預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固法工藝在舊橋維修加固中的應(yīng)用

李 俊

（甘肅省甘南公路局，甘肅 甘南 747000）

1 概述

隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步，甘肅省公路交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展和“十三五規(guī)劃”的實施,高等級公路里程不斷的增長，其中橋梁是公路跨越河流的關(guān)鍵之點。隨著貨車交通占比的增大，部分老舊橋梁承載日趨加重。在公路養(yǎng)護(hù)活動中，橋梁極易出現(xiàn)病害等狀況。影響安全的主要如橋梁梁板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力裂縫，造成橋梁承載性能下降，導(dǎo)致安全隱患較大。在橋梁養(yǎng)護(hù)中，急需一種對梁板加固維修，增強(qiáng)承載能力，滿足橋梁安全承載的施工技術(shù)。就此問題，本文通過國道主干線岷縣至合作段二級公路K324+690 橋空心板采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲繩加固，嘗試解決相關(guān)問題。

2 混凝土橋梁板常用加固方法

在過去常規(guī)的公路橋梁板維修中，主要有以下幾種技術(shù)措施加固：增大梁板截面加固法、復(fù)合纖維貼加固法、梁板表面粘貼鋼板加固法和梁板體外預(yù)應(yīng)力加固法等，這些常規(guī)技術(shù)措施也都能有效的維修加固橋梁，但也有不同的使用限制。

（1）增大截面加固法：該方法適用加固較小跨徑的梁板橋，特點是適應(yīng)性強(qiáng)和施工工藝簡單，可以有效提高公路橋梁板的荷載能力。但是，有增加橋梁結(jié)構(gòu)自重的缺點，施工工期比較長，影響交通，占用空間大，也因為橋底空間減少而影響橋梁泄洪能力等不利影響。

（2）粘貼鋼板加固：對公路橋梁板粘貼鋼板工藝對橋梁的剛度提高有明顯作用。它是以樹脂粘接梁板底與鋼板的加固方法，一般加固后對原橋梁梁板底空間和表觀質(zhì)量無影響，不影響橋梁的泄洪能力。但不利之處是加固質(zhì)量很大方面決定于施工膠粘工藝能力，對施工過程中的操作技術(shù)能力要求高。長期來說鋼板的耐久性差，主要是鋼板容易受空間環(huán)境因素的影響較大，導(dǎo)致耐久性能下降，在橋梁加固中，所以有一定的環(huán)境限制。

（3）體外預(yù)應(yīng)力加固法：采用梁板底外張拉預(yù)應(yīng)力的方法，可以有效的提高舊橋的荷載，恢復(fù)橋梁使用功能。但該方法施工成本高、工藝要求比較復(fù)雜、梁板錨固端受力比較集中，容易造成梁板兩端應(yīng)力大的缺陷。

（4）粘貼纖維復(fù)合材料加固：合成的纖維材料相對其他材料自重輕，施工方便、抗拉強(qiáng)度好，長期使用性能不下降。采用專用設(shè)備將樹脂纖維粘貼于橋梁板受拉表面，讓兩者形成整體，可以有效的提高舊橋承載能力。也不占用梁底空間，不影響橋梁泄洪能力。但纖維材料不能滿足橋梁的剛度要求，在橋梁加固使用中，受到一定條件的限制。

3 工程概況

國道主干線徐合公路岷縣至合作段二級公路K324+690 橋為跨河橋，位于甘南州臨潭縣境內(nèi)。該橋是3～13m 鋼筋混凝土空心板和U 型橋臺,橋梁全長62.60m 。橋面設(shè)計寬度:凈8.0m+2×1.0m=10m,設(shè)計荷載為公路-I 級。

（1）橋梁現(xiàn)狀：在2018 年5 月養(yǎng)護(hù)管理巡查中，發(fā)現(xiàn)K324+690 橋部分梁底板出現(xiàn)等不規(guī)則裂縫,有些裂縫已屬于結(jié)構(gòu)性貫通裂縫，部分裂縫寬度達(dá)0.2mm；該橋梁底發(fā)現(xiàn)板底表面有泛堿現(xiàn)象；空心板頂板厚度普遍嚴(yán)重不足(最薄處2cm),多片板頂板有空洞現(xiàn)象。該橋梁荷載明顯降低，急需維修，方可保證通行暢通和交通安全。

