T梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的應(yīng)用

任友云

（紅河公路局，云南 紅河 661100）

0 引言

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)就是采用粗鋼筋、鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲等鋼材作為施力工具，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，用預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，該技術(shù)適用于中小跨徑的梁式橋。鋼筋混凝土梁式橋如果其結(jié)構(gòu)存在缺陷，特別是承重缺陷或要求進(jìn)一步提高荷載等級(jí)時(shí)，需對(duì)橋梁主要受力構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，可在橋體外側(cè)（梁底與梁兩側(cè)）設(shè)置鋼筋或鋼絲束，并施以預(yù)應(yīng)力措施，以改變橋的主要受力狀態(tài)，提高橋梁承載能力。

1 項(xiàng)目概況

某二級(jí)公路橋梁全長(zhǎng)106.08m，橋面總寬10m，車行道寬9m，平面位于半徑為255m 的右偏圓曲線上，為跨越箐溝而設(shè)。橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁，橋面聯(lián)系為：5×20m，共一聯(lián)；每跨布梁4片；T 梁為裝配式后張法預(yù)應(yīng)力T 梁，梁高1.4m，翼板寬1.8m，梁間距2.5m，梁肋下緣馬蹄寬0.46m，梁肋寬度自跨中段漸變至兩端段0.2～0.56m；下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土圓形雙柱墩，樁柱式橋臺(tái)，支座為圓形板式橡膠支座；橋面為瀝青鋪裝路面；設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅱ級(jí)。本橋T梁采用C45混凝土，鋼絞線采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860MPa，單根直徑15.24mm 的270 級(jí)低松弛鋼絞線；鋼筋采用HRB335 和R235 兩種型號(hào)鋼筋[1]。橋梁在使用了較長(zhǎng)時(shí)間后出現(xiàn)了較多病害，各類病害對(duì)橋梁的穩(wěn)定性、安全性構(gòu)成威脅。經(jīng)專業(yè)測(cè)定與研究確定有必要對(duì)橋梁T梁進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固施工。

2 T梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工流程

T 梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工標(biāo)準(zhǔn)流程為：對(duì)T 梁原鋼束位置進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)行新增轉(zhuǎn)向塊、錨固塊放樣工作，對(duì)新增錨固塊進(jìn)行鑿毛處理，采用開鑿的技術(shù)方法處理轉(zhuǎn)向塊處對(duì)應(yīng)T 梁面，完成以上工作后進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔結(jié)束對(duì)孔洞進(jìn)行清理并植入錨筋，采用綁扎、焊接技術(shù)對(duì)錨固塊構(gòu)造鋼筋進(jìn)行處理，進(jìn)行立模混凝土施工，對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)生處理，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行橫向螺栓安裝施工，進(jìn)行螺栓檢測(cè)與調(diào)整，確保螺栓緊固，穿入體外預(yù)應(yīng)力鋼束并對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行張拉處理，最后采用防護(hù)措施處理錨頭以及螺栓，對(duì)緊固鋼束減震裝置進(jìn)行檢查。張拉預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)，一跨之內(nèi)按照以下標(biāo)準(zhǔn)順序進(jìn)行張拉：中梁→邊梁→對(duì)稱張拉。結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁按照以下順序進(jìn)行張拉處理：邊跨→中跨→對(duì)稱張拉[2]。

3 T梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工具體工藝與技術(shù)方法

3.1 原腹板鋼筋與鋼束測(cè)定

測(cè)定T梁原腹板鋼筋、鋼束位置時(shí)，以施工圖紙為依據(jù)，結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量并確定，測(cè)量時(shí)用鋼筋保護(hù)層儀測(cè)定腹板原預(yù)應(yīng)力束的位置并使用紅漆進(jìn)行標(biāo)記。新增錨固塊、轉(zhuǎn)向塊以及減震裝置的放樣工作：依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙以及前期測(cè)量結(jié)果，確定出新增錨固塊、轉(zhuǎn)向塊以及減震裝置等的具體位置然后采取相應(yīng)的處理措施。放樣時(shí)，若作業(yè)平面不夠平整應(yīng)先進(jìn)行調(diào)整，并且用綠漆將具體的位置標(biāo)明[3]。

