體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁加固中的施工分析

文/肖祖?zhèn)?/p>

1 前言

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是目前最為普遍的一種前后預(yù)應(yīng)力體系形式，在時(shí)代的高速發(fā)展進(jìn)程下，已經(jīng)是預(yù)應(yīng)力應(yīng)用技術(shù)的要點(diǎn)。該技術(shù)通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋的布置方式在混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)外設(shè)置預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式，對(duì)比分析該技術(shù)和傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力筋布置的形式，具體是粘結(jié)或者無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的形式。當(dāng)前的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)被大量的應(yīng)用到預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、大跨度的建筑工程中，并且能夠加固施工混凝土橋梁結(jié)構(gòu)。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下所示：簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力筋曲線、降低摩擦力；混凝土結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)比較小，能夠有效減小自重；可以根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的更換處理，做好系統(tǒng)功能的檢測(cè)和維護(hù)；施工操作簡(jiǎn)單便捷。因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力筋和混凝土截面是處于分離的狀態(tài)中，能夠保證結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性得以提升。

2 技術(shù)組成

橋梁為公路項(xiàng)目的重要組成結(jié)構(gòu)，當(dāng)前我國(guó)很多的橋梁都是在20 世紀(jì)70～80年代設(shè)計(jì)和建設(shè)的，運(yùn)營(yíng)時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)。早期建設(shè)的橋梁項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較低、承載性能比較差，嚴(yán)重影響交通的正常運(yùn)行，尤其是當(dāng)前很多重型、大型車輛進(jìn)入到交通道路中，導(dǎo)致公路運(yùn)行的安全性、通暢性難以滿足要求，橋梁在運(yùn)行中因?yàn)樽匀画h(huán)境和使用條件的侵蝕影響。當(dāng)前有些公路橋梁項(xiàng)目因?yàn)樵O(shè)計(jì)水平比較低根本不能滿足交通的運(yùn)行需要，橋梁無(wú)法發(fā)揮出應(yīng)有的作用，嚴(yán)重阻礙我國(guó)交通領(lǐng)域的發(fā)展。對(duì)于舊橋、危橋可以實(shí)施必要的加固施工，使橋梁的預(yù)應(yīng)力效果滿足要求，橋梁的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量合格，有效促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步[1]。

3 橋梁加固改造技術(shù)

目前在體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行橋梁加固施工中，選擇使用不同的預(yù)應(yīng)力方式所達(dá)到的效果不同，下面將重要介紹幾種應(yīng)用廣泛的施工方式。

3.1 橫向收緊張拉法

梁體結(jié)構(gòu)兩側(cè)的間隙比較小的情況下，可以選擇使用橫向收緊張拉法進(jìn)行施工，該方法是在梁體下部位置上對(duì)稱橋梁中線設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋的形式，然后在相應(yīng)距離的梁端位置上彎起使用支點(diǎn)直接錨固在錨固鋼板上，以U 型的形式存在。水平段的預(yù)應(yīng)力筋可以使用撐棍將其分為比較多的段落部分，兩側(cè)撐棍能夠起到支撐作用，各個(gè)部分需要使用螺栓進(jìn)行對(duì)稱張拉收緊施工，拉桿就能夠形成預(yù)應(yīng)力。

3.2 縱向張拉法

縱向張拉法是根據(jù)在預(yù)應(yīng)力筋的軸線中施加預(yù)應(yīng)力的方式。預(yù)應(yīng)力筋需要沿著梁底的方向上進(jìn)行設(shè)置，到量體兩側(cè)的位置上布置導(dǎo)向塊位置上彎起，直接錨固在梁體的腹板與頂板的結(jié)構(gòu)上，再根據(jù)這些位置的需要進(jìn)行縱向張拉施工，有效降低梁端剪力。縱向張拉錨固的結(jié)構(gòu)主要包含梁頂錨固和腹板錨固。體外預(yù)應(yīng)力筋張拉施工方式和結(jié)構(gòu)組成有著明顯的關(guān)系，張拉位置需要從梁頂按照斜筋的方向進(jìn)行張拉作業(yè)，也可以在梁底的位置上進(jìn)行水平方向張拉施工，此時(shí)要和預(yù)制混凝土梁保持一致性。

3.3 豎向張拉法

如果選擇縱向張拉施工的方式不能有效開展施工，就要更換為豎向張拉的方式。該方式主要是通過(guò)在梁肋兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋的方式，一般都會(huì)選擇梁端肋的錨固施工方式，預(yù)應(yīng)力筋可以利用豎直方向中進(jìn)行張拉作業(yè)，依照項(xiàng)目的實(shí)際狀態(tài)，橫梁可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成為錨固梁肋內(nèi)的滑動(dòng)預(yù)應(yīng)力筋的固定支點(diǎn)或者梁底的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行活動(dòng)支點(diǎn)布置。

