體外預應力橋梁加固技術(shù)應用

文/虞功棟、周縱

1 前言

對于橋梁進行加固施工，不會給原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何損壞，同時還能夠促進橋梁的承載性能的提高，這就是預應力技術(shù)進行橋梁加固方面所產(chǎn)生的優(yōu)勢，保證橋梁可以達到交通運行的標準。我國地域面積比較大，江河湖泊分布在各個地區(qū)中，為了國家經(jīng)濟的發(fā)展和進步，我國已經(jīng)投入建設很多橋梁工程項目，很多橋梁因為投入運營時間比較長，在長期的載荷作用之下，橋梁會存在很多的病害問題，威脅項目運行安全性和實施，影響交通運行安全。體外預應力技術(shù)對于橋梁加固有著很好的效果，能夠確保加固之后延長橋梁使用年限，所以是很多橋梁管理單位的首選加固方式。

2 基本設計原則

2.1 檢測的實際應用

按照被加固施工橋梁的實際情況，可以把橋梁結(jié)構(gòu)加固分成如下三種情況：第一，根據(jù)橋梁的功能展開加固處理；第二，橋梁承載性能的加固；第三，橋梁耐久性方面的加固。對于被加固的橋梁具體適用于哪一種加固的情況，要做好各個方面的分析，展開現(xiàn)場勘測和處理，了解橋梁的損壞情況和病害問題，科學分析，明確加固施工目的，確定合適加固措施。

2.2 橋梁加寬設計與橋梁加固設計必須要同時開展

如果在進行設計和分析中沒有考慮新加寬和現(xiàn)有橋梁的銜接，那么就會導致結(jié)構(gòu)性能的損壞，所以需要把橋梁加寬設計和橋梁加固設計同時開展，保證性能合格。但是很多的情況并沒有有效分析新橋梁和原橋梁的銜接問題。橋梁加寬的寬度是比較小的情況下，盡量保證加寬的結(jié)構(gòu)部分整合分析，這樣能夠有效分散上部的荷載，提升加固效果。

2.3 采用多種加固方法同步設計

通過增大截面尺寸、增加鋼筋配入量的方式，提升橋梁結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)性能，降低橋梁荷載運行下產(chǎn)生的損壞問題，是比較常見的加固施工方式。加大橋梁截面尺寸和增加截面配筋量的方式可以有效改善橋梁承載力薄弱的結(jié)構(gòu)部分，提升加固效果，調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)體系，達到最終的效果要求[1]。

3 體外預應力加固施工技術(shù)原理分析

在加固施工作業(yè)的方式選擇中，一般選擇主動或者被動的方式，橋梁的體外預應力加固技術(shù)就是一種主動加固的作業(yè)方式。在具體的應用實踐中，把原有橋梁工程的混凝土和新混凝結(jié)構(gòu)按照規(guī)定的程序完成加固作業(yè)施工，保證橋梁的承載性能符合標準，滿足交通的應用需要。此外，體外預應力技術(shù)可以提升新舊混凝土結(jié)構(gòu)整體性，保證穩(wěn)定性達到標準要求，有效約束橋梁在使用中的加固效果。目前橋梁項目在應用中極易出現(xiàn)變形，通過體外預應力加固方式可以保證結(jié)構(gòu)性能達到要求。橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)導致變形的缺陷，可以利用體外預應力方式不會改變原有橋梁結(jié)構(gòu)形式保證性能合格，可以在這基礎之上設置必要的新混凝土結(jié)構(gòu)形式。

新混凝土結(jié)構(gòu)部件和原有混凝土結(jié)構(gòu)的變形能力往往都有著明顯的差異。在這兩個部分連接組合成為整體結(jié)構(gòu)后，舊混凝土出現(xiàn)損壞問題，而新混凝土并未達到極限狀態(tài)下，伴隨著新混凝土施工，讓原結(jié)構(gòu)形式的應變能力有效提升，保證新舊混凝土達到標準要求。從力學角度展開分析，體外預應力技術(shù)的應用保證橋梁混凝土抗剪性滿足要求，但是新舊混凝土接觸的位置上抗剪能力比較差。因此，要做好原有橋梁截面的配筋數(shù)據(jù)檢測和分析，保證橋梁體外預應力加固技術(shù)、橋梁承載性能和穩(wěn)定性得到提升。