3.2 刻槽及鑿毛施工

施工時(shí)以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)規(guī)范開展刻槽以及鑿毛工作。根據(jù)設(shè)計(jì)，梁體與錨塊接觸部位的剪力槽深度應(yīng)保持在2.5cm 左右，并且保證刻槽方向與鋼絞線張拉方向垂直。對(duì)不需要進(jìn)行刻槽的部分進(jìn)行鑿毛。完成刻槽與鑿毛處理后，清除混凝土碎屑以及土塊，并采用高壓水進(jìn)行沖洗，直到露出干凈與新鮮的混凝土表面。在這一施工階段如果有鋼筋漏出，就需使用鋼刷對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹工作，除銹結(jié)束后使用高壓水進(jìn)行沖洗[4]。

3.3 鉆孔及孔內(nèi)處理

在鉆孔施工時(shí)，以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，在對(duì)應(yīng)位置使用電錘進(jìn)行鉆孔，鉆孔結(jié)束后將孔內(nèi)的浮塵使用壓縮空氣進(jìn)行清除。結(jié)束以上工作后，根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)孔徑、孔深等進(jìn)行檢查，確保各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 錨固塊、轉(zhuǎn)向塊、減震裝置處理

在施工時(shí)，打孔與錨筋種植要同時(shí)進(jìn)行，要避免先統(tǒng)一打孔再統(tǒng)一種植的方式。為保證施工質(zhì)量，在鉆孔前應(yīng)將保護(hù)層鑿去使鋼筋露出。施工時(shí)如果植筋位置有鋼筋存在，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)鉆孔位置適當(dāng)調(diào)整。在鉆孔過(guò)程中若遇到預(yù)埋件或鋼筋，必須停止鉆孔然后適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置。在移動(dòng)值較大的情況下應(yīng)與設(shè)計(jì)單位取得聯(lián)系，協(xié)同給出調(diào)整方案使各項(xiàng)施工活動(dòng)能順利進(jìn)行。在種植錨固件時(shí)，先在注射器中裝入適量的膠黏劑，于孔中勻速注入藥劑，要全面保證施工質(zhì)量。對(duì)其余鋼筋的綁扎與焊接工作一般是在膠黏劑固化后進(jìn)行，通過(guò)規(guī)范的綁扎與焊接使其形成鋼筋骨架。為保證工程質(zhì)量，在焊接時(shí)應(yīng)對(duì)溫度進(jìn)行控制，如果溫度過(guò)高膠體可能會(huì)受到損傷。

3.5 新增錨固澆筑

在形成骨架后，先根據(jù)錨固塊的形狀建立模型，對(duì)預(yù)埋鋼管、錨具等的位置依照?qǐng)D紙進(jìn)行檢查，對(duì)預(yù)埋錨栓鋼板、預(yù)留孔的位置進(jìn)行復(fù)核，確保各項(xiàng)情況正常后進(jìn)行混凝土澆筑施工。施工時(shí)要保證混凝土配合比例合理，并做到勻速澆筑與均勻振搗，使混凝土密實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，確?；炷撩娌粫?huì)出現(xiàn)蜂窩或孔洞，保證工程施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)束混凝土澆筑后及時(shí)開展混凝土養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況采取必要的降溫或保溫措施，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能少于7d，立方強(qiáng)度不能低于100%。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行張拉處理。

3.6 穿布新增預(yù)應(yīng)力束

穿束工作要在孔道清理工作之后開展，并且在穿束時(shí)要小心謹(jǐn)慎，避免鋼絞線外的PE 護(hù)套受到損壞。在穿索前先將索頭端PE 套管剝離一段距離，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙合理控制好實(shí)際剝離長(zhǎng)度。穿索結(jié)束后，PE套管要在密封筒內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，張拉結(jié)束后PE 套管距離工作錨板不能小于300mm。在穿索時(shí)要對(duì)索體表面的護(hù)套進(jìn)行保護(hù)，確保護(hù)套不會(huì)受到機(jī)械性損傷。具體如在穿索過(guò)程中可采取以下措施進(jìn)行保護(hù)：將一定厚度的軟墊層鋪設(shè)在地面上，在墊層的上部設(shè)置支撐架，支架上部再鋪彩條布。通過(guò)這樣一套防護(hù)措施來(lái)保證管套不受損壞。

