橋梁維修加固中預應力加固技術的應用

王俊萍

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧沈陽 110136）

0 引言

近年來我國經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，交通運輸量不斷激增，而橋梁工程作為交通運輸體系中的主要構成部分，承擔著重要職責。部分橋梁工程的使用年限較長，老化程度較為嚴重，頻繁出現(xiàn)各類質(zhì)量通病，成為交通安全隱患。但是它們尚未達到最大使用壽命，如果將其拆除重建，不僅會承擔較大負擔，還會造成資源浪費。因此，普遍采用預應力加固技術對橋梁工程進行維修加固處理，不僅不會改變橋梁結構體系，同時還會強化橋梁結構性能質(zhì)量。

1 預應力加固技術在橋梁維修加固中的作用

在早期部分橋梁工程建設階段，受設計局限性因素影響，橋梁荷載值相對較低，再加上受環(huán)境因素干擾和影響，部分橋梁工程頻繁出現(xiàn)各類質(zhì)量通病，難以滿足交通運輸需求，并存在一定的安全隱患。為解決這一問題、恢復橋梁結構性能質(zhì)量，預應力加固技術在橋梁維修加固工程中得到了廣泛應用。通過施加外加預應力，可以有效消除橋梁結構的應力滯后現(xiàn)象，從而改善結構承載性能、切實滿足工程使用需求、控制橋梁維修加固成本。這也是應用預應力加固技術的意義所在。

2 橋梁體外預應力加固技術應用分析

2.1 加固方法及技術特點

在應用體外預應力加固技術時，工作人員于橋梁結構外部區(qū)域中設置適當數(shù)量的預應力筋，以鋼絲繩等材料作為受力件，并對預應力筋開展張拉操作。在張拉過程中，梁體結構將產(chǎn)生一定的反彎矩來抵消外部荷載，從而調(diào)整橋梁結構的內(nèi)力分布情況，實現(xiàn)強化橋梁結構抗變形以及承載性能的維修加固目的。其技術特點如下：

（1）可以抵消部分的橋梁結構原有外荷載，在一定程度上強化橋梁剛度以及承載性能。

（2）工藝流程較為簡單，僅需配置少量人員及設備，即可在短時間內(nèi)完成橋梁維修加固作業(yè)。

（3）在施工過程中，不會對橋梁工程的正常使用造成明顯影響。

（4）結合實際施工情況，可以適當調(diào)整原有橋梁結構的受力狀態(tài)以及幾何形狀，從而控制橋梁撓度使部分裂縫得到閉合處理，進而延長橋梁工程的使用壽命。

目前這項技術主要用于維修加固T形梁等結構的橋梁工程。

2.2 工藝流程及應用要點

以某橋梁維修加固工程為例，在應用體外預應力加固技術時：①施工人員優(yōu)先對表面結構進行處理、清除污漬雜質(zhì)；②開展施工測量作業(yè)，對錨板以及預應力筋的施工位置進行測量、標記；③依次對各處預應力筋與錨板進行安裝；④開展預應力筋的張拉操作，在張拉完畢后對其進行錨固處理；⑤對錨具與各類配件進行保護處理，如在錨具表面涂刷適當厚度的防腐漆層。

在應用過程中技術人員應注意：①注重提前沿橋梁側面結構設置鋼絞線等受力材料；②在橋梁結構體外設置索錨，并采取固定處理措施，如利用若干定位裝置將索錨固定；③結合實際情況選擇適當?shù)睦瓧U加固方式（常用的加固方式有復合式、直線式等），當原有橋梁結構的正截面抗彎性能與承載性能較差時優(yōu)先采取復合式拉桿加固方式，下弦桿拉應力較差時則采用直線式拉桿加固方式；④準確算量橋梁工程的水平鋼筋拉力，主要參照計算結果來合理制定橋梁體外索錨配置方案。