4 施工工藝特點

4.1 體外預應力技術(shù)的主要特點

對橋梁結(jié)構(gòu)的損傷與橋梁結(jié)構(gòu)損害程度進行具體分析，為橋梁加固方案的選擇提供良好基礎。要想提升可操作性，就必須結(jié)合橋梁運營的實際情況選擇橋梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，根據(jù)實際情況選擇合適的加固措施，為橋梁結(jié)構(gòu)的性能提升奠定基礎。通過橋梁加固體外預應力技術(shù)，使用的設備要具備連貫性，避免在施工中存在摩擦力過大、橋梁外部載荷分布不均勻等情況，使體外錨索和錨固位置進行必要的連接，組合成為應力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。橋梁加固實施環(huán)節(jié)，為了有效保護原有結(jié)構(gòu)凈空、不損壞原橋梁美觀性等標準，應該盡量選擇一些靈活加固處理措施，應用靈活結(jié)構(gòu)部件，錨固與轉(zhuǎn)向功能部件就能達到這一標準。體外預應力技術(shù)加固橋梁還有一個重要優(yōu)勢，那就是自身結(jié)構(gòu)重量比較小，不需要單獨設計加固處理措施，降低加固施工成本，提高加固施工效率，保證項目施工效果，滿足現(xiàn)代化橋梁運營的需要。

4.2 分析橋梁病害和技術(shù)要求來進行針對性處理

雖然通過應用體外預應力技術(shù)可以促進橋梁加固效果的提升，但是也需要進行必要的施工處理措施，應用先進施工技術(shù)才能達到標準要求。對于應力結(jié)構(gòu)的設計為體外預應力技術(shù)加固橋梁中極為常見，底板、腹板、頂板體外索和通長索都是應用較為常見的結(jié)構(gòu)形式。這些應力結(jié)構(gòu)形式，能夠有效提升橋梁的整體性能。主要方式是讓整體的結(jié)構(gòu)形成空間曲線的形式，實現(xiàn)多個傳力點的設計，促進結(jié)構(gòu)性能的改進和完善。

4.3 體外預應力施工技術(shù)的缺點

體外預應力技術(shù)應用實踐中，有效利用體外預應力索保證預應力項目施工性能合格，但是預應力索在應用基礎上通過雨水侵蝕導致銹蝕的問題，這是當前的施工技術(shù)所存在的主要問題；在橋梁錨固中應用中，應力和橋梁結(jié)構(gòu)部設置在規(guī)定的位置上，導致了橋梁穩(wěn)定性不足，這是另外一個缺陷問題；除此之外，還有一個問題就是錨具、夾片等部件在施工中需要大量的器具。體外索張力比較小的條件下，不會出現(xiàn)鋼絞線強度的問題，施工難度相對較高。

5 具體加固措施

5.1 橋梁下方支撐式預應力拉桿

橋梁加固技術(shù)要結(jié)合具體的加固類型選擇，其存在明顯的差異性。在橋梁下部有凈空的條件之下，通過在橋梁主梁下部設置拉桿體系的方式完成加固處理。該方式的加固施工，將其設定在既有橋梁的橫隔板中，布置粗鋼筋的方式調(diào)整支撐點所處的位置，其主要的目的是調(diào)整拉桿中的張力，讓橋梁的荷載符合要求。在利用豎向頂撐張拉和橫向收緊中進行張拉施工。豎向頂撐施工方式是通過器具進行施工處理，在橋梁下部的位置，應該根據(jù)需要安裝鋼錨固定板，同時保證和已經(jīng)設計的拉桿進行穩(wěn)定的焊接連接。為了能夠讓錨固板順利進行拉桿預應力的施加作業(yè)，在橋梁跨徑中安裝必要的張緊夾具，保證橋梁腹板或者橋梁托架中都設置有張緊夾具，實施的時間保證達到設計應力的標準，根據(jù)需要設置混凝土墊塊完成固定處理，使張力達到要求，保證底面和拉桿達到吻合的狀態(tài)中[3]。此外，為了有效預防張緊夾具存在銹蝕的問題，要進行除銹作業(yè)。橫向張緊作業(yè)階段，可以把鋼筋分為兩層進行施工，直接設置到橋肋兩側(cè)，做好彎曲固定處理。在彎曲作業(yè)環(huán)節(jié)，拉桿替換成為粗鋼筋的形式，在彎曲的位置上需要安裝有相應數(shù)量的短鋼筋支撐形成預應力的結(jié)構(gòu)，在縱向需要設置撐棍和螺栓，最終通過收緊器的安裝施工可以讓拉桿橫向受力達到要求，形成穩(wěn)定的預應力結(jié)構(gòu)形式。