3.7 預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力束穿束就位后及時(shí)開展張拉工作。在對(duì)同一錨固塊預(yù)應(yīng)力進(jìn)行張拉時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)彈性壓縮損失，為減少或者消除彈性壓縮損失，在張拉時(shí)建議采用分級(jí)（二級(jí)）張拉法。張拉時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)兩側(cè)兩成品束的預(yù)加力進(jìn)行調(diào)整，縮小兩側(cè)鋼束有效預(yù)加力的差異。在具體張拉過(guò)程中，嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50—2011）相關(guān)規(guī)范與要求進(jìn)行。在張拉時(shí)，嚴(yán)格以噸位、引伸量進(jìn)行雙控，同時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向區(qū)域以及新增錨固端的變化情況，及時(shí)調(diào)整確保不會(huì)出現(xiàn)任何意外事故。在張拉過(guò)程中如果有意外情況發(fā)生就應(yīng)立即停止張拉工作，避免問題影響進(jìn)一步擴(kuò)大。

在測(cè)引伸量時(shí)，先對(duì)鋼絞線的直接伸長(zhǎng)值進(jìn)行測(cè)量，避免測(cè)量千斤頂油缸的變位。測(cè)量時(shí)采用以下方法進(jìn)行：將鋼絞線伸出千斤頂尾端10cm，直接測(cè)定鋼絞線在張拉前、初始張拉噸位、張拉噸位3種情況下的伸長(zhǎng)值，實(shí)測(cè)引伸量值按標(biāo)準(zhǔn)公式進(jìn)行。張拉過(guò)程中，若引伸量誤差超出這一范圍時(shí)，應(yīng)停止張拉，分析原因予以解決[5]。

在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力束張拉施工時(shí)，如果沒有特殊規(guī)定，就按照常規(guī)程序進(jìn)行張拉。先同時(shí)對(duì)稱張拉腹板左右側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼束，按照0→15%δcon→0→50%δcon→80%δcon→100%δcon→錨固的程序張拉，每個(gè)張拉階段持荷時(shí)間不短于5min。張拉時(shí)各項(xiàng)操作要符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定與要求。此外為保證工程質(zhì)量應(yīng)對(duì)伸長(zhǎng)量、張拉力等做合理控制，并動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)舊橋控制截面與關(guān)鍵位置的應(yīng)變情況，詳細(xì)觀察主梁撓度變化情況，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)張拉方案適當(dāng)調(diào)整，從而保證工程施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

在張拉階段還應(yīng)注重對(duì)體外預(yù)應(yīng)力束的防護(hù)，具體防護(hù)措施如下：將蠟、防腐油脂等不固化且有良好防腐能力的材料灌注到體外預(yù)應(yīng)力錨具密封腔內(nèi)，在結(jié)束體外預(yù)應(yīng)力束張拉后，將保護(hù)模套套在預(yù)應(yīng)力束的張拉端，為二次換索施工提供便利。于張拉端使用的護(hù)套應(yīng)當(dāng)無(wú)凹陷、裂縫、氣孔、機(jī)械損傷以及可見的鋼絞線輪廓等，護(hù)套表面要有較好的光滑度。工程中使用的防腐潤(rùn)滑油要符合相關(guān)規(guī)定且能滿足相關(guān)的要求[6]。

4 T梁加固前后承載能力評(píng)價(jià)

本橋在加固前、后分別進(jìn)行了橋梁荷載試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)橋梁的加固效果。通過(guò)模擬設(shè)計(jì)荷載作用效應(yīng)進(jìn)行短期加載試驗(yàn)，測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載（模擬設(shè)計(jì)荷載）作用下的實(shí)際受力狀態(tài)和工作狀態(tài)，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的承載能力和工作性能。

4.1 實(shí)測(cè)應(yīng)力結(jié)果

（1）加固前各試驗(yàn)工況下，1#跨T梁正彎矩最大截面（Ⅱ#截面）梁底各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（1#測(cè)點(diǎn)）實(shí)測(cè)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.41～1.69 之間；其中1-2#、1-4#T 梁Ⅱ#截面梁底應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在各工況下的校驗(yàn)系數(shù)均大于1；相對(duì)殘余應(yīng)變工況一平均值為10.53%，工況二平均值為5.84%。

（2）加固后各試驗(yàn)工況下，T 梁正彎矩最大截面（Ⅱ#截面）梁底各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（1#測(cè)點(diǎn)）實(shí)測(cè)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.91～0.98 之間，1-2#、1-4#T 梁Ⅱ#截面梁底應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在各工況下的校驗(yàn)系數(shù)均小于1；相對(duì)殘余應(yīng)變工況一平均值為0.55%，工況二平均值為1.72%。

