公路橋梁施工中體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)分析

李闊增 楊杰

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)交通事業(yè)快速發(fā)展， 橋梁作為道路交通主要組成部分，其數(shù)目也成倍增長(zhǎng)。但隨著使用年限以及荷載的增加，橋梁也暴露出諸多缺陷和病害，成為危橋、舊橋，其安全和正常使用性能得不到保障，故需對(duì)其進(jìn)行加固。體外預(yù)應(yīng)力加固是在梁體之外布置預(yù)應(yīng)力索的主動(dòng)加固法。通過(guò)對(duì)梁體加設(shè)預(yù)應(yīng)力的方法，改善原有結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，調(diào)整應(yīng)力值，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載能力的提高和抗裂、耐久性的改善。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力；橋梁工程；工程概況

據(jù)相關(guān)資料顯示，在我國(guó)公路現(xiàn)有橋梁中，危橋所占比例達(dá)到3.54%，其中2.5%為國(guó)道干線危橋比例。特別是上世紀(jì)50～60年代橋梁情況最為嚴(yán)重，局部橋梁承載力嚴(yán)重下降，大大破壞了公路網(wǎng)的整體性。為滿足當(dāng)前發(fā)展需求，降低對(duì)車輛正常通行造成影響程度。必須重視該問(wèn)題，及時(shí)選取科學(xué)有效的措施予以解決。目前，常見(jiàn)的橋梁加固方法較多，如改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固、外包鋼加固等。相比其他加固方式，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)具有良好加固效果，損害橋梁程度極小，可有效防止產(chǎn)生裂縫，且能實(shí)現(xiàn)局部裂縫閉合等優(yōu)勢(shì)，因此，在橋梁工程施工中得到了廣泛應(yīng)用及推廣。

1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)原理

體外預(yù)應(yīng)力是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一，體外預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力筋套管布置簡(jiǎn)單，調(diào)整容易，簡(jiǎn)化了后張法的操作程序，大大縮短了施工時(shí)間；同時(shí)由于預(yù)應(yīng)力筋布置于腹板外面，使得澆筑砼方便；由于預(yù)應(yīng)力筋的位置，減少了施工過(guò)程中的摩擦損失且更換預(yù)應(yīng)力筋方便易行。

體外和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的根本區(qū)別就是預(yù)應(yīng)力筋位于混凝土結(jié)構(gòu)的外部，僅在錨固及轉(zhuǎn)向塊處可能與結(jié)構(gòu)相連，因此，體外索的應(yīng)力是由結(jié)構(gòu)的整體變形所決定的；而在體內(nèi)有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，力筋位于混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，與結(jié)構(gòu)完全粘結(jié)，在任意截面處都與結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，因此力筋的應(yīng)力是與某個(gè)混凝土截面息息相關(guān)的。傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋是不被看作一個(gè)單獨(dú)構(gòu)件的。而體外筋在混凝土體外，自然成為一個(gè)相對(duì)于組成結(jié)構(gòu)整體的單獨(dú)構(gòu)件，其較體內(nèi)筋要重要許多。所以在承受動(dòng)力荷載的體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須考慮到體外筋與結(jié)構(gòu)是獨(dú)立振動(dòng)的，應(yīng)防止二者共振，而且當(dāng)體外預(yù)應(yīng)力筋在動(dòng)力荷載（如車輛等）作用下發(fā)生共振時(shí)，就易發(fā)生錨具的疲勞破壞和轉(zhuǎn)向構(gòu)件處的預(yù)應(yīng)力筋的彎折疲勞破壞。在地震區(qū)時(shí)設(shè)計(jì)還必須考慮采取相應(yīng)措施，提高體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2 工程概況

某橋梁工程為三跨連續(xù)剛構(gòu)體系，共468m，具體跨徑為124m+220m+124m。本橋主梁為單箱單室箱形截面，澆筑C55混凝土，箱梁頂板、底板總寬度分別為12m、6.5m。橋面寬度為12.5m，具體布置情況如下：人行道1.25m+行車道10.00m+人行道1.25m，本橋?yàn)殡p向兩車道，荷載等級(jí)屬于公路-I級(jí)，2.5KN/㎡為人群荷載集度。橋梁自建成通車后，因交通量增大，長(zhǎng)期超載超重影響，逐步出現(xiàn)橋梁整體剛度不足，橋面線形不平順，且部分位置裂縫過(guò)多等現(xiàn)象，這些病害的存在，將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體性、耐久性等造成嚴(yán)重影響，為此，需做加固處理。