（2）病害原因分析：該橋在預(yù)制梁板時,因內(nèi)模氣囊上浮,造成頂板過薄,底板混凝土過厚,人為性的降低了空心板有效配筋率。底板增厚的混凝土成為多余荷載,頂板過薄減小了截面有效高度,導(dǎo)致梁板承載力降低,從而出現(xiàn)板底裂縫,且寬度達(dá)到規(guī)范限值，造成結(jié)構(gòu)裂縫。

（3）加固維修設(shè)計方案:在對多個加固技術(shù)方案評比基礎(chǔ)上，根據(jù)該橋橋底空間較小、交通通行壓力大和需要較短施工時間完成橋梁加固、需有效提高橋梁荷載的特點。多方評選比較，因地制宜，初步選定高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲繩對K324+690 橋加固施工方案。

4 預(yù)應(yīng)力鋼絲繩施工工藝

初步擬定的橋梁加固方案如下：因K324+690橋梁板裂縫較多，采用環(huán)氧樹脂裂縫進(jìn)行灌封處理,下一步對每片梁底板采用縱向高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩張拉+表面加貼聚合物砂漿的施工工藝；加固表面也進(jìn)行防腐涂裝；采用雙層鋼筋網(wǎng)布設(shè)在橋面鋪裝內(nèi);更換舊伸縮縫；采用水穩(wěn)性能好的砂性土換填橋梁臺背,更換橋臺搭板等施工方案。

基本施工工序為：清理板底→螺栓孔彈線定位→板底開孔→清孔→安裝螺栓→焊接錨板→安裝鋼板→鋼絲繩安裝→鋼絲繩張拉→噴涂抗流掛聚合物砂漿。

（1）端部錨具的制作。端部錨具采用舊橋加固專門的專用錨具。錨具一般在3cm 厚度的荷載板上開6mm 的張拉孔，先把鋼絲繩一頭圓孔穿入，擠壓錨頭卡在錨具側(cè)面將鋼絲繩有效錨住，確保整體張拉符合要求。

（2）梁底端部錨板的固定。根據(jù)設(shè)計方案，對梁端底板進(jìn)行放樣，確定錨具的中心線位置。然后梁板底刻槽，深度為7mm 左右，方向是沿跨度方向刻槽，刻槽和鉆孔位置應(yīng)形成比較粗糙的平面，達(dá)到使橋梁板與鋼絲繩密貼的效果。在設(shè)計方案確定的位置鉆孔植入M16 的螺紋錨栓。對錨固鋼板打磨后涂抹粘鋼膠，通過M16 的螺紋錨栓將鋼板與梁板面有效結(jié)合固定。

（3）材料的選用和制作。預(yù)應(yīng)力鋼絲繩選用橋梁專用的強(qiáng)度比較高、延性好的和低松弛的鍍鋅鋼絲繩，本工程采用鋼絲繩直徑為4.5mm，根據(jù)設(shè)計方案確定所需施加的總預(yù)應(yīng)力，抗拉設(shè)計強(qiáng)度值為1100MPa。確定了每塊板鋼絲繩根數(shù)為17 根。

梁底錨具安裝好后，應(yīng)試驗確定基準(zhǔn)鋼絲的張拉控制應(yīng)力與現(xiàn)場測量的實際引伸量的關(guān)系，料長度應(yīng)嚴(yán)格控制在±3mm 以內(nèi)，避免下料過短或過長，影響張拉質(zhì)量。鋼絲繩應(yīng)在無應(yīng)力狀態(tài)但拉緊下切割下料。鋁合金套筒為雙孔套筒式，鋼絲繩在端部折成雙股后穿入套筒內(nèi)孔，通過液壓鉗對錨頭進(jìn)行強(qiáng)力擠壓，形成擠壓錨頭。