3.4 預(yù)彎梁法

上述幾種方式的應(yīng)用之下，能夠有效改善梁體下緣開裂的問題，避免上緣部位出現(xiàn)開裂的問題，主要是通過(guò)預(yù)彎梁法進(jìn)行施工。比如某簡(jiǎn)支鋼板梁橋的項(xiàng)目，因?yàn)楹奢d逐步的提升，改善鋼板梁受力情況，保證橋梁的面板剛度符合要求。體外預(yù)應(yīng)力加固作業(yè)方式符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，利用增加厚度的方式保證承載性能的提升，可以有效抵消外索張拉施工后的面板拉應(yīng)力，消除混凝土收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力問題。在澆筑施工前，應(yīng)該先進(jìn)行搭設(shè)支架部分的主梁結(jié)構(gòu)，和新澆筑的橋面組合成為整體的結(jié)構(gòu)[2]。

4 加固實(shí)例

4.1 橋梁簡(jiǎn)介

某橋梁項(xiàng)目的總長(zhǎng)度為304．86m，跨徑尺寸是：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)車道3．0+護(hù)欄0．25+行車道8．5+中央隔離帶2．5/2）=27m。該橋梁在經(jīng)過(guò)多年的交通運(yùn)營(yíng)后，引橋腹板、翼板都會(huì)有很多問題。腹板裂縫主要以豎向、斜向的形式為主，在T 梁端部和中部的位置上都存在有該裂縫問題，其長(zhǎng)度處于25cm～158cm，寬度處于0．03～0．26mm。

4.2 加固方案

結(jié)合項(xiàng)目的具體狀況，該工程中應(yīng)用的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)完成加固作業(yè)施工，每片T 梁兩側(cè)各增加2 束9×φ15．24-1860 級(jí)鋼絞線，張拉控制應(yīng)力1395MPa，鋼絞線需要按照該梁體結(jié)構(gòu)的側(cè)面設(shè)計(jì)成為曲線形式，同時(shí)把預(yù)應(yīng)力筋按照3 跨的方式合理設(shè)置，利用張拉施工增設(shè)的預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)達(dá)到體外預(yù)應(yīng)力的加固要求，保證結(jié)構(gòu)的性能符合要求。為了讓曲線線形固定到鋼絞線的具體位置上，在T 梁測(cè)量需要設(shè)計(jì)成為分級(jí)的張拉施工方式，能夠有效防止出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大的情況。

4.3 加固施工工藝

加固施工需要按照設(shè)計(jì)方案和施工工藝進(jìn)行，保證預(yù)應(yīng)力施工效果，滿足當(dāng)前的橋梁交通運(yùn)行工程的要求。

4．3．1 種植鋼筋。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在應(yīng)用中，通過(guò)使用錨固齒塊和轉(zhuǎn)向塊直接錨固在合理的位置上，有效避免給當(dāng)前橋梁的預(yù)應(yīng)力管道產(chǎn)生影響。根據(jù)橋梁工程的竣工圖實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的探查和分析，確定預(yù)應(yīng)力筋的施工具體位置。在施工環(huán)節(jié)，要隨時(shí)了解鉆孔的實(shí)際情況，如果發(fā)現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力要立即上報(bào)給主管部門。梁體鉆孔結(jié)束時(shí)，立即開展清孔作業(yè)，然后進(jìn)行植筋施工，防止存在鉆孔數(shù)量過(guò)多的情況。鉆孔中如果遇到鋼筋，就會(huì)造成深度不足，進(jìn)而導(dǎo)致該孔成為廢孔，應(yīng)使用高強(qiáng)度環(huán)氧膠進(jìn)行填塞處理。

4．3．2 齒塊、轉(zhuǎn)向塊混凝土澆筑。澆筑施工開始前要進(jìn)行齒塊、轉(zhuǎn)向塊模板安裝狀態(tài)的分析，齒塊為體外預(yù)應(yīng)力施工中的錨固具體位置，能夠承載結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力與剪切應(yīng)力。在該位置上，需要進(jìn)行植筋施工，混凝土澆筑、振搗施工都要達(dá)到密實(shí)度的要求，不能存在蜂窩、孔洞等缺陷問題，也不能有漏漿、脹模的情況，如果有情況，要立即采取措施處理[3]。

4．3．3 管道安裝。采用HDPE 管道，安裝施工應(yīng)該保證位置精度合格，牢固性、穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)。

4．3．4 預(yù)應(yīng)力筋準(zhǔn)備。下料長(zhǎng)度要嚴(yán)格控制，符合工作長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)使用鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行鋼筋的長(zhǎng)度切割，不能使用電弧焊進(jìn)行鋼筋切斷處理。

4．3．5 預(yù)應(yīng)力束安裝。為了全面提升施工的效率和速度，單根鋼絞線可以通過(guò)工裝進(jìn)行整束的固定，在工裝中安裝牽引吊耳。鋼絞線要合理進(jìn)行編號(hào)，兩側(cè)都需要進(jìn)行錨具孔的編號(hào)處理。鋼絞線安裝后根據(jù)其對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)錨具的安裝，不能存在交叉、干涉等問題。在T 梁的端部位置上設(shè)置1t 卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼絲繩需要進(jìn)行穿越金屬波紋管，然后連接工作中的牽引吊耳。開啟卷?yè)P(yáng)機(jī)，利用牽引實(shí)現(xiàn)整束鋼絞線的穿越施工。

