體外預應力技術(shù)在橋梁加固工程中的應用

嚴 冬

(中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210005)

1 體外預應力技術(shù)概述

1.1 簡介

對于橋梁加固工程實施來說，體外預應力技術(shù)是其中最為關(guān)鍵的技術(shù)手段，體外預應力技術(shù)在橋梁加固工程的實際應用中主要包括四個方面，分別是預應力鋼絞線、防腐裝置、加固裝置以及轉(zhuǎn)向裝置，在具體的操作過程中，首先是通過對其中的預應力鋼絞線進行操作，對橋梁梁體進行牽拉，實現(xiàn)對橋梁兩端預應力的有效添加，然后是在然后將其中的加固裝置、轉(zhuǎn)向裝置以及防腐裝置進行安置，從而保證體外預應力技術(shù)的施加完善。

1.2 特點

橋梁加固工程的開展，涉及到的內(nèi)容相對較多，與橋梁工程建設以及施工技術(shù)等多方面內(nèi)容都有聯(lián)系，傳統(tǒng)的加固技術(shù)的應用可能會對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，導致橋梁加固作用并不明顯，且容易出現(xiàn)較多的問題，體外預應力技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，是在傳統(tǒng)加固技術(shù)上的一大進步。體外預應力技術(shù)的應用的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是體外預應力技術(shù)其中鋼絞線、加固裝置等部分的應用，需嚴格按照標準進行材料選擇，這樣才能夠在較大程度上提升橋梁工程的載重力，體現(xiàn)明顯的加固效果；二是鋼絞線其強度應當保證達到施工要求，強度大的鋼絞線使用時間長，在使用期限內(nèi)應力變化小；三是錨固系統(tǒng)需選用合適、標準的系統(tǒng)，從而便于應用。

2 應用優(yōu)勢及缺點

2.1 應用優(yōu)勢

首先能夠保障橋梁工程的基本結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，并能夠?qū)ζ涑霈F(xiàn)問題部分進行有效修復，從而能夠在原基礎(chǔ)上進行加固，減少由于結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而造成的橋梁使用過程中出現(xiàn)問題；其次體外預應力技術(shù)的應用還能夠有效的保障加固工程實施過程中的安全性，以及橋梁工程建設的安全性，對于加固工程的實施有著重要的幫助；然后是就施工過程而言，體外預應力技術(shù)的施工過程簡潔，操作簡單，并且，在施工的過程中，不需要封鎖橋梁，因此，能夠盡可能減少橋梁加固對道路通行的影響；最后，對于體外預應力加固技術(shù)的應用來說，相較于其他的加固技術(shù)手段，其自身所具有的重力較小，因此，不會對橋梁載重造成太大的影響，另外，對于部分橋梁建筑來說，也不會破壞橋梁自身的審美功能。

2.2 缺點

體外預應力技術(shù)在橋梁加固工程中的應用，相較于傳統(tǒng)技術(shù)具有較多的優(yōu)勢，但是針對其自身發(fā)展而言，仍存在需要改進的部分。在體外預應力技術(shù)的應用過程中，其中部分采用應用后處于暴露狀態(tài)，因此，在加固完成后的實際應用中，容易受到外界環(huán)境的侵蝕，對加固裝置產(chǎn)生影響，對于該部分內(nèi)容，還應當重點加強對暴露裝置的防腐處理，避免對加固工程的后續(xù)應用造成影響。體外預應力技術(shù)在應力施加后，存在部分的橋梁工程建設產(chǎn)生的應力容易與該應力集中在一起，這樣在加固完成后容易造成橋梁穩(wěn)定性的降低，對橋梁工程的安全性造成損害，對于這一問題，還需要管理人員以及施工人員在實際操作過程中，對橋梁結(jié)構(gòu)等進行細致的檢查，避免造成應力的集中。

3 設計原則

在設計時應當遵循以下原則：一是對橋梁加固基本情況的了解，體外預應力技術(shù)的應用中，具有的一大優(yōu)勢就是其能夠有效保障橋梁結(jié)構(gòu)不被改變，因此，在加固工程開始前，首先就需要對橋梁基本結(jié)構(gòu)進行充分的考察；二是對于部分的橋梁加固工程施工來說，加寬工程與加固工程均需要進行，那么在對兩部分內(nèi)容進行設計的過程中，應當有效結(jié)合，避免由于寬度設計對加固工程產(chǎn)生影響，造成加固設計無法有效進行；在進行設計時，還需要結(jié)合橋梁出現(xiàn)問題的復雜程度進行設計，因此，在設計的過程中可以采用多種加固方式同時進行，這樣更能夠有效提升加固效果。