（4）預(yù)應(yīng)力鋼絲繩的張拉與錨固。本工程采用單側(cè)張拉方式，一端在錨具固定，另一端通過手扳葫蘆進(jìn)行張拉。鋼絲繩張拉長度滿足設(shè)計方案要求。為防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、側(cè)彎現(xiàn)象，一般張拉原則是橋梁板中間向兩側(cè)對稱進(jìn)行，采用對稱張拉的方式。

鋼絲繩張拉過程質(zhì)量控制的重點是張拉應(yīng)力和張拉量，嚴(yán)格控制張拉應(yīng)力大小，該橋設(shè)計伸長量為50.65mm。因嚴(yán)格控制伸長量，鋼絲繩張拉是質(zhì)量的關(guān)鍵指點，應(yīng)嚴(yán)格落實雙控措施，保障張拉應(yīng)力滿足設(shè)計要求，張拉時，應(yīng)注意舊橋梁板受力狀況，防止張拉過快導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

（5）噴抹板底底部防護(hù)砂漿。當(dāng)鋼絲繩張拉完成后，在檢驗合格的基礎(chǔ)上，及時噴防護(hù)聚合物砂漿。該防護(hù)砂漿應(yīng)選用具有較好的延性，不易出現(xiàn)橫向裂縫的抗流掛聚合物砂漿。一般是在梁板表面噴界面劑，再涂抹抗流掛聚合物砂漿，涂刷注意厚度及密度的控制，確保質(zhì)量。

聚合物砂漿必須將鋼絲繩及錨具有效覆蓋。為提高橋梁維修后的耐久性，在聚合物砂漿涂抹完成后，因河底有長流水，為提高防腐效果，在其表面應(yīng)涂刷一層防腐涂料。

5 方案比較

傳統(tǒng)加固方法各有優(yōu)點，同時也有不足之處。而利用預(yù)應(yīng)力鋼絲繩對橋梁板進(jìn)行維修加固技術(shù)，是一種比較有效的滿足現(xiàn)代橋梁加固需要的新技術(shù)，通過徐合公路K324+690 橋加固施工方案比較如下：

（1）在該小橋加固中，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲繩加固法相對增大截面加固法來說，沒有占用橋底空間，原設(shè)計泄洪能力保持不變，成本也較低。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固法相對粘貼鋼板加固來說，施工簡便、耐久性有保障，承載力提高比較明顯。

（3）相對粘貼纖維復(fù)合材料加固比較，有效的提高了剛度，梁板安全性有較大的提高。

（4）相對體外預(yù)應(yīng)力加固法比較，預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固法施工簡便、施工期短，成本低。

6 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固的特點比較明顯。是采取將有效措施將鋼絲繩有效的錨固于橋梁兩端梁底，讓舊橋荷載傳遞與鋼絲繩，當(dāng)對鋼絲繩的張拉后，鋼絲繩的拉力能夠傳遞到梁板上，鋼絲繩與梁板形成整體受力，共同承受車輛荷載，提高橋梁板的荷載能力。

2018 年完成該橋施工，經(jīng)多年使用，發(fā)現(xiàn)維修加固效果比較明顯，有效的恢復(fù)了該橋的承載能力。通過該橋施工表現(xiàn)出預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲繩加固費用小、施工方便、周期短，可在不限制車輛通行的情況下半幅通車半幅施工，施工方法較其他橋梁加固方法比較，施工工藝比較簡單。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩屬主動加固方式，具有較多優(yōu)勢，可以根據(jù)設(shè)計要求提高橋梁的剛度和最大承載力，滿足提高橋梁安全性能的要求；張拉時不需要大型設(shè)備，相對單根預(yù)應(yīng)力鋼絲繩的拉力較小，施工方便；也不減少橋下使用空間，保證橋梁泄洪能力符合要求；也不增加原橋梁自重，避免橋梁自身荷載增加；是一種施工方便和造價低的抗彎加固新技術(shù)。