底板處，借助邊跨與中跨的跨中橫隔梁及附近的轉(zhuǎn)向架實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，并從2#和3#墩的墩頂橫隔板穿過，在邊跨內(nèi)4#（1#）墩的頂板與底板位置處進(jìn)行張拉錨固，并在中跨箱室增設(shè)2束規(guī)格為19～15.24的鋼束[1]。

2.2 工藝流程

當(dāng)連續(xù)梁梁體上的缺陷修復(fù)完畢后，可以開展體外預(yù)應(yīng)力加固施工，為確保體外預(yù)應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的順利開展，相關(guān)人員要明確具體的工藝流程，如圖1所示。

2.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

由于受到施工等因素的影響，使箱梁的內(nèi)部尺寸與設(shè)計(jì)圖紙的尺寸之間存在一定偏差，所以體外預(yù)應(yīng)力加固施工正式開始前，要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸，開展測(cè)量放樣工作，并按規(guī)定要求制作體外索鋼構(gòu)件，包括錨固塊、轉(zhuǎn)向塊以及固定架等。

2.3.1 測(cè)量放樣

由專業(yè)的測(cè)量人員按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)敿?xì)、準(zhǔn)確測(cè)放出錨固塊、轉(zhuǎn)向塊及固定架的位置，并以放樣結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸作為主要依據(jù)，對(duì)鋼板制作加工。

2.3.2 安裝鋼結(jié)構(gòu)基座

本工程中，鋼結(jié)構(gòu)基座分為以下幾部分：錨固塊基座、轉(zhuǎn)向塊基座、固定架基座。通過鉆孔植筋、灌注粘鋼膠的方式，將基座與梁體錨固。

2.3.3 鉆孔植筋

在鋼結(jié)構(gòu)底座安裝區(qū)域內(nèi)，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，鉆孔后植入錨栓，埋植螺桿前，使用鋼筋探測(cè)儀查明內(nèi)部的鋼筋分布情況，防止鉆孔時(shí)碰到梁體鋼筋或原有的鋼絞線。

2.3.4 表面處理

對(duì)基座和錨固范圍內(nèi)的混凝土表面進(jìn)行清理，該環(huán)節(jié)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固效果具有重要影響。由于錨固區(qū)域內(nèi)的混凝土表面存在凹凸不平的現(xiàn)象，需要鑿除部分混凝土，確?；炷帘砻嫫秸?，提高與鋼板之間的粘貼效果[2]。

2.3.5 底座鋼板粘貼

將鋼結(jié)構(gòu)的底座鋼板與混凝土的表面緊密粘貼到一起，并采用螺栓錨固，確保牢固可靠。

2.3.6 錨固塊、轉(zhuǎn)向塊及固定架安裝

（1）當(dāng)錨固塊、轉(zhuǎn)向塊及固定架的底座安裝完畢后，便可開始焊接結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)板，施焊前應(yīng)進(jìn)行核查，確保連接鋼板的位置準(zhǔn)確無誤。

（2）為保證黏結(jié)效果，本工程中使用國家建設(shè)部推廣的新型粘鋼結(jié)構(gòu)膠，該膠為雙組分，需要在使用前臨時(shí)配置，具體的技術(shù)要點(diǎn)如下：根據(jù)結(jié)構(gòu)膠的使用說明配置，用稱量設(shè)備嚴(yán)格計(jì)量，以此確保配比的準(zhǔn)確性，將甲乙兩個(gè)組分按順序倒入潔凈的容器內(nèi)，通過機(jī)械設(shè)備向同一個(gè)方向攪拌，直至結(jié)構(gòu)膠的色澤達(dá)到均勻一致后停止。按照施工現(xiàn)場(chǎng)的氣候條件及結(jié)構(gòu)膠有效時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)配膠比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（3）結(jié)構(gòu)膠配置完畢后，在正式灌注前，要先密封鋼板周邊及孔隙，并檢查密封效果，確認(rèn)達(dá)到規(guī)定要求方可開始灌注。同時(shí)預(yù)留出灌膠孔，直徑以10～12mm為宜，相鄰灌膠孔之間保持300～400mm的距離。配置好的結(jié)構(gòu)膠應(yīng)盡可能在30min以內(nèi)灌注，防止結(jié)構(gòu)膠凝固時(shí)間過長(zhǎng)影響施工質(zhì)量。在灌注的過程中，要采取低壓、低速，邊灌膠邊用木槌對(duì)鋼板表面輕輕敲擊。待結(jié)構(gòu)膠灌注完畢后，用手錘沿著粘貼面輕輕敲擊鋼板，若未聽到空洞的聲音，則說明黏結(jié)密實(shí)，否則需要鉆設(shè)小孔補(bǔ)膠。