5.2 體外預應力鋼絲束加固法

通過鋼絲束進行橋梁上部結(jié)構(gòu)的固定處理，這是當前最為有效的體外預應力加固施工方式，主要的措施就是先進行預應力鋼筋束的制作，然后需要根據(jù)橋梁側(cè)面通過曲線的方式進行布置。在鋼絲束制作階段，有一個難點就是如何進行位置的精確固定，當前最為有效的鋼絲束固定方式是在橋梁的最低端通過布置定位箍筋圈的方式，這種方式能夠進行鋼絲束曲線線形的固定。通常來說其設備的間隔距離是50～100cm，同時還需要通過應用橋梁肋側(cè)埋設定位銷的方式進行鋼絲束的定位，也能夠達到固定精確的效果。鋼絲束在實施中，可以通過穿越梁段翼緣板斜孔的方式進行固定。在到達了梁頂錨固位置之后，就能夠進行固定處理。因為鋼絲束有著非常明顯的特點，雖然強度較高，但是使用中極易發(fā)生銹蝕的問題，導致鋼絲束的結(jié)構(gòu)性能無法滿足要求。如果通過先張預應力方式，要在鋼絲束表面設置套管的形式；如果是后張拉預應力的方式，可以在張拉施工后通過水泥漿液進行鋼絲束的包裹處理，保證其結(jié)構(gòu)性能合格[4]。

6 工程概況

橋梁下部為獨柱與雙柱式橋墩的形式，樁體為灌注樁的形式，橋臺是肋板埋設式橋臺的形式，伸縮縫在中墩出應用SSF—l60B 型橡膠伸縮縫。整個橋梁在1996年正式投入運營，時間比較長。

6.1 加固前主要病害

6．1．1 主要病害問題就是出現(xiàn)在梁體跨中、墩頂?shù)任恢蒙系呢Q向裂縫，有些墩頂出現(xiàn)的斜向裂縫的問題。

6．1．2 梁體部分位置有明顯的露筋、銹蝕等缺陷，梁段有些錨頭出現(xiàn)了銹蝕的問題。

6．1．3 箱梁底板1／4 跨、4 跨橫向裂縫與腹板豎向貫通裂縫非常明顯，數(shù)量比較多。

6．1．4 箱梁的頂部位置也有比較多的縱向裂縫和網(wǎng)裂。

6.2 病害原因分析

導致這些問題的出現(xiàn)主要是車輛荷載比較大、超載運輸嚴重等，使橋梁的承載性能比較差；設計方案自身存在明顯缺陷，對于交通量的估計不準確。

6.3 體外索加同設計要點

6．3．1 箱梁腹板兩側(cè)加厚并設置小股預應力束N1(70s15．2)、N2(50s15．2)，邊跨箱梁內(nèi)腹板增設N3(70s15．2)束，提高正彎矩區(qū)極限承載能力，增加結(jié)構(gòu)預應力度。

6．3．2 箱梁墩頂區(qū)在橋面上設置有小股預應力束，可以有效促進墩頂負彎矩區(qū)的抗彎承載性能部分。

6.4 體外預應力索加固效果

從該橋梁的荷載實驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，各項參數(shù)都達到了技術(shù)標準要求，進行整體結(jié)構(gòu)性能的評定發(fā)現(xiàn)卸載過后可以進行變形恢復，達到運行標準的要求。這就表示在進行體外預應力橋梁加固施工后，整個橋梁處于彈性工作狀態(tài)下，較之加固前對比結(jié)構(gòu)剛度得到了很大的提升。從結(jié)果數(shù)據(jù)分析，腹板兩側(cè)通過設置預應力鋼束后截面的性能得到了到提升，很大的提升了應變，截面應力水平比較高[5]。

7 結(jié)語

體外預應力橋梁加固技術(shù)比其他的加固技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)點，能夠有效改進橋梁的預應力運行實際情況，同時也能提升橋梁運行的安全性。因此，該技術(shù)被廣泛應用到橋梁加固中，對于提升橋梁運行質(zhì)量、交通效果地提升有著極大幫助，但是該方式也有一定不足，還需要在未來發(fā)展中積極改進和完善。