4 體外預應力在項目中的實際應用

4.1 項目概況

江蘇某高速由于日益增加的交通量壓力影響下，高速需要進行拓寬處理。本項目橋梁位于高速主線橋部分，橋梁全長632.4 m，全寬35.0 m。上部結(jié)構(gòu)為20 m×25 m預應力組合箱梁，4跨1聯(lián)，共5聯(lián)；下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺，鉆孔樁基礎(chǔ)，橋面鋪裝為瀝青混凝土。

橋梁建設于上世紀90年代，設計荷載等級為汽車-超20級，掛車-120級。由于規(guī)范的修改，目前橋梁荷載等級不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的公路-I級，因此，需要對組合箱梁進行加固改造。

4.2 設計荷載

根據(jù)《高速公路改擴建設計細則》(JTG/T Lll-2014)，本橋橋梁設計荷載如下：拼接利用舊橋涵：承載能力極限狀態(tài)滿足公路-Ⅰ級，正常使用極限狀態(tài)滿足汽車-超20級、掛車-120。

4.3 原橋檢算

根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01-2014)，拼接加寬利用的原有橋涵其承載力應滿足現(xiàn)行規(guī)范荷載等級，正常使用狀態(tài)采用原設計荷載等級。

本次檢算對既有橋涵分別采用原規(guī)范標準和現(xiàn)行規(guī)范標準進行承載能力檢算：基于檢測結(jié)果考慮折減系數(shù)后，原橋梁正常使用極限狀態(tài)和承載力極限狀態(tài)均滿足原設計規(guī)范荷載標準要求；拼寬后舊橋裝配式預應力混凝土箱梁承載能力存在不同程度不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，主要計算成果總結(jié)如下。

表1 小箱梁承載力驗算匯總表(單位：KN·m)

4.4 組合箱梁體外預應力加固

設計針對組合箱梁抗彎承載能力不足而進行橋梁加固，主要的技術(shù)方案為：組合箱梁增加體外預應力，將引橋的承載能力提高至現(xiàn)行規(guī)范的公路-I級，滿足規(guī)范要求。

由于邊跨的內(nèi)側(cè)中梁及中跨的5#梁富裕度欠缺較少(-0.95%和-1.36%，均小于3%)，對這兩片板梁不進行加固處理，本次設計組合箱梁加固范圍為：邊跨1#梁、中跨1#～4#梁。

體外預應力鋼束采用環(huán)氧涂層鋼絞線成品索，除中跨內(nèi)邊梁規(guī)格采用4-φs15.2，其他加固的梁體均采用3-φs15.2。通過增加的錨固齒板及轉(zhuǎn)向器張拉固定。采用應力、伸長量雙控。中跨同一跨預應力體外束加固張拉順序為：2#、3#梁同時張拉→1#、4#梁同時張拉，邊跨僅1#梁張拉。

4.5 加固后結(jié)構(gòu)驗算

按公路-I級(2015)計算，承載能力極限狀態(tài)最大彎矩組合值與正截面抗彎強度如表2所示。

表2 小箱梁加固后承載力驗算匯總表(單位：KN·m)

由表2可知：加固后各跨上部結(jié)構(gòu)組合箱梁跨中截面抗彎承載能力均能滿足公路-I級荷載(2015)的安全承載要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，當前橋梁工程的增加，傳統(tǒng)工程建設中存在問題的部分也暴露出來，有效加強對橋梁工程的加固工作開展能夠進一步提升舊橋的使用率。體外預應力技術(shù)在橋梁加固工程中的應用，能夠在一定程度上有效促進橋梁工程建設，并且，其中具有的較多特點相較于傳統(tǒng)的橋梁加固技術(shù)能夠更為有效保障橋梁工程的繼續(xù)使用。就當前我國對于橋梁加固工作的開展來說，還存在部分需要改進的地方，預應力技術(shù)的應用也需要不斷結(jié)合先進的科學技術(shù)，從而能夠在未來橋梁工程建設發(fā)展過程中，不斷進行加固工作的開展，不斷促進我國橋梁工程中加固工作的有效應用。