（4）結(jié)構(gòu)膠固化的這段時(shí)間，任何人不得擾動(dòng)鋼板，以免影響粘貼效果；如果環(huán)境溫度過低，則可采取人工加溫的方法，使用紅外線等進(jìn)行加熱；確保固化時(shí)間在24h以上，固化后對(duì)表面進(jìn)行二次防腐處理[3]。

2.4 施工注意事項(xiàng)

錨固座與轉(zhuǎn)向器全部采用鋼結(jié)構(gòu)，通過埋植螺栓的方法，將錨固座與梁體混凝土連接到一起，形成整體。螺栓采用鉆孔植筋的方式安裝，用膠將錨固鋼板與混凝土之間的空隙填充密實(shí)。在施工過程中應(yīng)注意如下事項(xiàng)：

（1）由于錨固座位置處的混凝土局部承受的壓力比較大，為避免植筋對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，應(yīng)確保鉆孔垂直于錨固平面，并且要控制好鉆孔直徑，不得隨意增大，結(jié)構(gòu)膠灌注前應(yīng)清理干凈孔內(nèi)雜物，如石渣、灰塵等。

（2）采用焊接的方式，對(duì)錨固座構(gòu)件之間進(jìn)行可靠連接，要確保焊接高度符合設(shè)計(jì)要求。安裝錨固座的錨墊板時(shí)，應(yīng)使其與預(yù)應(yīng)力束保持垂直，并保證定位精確，錨墊板的孔道中心及轉(zhuǎn)向器的中心位置與設(shè)計(jì)值的誤差應(yīng)控制在5.0mm以內(nèi)[4]。

（3）錨固座安裝完畢后，在混凝土表面粘鋼與底座鋼板接觸面灌鋼板膠填充飽滿，將螺母擰緊后，采用焊接的方法與底座鋼板可靠連接。轉(zhuǎn)向器固定在鋼桁架或支架上，安裝墩頂橫隔板位置的轉(zhuǎn)向器時(shí)，要先粘貼鋼板，然后再鉆孔，最后安裝轉(zhuǎn)向器，必須保證施工順序正確，以免影響質(zhì)量。

2.5 材料要求

連續(xù)梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工中，使用的主要材料有鋼絞線、錨具和夾具等，應(yīng)確保選用的材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.5.1 鋼絞線

工程中使用的預(yù)應(yīng)力鋼絞線必須與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求相符，本次選用低松弛270級(jí)別鋼絞線，具體要求如下：

（1）為保證預(yù)應(yīng)力鋼絞線的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，進(jìn)場(chǎng)時(shí)采取分批的方式驗(yàn)收，重點(diǎn)檢查鋼絞線的質(zhì)量證明書、外包裝、規(guī)格、標(biāo)志等，并以抽樣檢查的方法對(duì)鋼絞線的表面質(zhì)量、直徑偏差進(jìn)行檢查[5]。同時(shí)，還要對(duì)鋼絞線進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，確認(rèn)合格后方可用于體外預(yù)應(yīng)力加固施工。

（2）用于工程中的預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際強(qiáng)度，要達(dá)到國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，采用相應(yīng)的試驗(yàn)方法，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋開展檢測(cè)試驗(yàn)。在對(duì)預(yù)應(yīng)力筋運(yùn)輸和施工過程中，要采取相應(yīng)保護(hù)措施，避免硬物劃傷環(huán)氧涂層。

2.5.2 錨具及夾具

（1）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求選用預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨具，本次施工中選用的錨具為專用的低回縮量錨具，要求回縮量不高于1.0mm。錨具與夾具均應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。

（2）錨具應(yīng)滿足分級(jí)張拉、補(bǔ)張拉以及放松預(yù)應(yīng)力的要求，不但要單根具備張拉的性能，而且整束也要有良好的張拉性能。同時(shí)，還要有自錨性能、松錨性能和安全的重復(fù)使用性能。

（3）錨具及夾具應(yīng)嚴(yán)格按照出廠合格證和質(zhì)量證明書核查錨固性能、類別、型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量，并檢查外觀、檢測(cè)硬度，作靜載錨固性能試驗(yàn)，要求錨具效率系數(shù)不低于0.95[6]。此外，還要滿足循環(huán)次數(shù)為200萬次的疲勞性能試驗(yàn)要求。

（4）安裝錨具及夾具前要擦拭干凈，表面不得存在油污及其他雜質(zhì)。錨具安裝的過程中，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔道的中心位置，每根預(yù)應(yīng)力鋼束均應(yīng)平順，不得存在扭曲、絞結(jié)、交叉等情況，夾片要打緊，外露的尺寸應(yīng)保持一致。