4．3．6 預(yù)應(yīng)力束的張拉。鋼絞線長(zhǎng)度為56m，以曲線的形式分布設(shè)計(jì)，張拉施工環(huán)節(jié)可以同時(shí)進(jìn)行兩側(cè)張拉施工，嚴(yán)格控制應(yīng)力參數(shù)，保證鋼絞線伸長(zhǎng)量達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本次工程中所應(yīng)用的張拉力為1390MPa，單束張拉力為2289KN。從現(xiàn)場(chǎng)的施工技術(shù)參數(shù)分析可以發(fā)現(xiàn)，伸長(zhǎng)量與理論值偏差為2%，滿足規(guī)范6%的要求。

4．3．7 管道注漿。注漿施工需要在預(yù)應(yīng)力筋張拉施工結(jié)束的48h 中開展施工。預(yù)應(yīng)力管道的各個(gè)波峰的位置上進(jìn)行排氣閥的安裝施工，每個(gè)波谷的位置上都需要設(shè)置排水閥。相同的預(yù)應(yīng)力管道中，應(yīng)該連續(xù)進(jìn)行注漿施工，保證排水孔、排氣孔全部都涌出相同濃度的漿液后，進(jìn)行封閉處理，連續(xù)穩(wěn)壓2min 結(jié)束注漿施工。

4．3．8 錨頭防護(hù)。體外索張拉施工后，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行澆筑封錨砂漿來(lái)做好錨頭的防護(hù)處理[4]。

5 加固效果

施工全部結(jié)束后進(jìn)行橋梁的檢測(cè)，和加固前進(jìn)行對(duì)比分析，橋梁整體性得到提升，梁體強(qiáng)度與剛度都能夠滿足要求，從而提升加固施工效果，保證橋梁符合標(biāo)準(zhǔn)要求。體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)有著如下優(yōu)勢(shì)：

5．1 操作簡(jiǎn)單、受力效果比較好，經(jīng)濟(jì)性非常強(qiáng)，能夠應(yīng)用到多數(shù)的橋梁工程中。

5．2 可以提升橋梁加固施工效果，有效預(yù)防混凝土裂縫，減小寬度，橋梁耐久性得到提升。

5．3 體外索轉(zhuǎn)向塊、齒塊的設(shè)計(jì)、施工中體外索加固效果得以提升，避免出現(xiàn)錨固失效的情況。

5．4 按照使用的材料不同，體外索防護(hù)是提升結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵，要結(jié)合不同材料選擇合適的防護(hù)方法。

6 應(yīng)用前景分析

體外預(yù)應(yīng)力加固施工已經(jīng)成為目前的橋梁加固主要方式，極大促進(jìn)了橋梁領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。1979年所建設(shè)的格朗梅爾大橋項(xiàng)目，在1986年正式投入使用，跨中撓度為300mm，因?yàn)榧竟?jié)的產(chǎn)生影響導(dǎo)致其出現(xiàn)了很大的變化。管理公司確定在1991年對(duì)于該橋梁實(shí)施必要的加固施工，完成后實(shí)施撓度檢測(cè)，伴隨著時(shí)間的發(fā)展有著非常高的穩(wěn)定性，撓度得到了有效控制，說(shuō)明加固效果是非常好的。法國(guó)的Oleron高架橋，承載性能比較差，難以滿足交通運(yùn)行的需要，于1990年采用4 束35×0．6 預(yù)應(yīng)力鋼索實(shí)施必要的加固處理，能夠滿足整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行需要[5]。我國(guó)是在20 世紀(jì)80年代就開始全面深入研究，同時(shí)在具體的應(yīng)用中合理應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)實(shí)施橋梁的加固處理，得到了非常高的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，產(chǎn)生了極高的社會(huì)效益。該發(fā)展階段內(nèi)，橋梁加固施工中所應(yīng)用的是普通鋼筋材料，通過(guò)預(yù)應(yīng)力的方式進(jìn)行加固處理，主要是通過(guò)橫向收緊或者豎向頂撐的施工方式。因?yàn)樵谑┕ぶ兴x擇的加固方式主要是針對(duì)中、小跨徑的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的體系形式。伴隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)被大量的應(yīng)用到很多工程中取得了非常好的效果。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析能夠發(fā)現(xiàn)，通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力方式進(jìn)行加固，所產(chǎn)生的效果是非常好的，未來(lái)必然會(huì)有更加廣闊的發(fā)展空間，也能夠帶來(lái)巨大的綜合效益。

7 結(jié)語(yǔ)

體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用到橋梁加固中有著非常高的實(shí)踐價(jià)值，使用效果也非常好，能夠促進(jìn)承載力性能的提升，保證橋梁達(dá)到使用的標(biāo)準(zhǔn)。很多橋梁項(xiàng)目在投入使用比較長(zhǎng)的時(shí)間，都會(huì)出現(xiàn)一定程度的損壞，所以需要選擇合適的加固施工技術(shù)。而體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)就是主要方式，可以使結(jié)構(gòu)總體性能得到提升，保證橋梁的應(yīng)用效果滿足要求，為交通領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步起到一定的促進(jìn)作用。