體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固施工中的應(yīng)用研究

龔云峰

（營口市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法隊(duì)，遼寧營口 115000）

0 引言

橋梁是公路工程項(xiàng)目中重要的組成部分，其運(yùn)營過程中的功能直接關(guān)系著整條線路的交通能否順暢。當(dāng)前，一些既有橋梁已經(jīng)無法滿足橋梁建筑施工的設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)，因此對國家公路運(yùn)輸事業(yè)造成嚴(yán)重影響[1]。由于當(dāng)前交通量和車流量不斷增加，公路交通負(fù)荷呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，部分早期完成施工的橋梁逐漸出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的損傷問題，威脅到橋梁的安全通行。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的體系實(shí)質(zhì)是位于混凝土橫截面以外的預(yù)應(yīng)力束對混凝土材料施加的預(yù)應(yīng)力[2]。早期的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，由于存在耐腐蝕性弱、構(gòu)造不合理等問題，會(huì)產(chǎn)生鋼索銹蝕問題，嚴(yán)重影響其正常使用。在相同的施工條件下，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的構(gòu)造較為復(fù)雜，若更換鋼束會(huì)對本來較為復(fù)雜的部位提出更高的要求，進(jìn)而造成整個(gè)工程造價(jià)成本增加，無法體現(xiàn)該技術(shù)在應(yīng)用中的優(yōu)越性，因此，在后期體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)很少應(yīng)用于實(shí)際的工程項(xiàng)目中。為提高體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的性能，本文以橋梁加固施工項(xiàng)目為例，開展體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

1.1 橋梁體外加固體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對既有橋梁的加固，采用多個(gè)鋼絞線組成的預(yù)應(yīng)力索作為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的混凝土核心結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同位置的不同加固強(qiáng)度需要，選擇普通類型鋼絞線和鍍鋅材料類型的鋼絞線，考慮橋梁周圍環(huán)境可能存在腐蝕性物質(zhì)，為避免鋼絞線受到腐蝕，在其結(jié)構(gòu)外層通過涂抹或外包PE的方式防護(hù)[3]。針對不同橋梁所處區(qū)域環(huán)境極為惡劣的問題，可采用單根無黏結(jié)鋼絞線體外索作為其鋼絞線構(gòu)件。結(jié)合橋梁使用情況，將橋梁體外加固體系錨固結(jié)構(gòu)分為可更換類型和不可更換類型。在對鋼絞線進(jìn)行灌漿時(shí)，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)材料選擇的灌漿材料有所不同，針對普通類型的鋼絞線可以直接采用非剛性的灌漿材料，例如石蠟材料[4]。針對鍍鋅材料類型的鋼絞線，為進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，可以選擇將水泥作為灌漿材料。

橋梁體外加固體系中的轉(zhuǎn)向裝置可選擇塊狀式轉(zhuǎn)向構(gòu)造和鋼鞍座式轉(zhuǎn)向構(gòu)造兩種，如圖1所示。

圖1 兩種轉(zhuǎn)向構(gòu)造示意圖

圖1中（a）為塊狀式轉(zhuǎn)向構(gòu)造類型；（b）為鋼鞍座式轉(zhuǎn)向構(gòu)造類型。其中（a）構(gòu)造類型只能承受鋼索帶來的豎向分力，這一構(gòu)造類型可以應(yīng)用在跨徑較小的混凝土結(jié)構(gòu)中，用于為體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)提供轉(zhuǎn)向能力。（b）構(gòu)造類型轉(zhuǎn)向鞍座的整體結(jié)構(gòu)是由鋼構(gòu)件組成。由圖1可知，鋼板的作用主要用于傳力和定位，合理的傾斜桿結(jié)構(gòu)和水平桿結(jié)構(gòu)可以有效抵御鋼索在轉(zhuǎn)向過程中產(chǎn)生的水平分力和豎直分力。

1.2 橋梁梁體預(yù)應(yīng)力索線布置

完成對橋梁體外加固體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)后，還需要對橋梁梁體預(yù)應(yīng)力索線進(jìn)行整體布置，根據(jù)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在使用過程中的基本原理，在對預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)按照如下規(guī)則布置：首先，筋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外部結(jié)構(gòu)和安裝位置應(yīng)與橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中給出的彎矩圖相對應(yīng)，并且在布置過程中需要保證預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)的等效荷載和外部荷載相同[5]。其次，為能夠在應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)時(shí)獲取更大的橋梁橫截面抵抗彎矩，還應(yīng)在橫截面位置上對預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行控制，以此進(jìn)一步提高橋梁的抗裂能力，使其能夠承受更大的荷載。最后，為了在施工過程中減少對預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)的摩擦損傷以及錨固損傷，提高其有效的預(yù)應(yīng)力值，在對橋梁梁體預(yù)應(yīng)力索線布置時(shí)應(yīng)將提升施加預(yù)應(yīng)力作為布置目標(biāo)。在上述論述基礎(chǔ)上，完成對橋梁梁體預(yù)應(yīng)力索線的布置。由于體外預(yù)應(yīng)力索與橋梁中的混凝土材料無黏結(jié)，因此索中各個(gè)點(diǎn)上的拉力大小都應(yīng)設(shè)置相等，以此確定預(yù)應(yīng)力索最優(yōu)布置線形。

2 實(shí)例分析

在上述基礎(chǔ)上，為確保該技術(shù)在實(shí)際橋梁施工項(xiàng)目中發(fā)揮更大作用，以某橋梁加固施工項(xiàng)目為依托，將體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到該工程項(xiàng)目中。已知該項(xiàng)目橋梁跨度為4 500mm，利用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)完成對該橋梁預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)直線形布置，并標(biāo)記橫截面上各個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸，如圖2所示。

圖2 體外預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)直線布置及橫截面尺寸示意圖（單位：mm）

該橋梁項(xiàng)目以C40混凝土材料為主，在引入體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)后采用2Φ14.8鍍鋅材料類型的鋼絞線，并外包PE。非預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)采用HRB46-604型號，扣除預(yù)應(yīng)力損失后，得出其有效預(yù)應(yīng)力應(yīng)為1 023MPa。按照本文上述論述內(nèi)容，完成對該橋梁建筑的加固施工后，測量加固施工前后橋梁多個(gè)測點(diǎn)上極限狀態(tài)下的彎矩值，選用YW-1249型號彎矩測量儀測量。該型號測量儀的測定范圍為0～10N·m，最小刻度為0.1N·m，精度為±0.1%~±0.5%，將測量儀得出的結(jié)果記錄并繪制成表1。

表1 橋梁加固施工前后極限彎矩值記錄表 單位：N·m

橋梁極限彎矩表示在橋梁運(yùn)行過程中達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠承受的彎矩。極限彎矩越大，說明橋梁能夠承受的荷載越大，越不容易受到損傷。從表1中記錄的各個(gè)測點(diǎn)極限彎矩值可以看出，在應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工前，其極限彎矩值均未超過160.00N·m，而應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工后，其極限彎矩值均超過了200.00N·m。因此，通過上述實(shí)例進(jìn)一步證明，將體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到橋梁加固施工項(xiàng)目中可以有效提高橋梁整體的荷載承受能力，提高橋梁整體強(qiáng)度，延長其使用時(shí)間。

3 結(jié)語

本文在橋梁加固施工項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，將體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，通過研究得出，該技術(shù)可根據(jù)具體橋梁建筑情況對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而充分滿足不同橋梁的加固需要，并達(dá)到預(yù)期的加固效果。