2.6 預(yù)應(yīng)力張拉

2.6.1 張拉順序

在開展體外預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí)，要遵循對(duì)稱、成對(duì)張拉的原則，每根體外預(yù)應(yīng)力束均分為四級(jí)，以循環(huán)的方式張拉。先按照順序張拉至15%，再張拉至70%，第三次張拉至90%，最后一次張拉至100%[7]。張拉連續(xù)梁體外預(yù)應(yīng)力時(shí)，應(yīng)先張拉1#—4#墩箱內(nèi)索，再張拉2#—3#墩箱內(nèi)索，各箱室內(nèi)索的張拉順序如下：先對(duì)稱張拉靠近腹板的兩根外側(cè)索，然后對(duì)稱張拉箱室中間位置處剩余的兩根索。

2.6.2 張拉過程

連續(xù)梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工中，預(yù)應(yīng)力的具體張拉過程如下：

（1）千斤頂安裝的過程中，應(yīng)將預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿入千斤頂內(nèi)，錨環(huán)對(duì)中后，將張拉油缸伸長(zhǎng)2.0～4.0cm左右，隨后在千斤頂尾部加裝墊板和工具錨，并用夾具夾緊預(yù)應(yīng)力鋼絞線。為使工具夾片能夠順利松開，可在工具錨環(huán)內(nèi)涂抹少量的退錨靈。

（2）將千斤頂油缸調(diào)整至回油狀態(tài)，并向張拉缸內(nèi)供油，隨后便可開始對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行張拉。操作時(shí)應(yīng)注意工具錨，要使夾片保持整齊。當(dāng)張拉達(dá)到初應(yīng)力后應(yīng)做好標(biāo)記，以此作為測(cè)量伸長(zhǎng)量值的起點(diǎn)位置。

（3）依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，張拉至規(guī)定的噸位或經(jīng)過換算的油壓值，對(duì)伸長(zhǎng)值進(jìn)行測(cè)定，據(jù)此校核應(yīng)力。使張拉油缸的調(diào)壓閥開度保持不變，向預(yù)壓缸供油，直至達(dá)到所需的預(yù)應(yīng)力為止。頂壓時(shí)，如果張拉油缸升壓超限，必須適當(dāng)降壓。

（4）保持繼續(xù)向頂壓油缸供油，從而使張拉油缸可以緩慢回油。將頂壓閥的回油缸打開，油泵停車，千斤頂借助其內(nèi)部回程彈簧作用，頂壓活塞自動(dòng)回程，張拉錨固結(jié)束。

（5）切除外露的鋼絞線，如有必要可以補(bǔ)充張拉。加裝防松脫裝置，將螺絲擰緊。需要注意的是，張拉作業(yè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的溫度應(yīng)不低于5℃。

2.6.3 體系防護(hù)

（1）預(yù)應(yīng)力張拉施工中使用的錨具應(yīng)做永久性防護(hù)，避免遭到介質(zhì)的侵蝕；張拉后外露的錨具、夾片等要涂抹防腐油脂，加裝金屬封端罩，使其達(dá)到密閉的效果。

（2）轉(zhuǎn)向器、固定架的防護(hù)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求對(duì)構(gòu)件表面除銹，并涂刷防銹漆和罩面漆。

2.6.4 注意事項(xiàng)

（1）當(dāng)轉(zhuǎn)向塊及錨固塊植入的錨固螺栓及鋼板膠的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可開展預(yù)應(yīng)力張拉施工；要嚴(yán)格控制張拉應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力索的張拉力控制在0.65，當(dāng)采用小型千斤頂對(duì)單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉時(shí)，要確保選用的千斤頂形式及噸位與相關(guān)規(guī)范的規(guī)定要求相符。

（2）張拉預(yù)應(yīng)力束的過程中，要做好錨固塊位置處混凝土的監(jiān)測(cè)工作，如果應(yīng)力值超限，必須及時(shí)停止作業(yè)，采取相應(yīng)的措施處理后方可恢復(fù)張拉作業(yè)[8]。預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，要觀察箱體內(nèi)外裂縫有無變化。一旦裂縫發(fā)展，則應(yīng)停止張拉。

（3）當(dāng)墩頂橫隔板混凝土內(nèi)穿越鋼管時(shí)，應(yīng)采取有效的措施加以固定，避免張拉時(shí)鋼管移動(dòng)。同時(shí)，要確保鋼管與混凝土之間密切貼合，達(dá)到均勻傳力的效果。預(yù)應(yīng)力筋張拉的過程中，必須有相應(yīng)的安全防護(hù)措施，施工人員不得站在預(yù)應(yīng)力筋的兩端。

3 結(jié)語

綜上所述，體外預(yù)應(yīng)力以其自身具備的諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在橋梁結(jié)構(gòu)加固中得到越來越廣泛的應(yīng)用。為使體外預(yù)應(yīng)力的作用得以充分發(fā)揮，必須保證施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。為此要求作業(yè)人員了解并掌握體外預(yù)應(yīng)力的施工關(guān)鍵技術(shù)，并采取有效的措施嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。