（3）加固前跨中截面1-2#、1-4#T 梁Ⅱ#截面梁底（1#測(cè)點(diǎn)）應(yīng)變測(cè)點(diǎn)中載及偏載工況校驗(yàn)系數(shù)均大于1，依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）8.3.1 條：“主要測(cè)點(diǎn)靜力荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)大于1”，判定橋梁加固前承載能力不滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）公路-Ⅱ級(jí)荷載要求。加固后1-1#～1-4#T梁跨中截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)中載及偏載工況應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，加固后橋梁承載能力滿足公路-Ⅱ級(jí)荷載要求。

4.2 實(shí)測(cè)撓度結(jié)果

（1）加固前在各工況試驗(yàn)荷載作用下，T 梁最大彈性撓度值為-5.4mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.68～1.02 之間；其中1-2#T 梁在Ⅲ#截面（Mmax）梁底撓度校驗(yàn)系數(shù)大于1；中載工況下各梁平均撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.85，相對(duì)殘余變形平均值為1.11%；偏載工況下各梁平均撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.88，相對(duì)殘余變形平均值為0.80%。

（2）加固后在各工況試驗(yàn)荷載作用下，T 梁最大彈性撓度值為-4.2mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.55～0.79 之間；中載工況下各梁平均撓度校驗(yàn)系數(shù)均為0.67，中載相對(duì)殘余變形平均值為0.01%，偏載工況下各梁平均撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.70，相對(duì)殘余變形平均值為0.03%。

（3）加固前、后撓度測(cè)試結(jié)果表明：加固后T梁整體撓度普遍小于加固前T 梁撓度。加固后相對(duì)加固前，中載撓度校驗(yàn)系數(shù)平均值減小21.2%，偏載撓度校驗(yàn)系數(shù)平均值減小20.5%，相對(duì)殘余變形幾乎為0，加固前、后撓度數(shù)據(jù)結(jié)果表明：在張拉體外預(yù)應(yīng)力加固后，橋梁整體剛度提升顯著。

4.3 體外束與T梁變形協(xié)調(diào)性測(cè)試

抽取1-2#、1-4#T梁左、右側(cè)體外束在正彎矩最大截面測(cè)試各工況下的撓度，測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果表明：體外束與T 梁變形協(xié)調(diào)度在93.75%～105.00%之間，體外束與T梁整體變形協(xié)調(diào)性良好。

4.4 試驗(yàn)荷載作用下體外束錨下壓力測(cè)試

1-1#及1-2#T梁左側(cè)體外束在各工況試驗(yàn)荷載作用下，錨下壓力增量達(dá)到理論值的91.30%～108.89%，各工況下錨下壓力增量與理論值比值的平均值為99.51%。在試驗(yàn)荷載作用下，體外束與梁體能共同協(xié)調(diào)受力。

4.5 試驗(yàn)荷載作用下縫寬監(jiān)測(cè)結(jié)果

加固前，裂縫寬度在試驗(yàn)荷載作用下明顯擴(kuò)展，在體外鋼絞線加固后，裂縫寬度在試驗(yàn)荷載作用下擴(kuò)展明顯減小，結(jié)構(gòu)抗裂性能顯著提升。

4.6 外觀檢查

荷載試驗(yàn)前、后對(duì)試驗(yàn)橋跨進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)新增結(jié)構(gòu)受力裂縫等異?，F(xiàn)象；橋墩、橋臺(tái)未出現(xiàn)異常沉降現(xiàn)象及異常移位現(xiàn)象。

4.7 靜載試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)模擬加固設(shè)計(jì)荷載作用效應(yīng)在橋梁加固前、后進(jìn)行短期加載試驗(yàn)，依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）8.3.1條判斷：本橋1#跨T 梁在加固前承載能力不滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）公路-Ⅱ級(jí)荷載要求，加固后承載能力滿足公路-Ⅱ級(jí)荷載要求。

5 結(jié)語(yǔ)

T 梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工具有一定難度，在施工時(shí)要根據(jù)相關(guān)規(guī)范與要求，結(jié)合工程實(shí)際情況科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案，并在施工過(guò)程中不斷優(yōu)化工藝，規(guī)范施工過(guò)程，以保證T梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工質(zhì)量。工程實(shí)踐表明，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的應(yīng)用可以較大幅度地提高舊橋承載能力；在加固過(guò)程中，對(duì)原橋損傷較小，不影響橋下凈空，且不增加路面高程；可以實(shí)現(xiàn)不中斷交通或短時(shí)限制交通；體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)所需的設(shè)備簡(jiǎn)單，人力投入少，施工工期短，經(jīng)濟(jì)效益明顯。