2.3 優(yōu)劣勢分析

優(yōu)勢：①在應用體外預應力加固技術時，不會對橋梁工程的原有結構與截面尺寸參數(shù)進行調(diào)整，可以將橋梁結構自重荷載增量值控制在較小范圍以內(nèi)；②在施工條件允許前提下，通過設置鋼索，將梁體結構與錨固處進行連接處理，將不會對周邊構筑物造成粘結影響，同時預應力變化幅度較小，實際使用效率較高，并不會損失過大的摩阻力；③在后續(xù)橋梁維護保養(yǎng)過程中，可根據(jù)實際加固需求，對所設置鋼索進行調(diào)整；④鋼索布置靈活度較高，技術人員可結合橋梁性能質(zhì)量與結構情況，合理選擇預應力筋布置點位。同時，在預應力筋布置過程中，不影響工程的正常使用；⑤可以重點控制橋梁結撓度以及結構縫隙。

劣勢：①在技術應用過程中，將面臨環(huán)境因素與過往車輛振動因素的干擾影響，以此為誘因引發(fā)各項施工問題的出現(xiàn)；②在橋梁結構的轉向以及錨固部位，往往會出現(xiàn)應力過于集中的現(xiàn)象，要求所配置夾片、錨具等配件具有良好的性能質(zhì)量與預應力筋強度相匹配，導致工程施工成本有所提高。

3 兩種典型的橋梁預應力加固技術

3.1 預應力高強鋼絲抗彎加固技術

3.3.1 技術特點

預應力高強鋼絲抗彎技術屬于有粘結預應力加固技術體系：通過在橋梁結構上設置適當數(shù)量的預應力筋，將梁體預應力提升到一定標準，再依次開展錨固、噴漿操作，確保橋梁結構、預應力筋與所噴灌復合砂漿在粘結力作用下，形成較為穩(wěn)定的整體結構、保持變形協(xié)調(diào)一致，從而實現(xiàn)強化橋梁承載性能與抗裂性能的施工目的。

3)振動流化床離析混合模式控制機制研究。床層顆粒流化會發(fā)生粒度離析、密度離析或混合等不同模式，直接影響振動流化床脫灰功效和傳熱傳質(zhì)干燥特性，離析混合模式控制機制是振動流化床動力學模型的重點，目前還是空白。

與無粘結預應力加固技術相比，預應力高強鋼絲抗彎加固技術采取主動加固的原理，大量使用高強鋼絲等補強材料，組合后的截面將有效承載外界壓力。此外，它還可以有效解決傳統(tǒng)橋梁維修加固施工中面臨的多項難題，如結構自重荷載增量過大、施工工期過長、鋼筋等材料易腐蝕破損等，橋梁結構的實際加固效果與整體性能較為良好。

3.1.2 工藝流程及操作要點

該技術的具體工藝流程為：施工人員對橋梁梁體表面進行處理，清除灰塵、雜質(zhì)與污漬→對錨具、錨座以及鋼絲繩的施工位置進行測量、標記→依次安裝錨座、錨具以及鋼絲繩→施工人員對鋼絲繩開展張拉操作，并對其錨固處理→于各處錨固點澆筑適量的混合砂漿，并在砂漿表面采取防護措施、開展養(yǎng)護作業(yè)→定期對橋梁維修加固成果進行檢查、維護。

在加固環(huán)節(jié)應注重結合實際施工情況，科學編制技術方案，如準確算量梁體極限承載力、橋梁結構需提升的抗彎承載力、預應力鋼絲繩布置數(shù)量及位置等，控制錨具制作質(zhì)量。例如，在某橋梁維修加固工程中，端部錨具采取外側開口結構形式，首先要視焊接作條件與鋼絲繩錨固情況，合理設定錨具的厚度、開口深度等參數(shù)。其次，將錨具于適當寬度的鋼板上進行焊接處理。再次，確保梁底結構與所設置鋼絲繩保持緊密貼合狀態(tài)，對鋼板以及錨具的結合面開展打磨操作，并于表面涂刷適量膠體，使用螺母等連接件對鋼板進行加固處理。然后，配置張拉器，將鋼絲繩一端伸入張拉器中、另一端穿過錨具開口。最后，施工人員應嚴格遵循“對稱張拉”原則，依次開展預應力鋼絲繩張拉操作，嚴格控制鋼絲繩張拉應力。

3.1.3 技術優(yōu)勢

（1）采取主動加固原理，在梁底區(qū)域設置若干數(shù)量的預應力鋼絲繩，再加上砂漿粘結作用的影響，橋梁錨固部位出現(xiàn)應力集中問題的概率極小。

（2）加固工序流程較為簡單，僅需配置一定數(shù)量的小型張拉器即可在短時間內(nèi)完成預應力鋼絲繩張拉等施工作業(yè)，工期較短、施工成本較低。

（3）復合砂漿、橋梁結構、預應力鋼絲繩以及錨具之間在粘結力作用下，將形成較為穩(wěn)定的整體性結構，橋梁加固效果較為顯著。

（4）在形成穩(wěn)定的共同受力加固體系后，可以確保橋梁混凝土結構、預應力鋼絲繩保持變形協(xié)調(diào)一致，有效發(fā)揮所使用補強材料以及加固體系的加固作用，將預應力損失程度控制在較低范圍內(nèi)。

（5）所設置預應力鋼絲繩外側分布有復合砂漿防護層，環(huán)境與人為等因素對預應力鋼絲繩造成的影響系數(shù)較低，減少了鋼絲繩腐蝕破損問題。

（6）大幅降低了橋梁混凝土結構的碳化速度，延長了橋梁工程的實際使用壽命。

3.2 預應力碳纖維板加固技術

近年來，各類高強度纖維材料在橋梁工程維修加固領域得到廣泛應用。對碳纖維板進行張拉處理，可以在結構內(nèi)部產(chǎn)生一定的預應力，確保橋梁結構穩(wěn)定保持平衡恒載狀態(tài)，并加強對橋梁裂縫與撓度擴展程度的控制力度，最終改善橋梁結構的極限承載性能。同時，該技術可以大幅強化橋梁結構的抗腐蝕性，在我國沿海區(qū)域的橋梁維修加固工程中得到了廣泛應用。

3.2.1 工藝流程及操作要點

預應力加固技術的工藝流程為：施工人員對梁體基表層進行處理→測量、校正碳纖維板的具體安裝位置→于指定位置安裝錨具，并將張拉器等設備安裝就位→在所配置碳纖維板表面涂刷適量粘結膠→遵循施工順序，依次對各碳纖維板開展張拉操作→向錨具與預應力碳纖維板表面涂刷適量的封閉劑。

在橋梁加固過程中，應注意做好碳纖維板與錨具的選材工作。例如，首先對錨具開展各項性能驗證試驗、優(yōu)先配置寬厚比較小的碳纖維板，隨后對錨具與碳纖維板的性能質(zhì)量進行檢測：如果碳纖維板平直度較差，在后續(xù)張拉環(huán)節(jié)極易出現(xiàn)板材受力不均的問題；選擇合理的張拉支架安裝方式；保證兩端錨具保持在相同水平面以內(nèi)；定期測量、校正兩端錨具中心線。

3.2.2 技術優(yōu)勢

（1）補強材料具有極為優(yōu)異的耐疲勞性以及耐腐蝕性，適用于沿海等特殊地區(qū)的橋梁工程。

（2）碳纖維板彈性模量較小，預應力損失程度較低。

（3）橋梁混凝土結構將與所設置預應力碳纖維板保持共同受力狀態(tài)，可以有效預防橋梁撓度變形等質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

（4）所加固橋梁工程的后期質(zhì)量病害出現(xiàn)率較低、整體維修成本較為低廉。

（5）工序流程簡單、施工難度低，在短時間內(nèi)即可完成橋梁維修加固施工。

4 結束語

對于使用時間過長、質(zhì)量病害頻繁出現(xiàn)的橋梁工程來說，預應力加固技術是一項效率較高且成本低廉的處理方式，可以有效強化橋梁結構的承載性、抗疲勞性等性能質(zhì)量。因此，施工技術人員應加強對預應力加固施工各個環(huán)節(jié)的深入研究實踐，全面掌握技術工藝流程及操作要點，結合橋梁工程實際情況科學編制預應力加固技術方案，進一步提高橋梁維修加固工程質(zhì)量。