3 橋梁主要病害分析

經(jīng)實(shí)地勘察分析，橋梁病害主要包括以下幾點(diǎn)：

1）主梁開(kāi)裂情況。（1）箱外底板裂縫?？v橋向開(kāi)裂為主橋箱梁外底板裂縫的主要表現(xiàn)形式，縱橋向裂縫共檢查出86條，54.65m為裂縫的總長(zhǎng)度，0.35mm為裂縫寬度最大值，橫向裂縫共2條。按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，0.20mm為縱向裂縫允許寬度，0.35mm>0.20mm，則說(shuō)明箱外底板裂縫部分寬度均在允許范圍以外，且大于允許值。（2）箱外腹板、翼緣板裂縫。經(jīng)檢查可見(jiàn)，此部位豎向開(kāi)裂共2處，縱向裂縫共1處。3m為裂縫總長(zhǎng)度，0.25mm為裂縫最大寬度。（3）箱內(nèi)底板裂縫。經(jīng)檢查，共有3條縱向裂縫，8.5m為裂縫總長(zhǎng)度，0.40mm為裂縫最大值。（4）箱內(nèi)腹板、翼緣板裂縫。經(jīng)檢查，共有7條縱向裂縫，8.1m為裂縫總長(zhǎng)度，0.25mm為裂縫最大寬度。（5）箱內(nèi)齒板裂縫。共檢查出180處裂縫，56.77m為開(kāi)裂總長(zhǎng)度，1.00mm為最大寬度。因本部位屬于局部受壓區(qū)，具有極為復(fù)雜的應(yīng)力情況，導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)裂縫的直接原因在于設(shè)計(jì)時(shí)考慮局部配筋不足或張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土強(qiáng)度較低等。

2）跨中下?lián)?。根?jù)檢測(cè)可見(jiàn)，大橋中跨跨中部位，即179.0～2.89m范圍內(nèi)，有不同程度下?lián)犀F(xiàn)象，其中中跨跨中合攏段為最大下?lián)咸?，同時(shí)，相比原設(shè)計(jì)值，最小實(shí)測(cè)高程少了13.2cm；且相比原設(shè)計(jì)線形，兩邊跨橋面實(shí)測(cè)線形有高有低，兩邊跨距兩端30m位置為最大負(fù)偏差處，與原設(shè)計(jì)值相比，此位置橋面實(shí)測(cè)高程略低，基本低出-0.2～-10.4cm。根據(jù)檢測(cè)分析，大橋其他區(qū)域橋面高程均在原設(shè)計(jì)值以上。跨中下?lián)系闹苯釉蛟谟?點(diǎn)，第一，因主梁混凝土收縮徐變產(chǎn)生；第二，于結(jié)構(gòu)內(nèi)力而言，頂板懸臂施工束與地板預(yù)應(yīng)力束損失對(duì)其影響較大，因此出現(xiàn)下?lián)稀?/p>

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

1）加固方案。通過(guò)分析橋梁病害，為改善主梁應(yīng)力情況，增強(qiáng)橋梁承載力，必須做好橋梁加固處理工作。經(jīng)分析決定選用增設(shè)縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束的加固方案，通過(guò)這種加固方式，可提升加固箱梁承載力極限狀態(tài)，促使加固箱梁跨中上移，且對(duì)橋梁下?lián)掀鸬揭种谱饔谩?/p>

2）體外預(yù)應(yīng)力加固。根據(jù)橋梁具體情況，可將通長(zhǎng)的體外預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置到較高主拉應(yīng)力值的中跨與邊跨部位，確保開(kāi)裂梁段一定剪力能夠向根部梁段傳遞。其中選取25-φs15.2鋼絞線對(duì)中跨加固，需布設(shè)12束；同時(shí)選用17-φs15.2鋼絞線對(duì)邊跨加固，需布設(shè)8束，1860MPa為標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度值。根規(guī)定，以1116MPa為體外預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力值，60%為鋼絞線設(shè)計(jì)強(qiáng)度。因體外預(yù)應(yīng)力加設(shè)量大，因此，布設(shè)方式可選用沿箱梁內(nèi)部頂?shù)装宸稚⒎?。通過(guò)可調(diào)可換式錨具進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力施工，以此為橋梁后期維修提供便利。在錨固體外預(yù)應(yīng)力束時(shí)，可通過(guò)邊跨端部橫隔板與墩頂位置橫隔板施工。在錨固邊跨橋臺(tái)位置橫隔板時(shí)，為方便放置錨具與張拉施工，需去除局部橋臺(tái)背墻。因箱內(nèi)空間不足，可選取混凝土橫隔板作為轉(zhuǎn)向裝置。

3）中跨跨中箱梁底板抗彎加固。為對(duì)底板裂縫進(jìn)行封閉，可將鋼板粘貼到中跨跨中箱梁底板底面或邊跨、次邊跨箱梁底板底面，從而保證截面抗彎承載力有效提升。

5 體外預(yù)應(yīng)力加固有效性分析

1）通過(guò)計(jì)算，在承載力能力極限狀態(tài)下，橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固，可有效提高橋梁正截面抗彎與斜截面抗剪能力。將檢測(cè)可知，加固后，主梁抗彎承載能力驗(yàn)算與規(guī)范要求相符，1.14為其最小安全系數(shù)，位于墩頂部位，相比加固前安全系數(shù)1.10，提升了0.04。主梁抗剪承載力驗(yàn)算中，1.01為最小安全系數(shù)，位于中跨1L/8、7L/8部位，相比加固前0.95，提升了0.06.由此表面，在承載能力極限狀態(tài)下，加固后此橋梁安全性能良好。

2）在正常使用極限狀態(tài)，經(jīng)檢測(cè)，加固后橋梁箱梁截面上下緣主拉應(yīng)力都有所下降。梁內(nèi)安設(shè)的體外預(yù)應(yīng)力筋的彎起部分，可產(chǎn)生豎向分力，從而降低剪力及混凝土主拉應(yīng)力。開(kāi)裂部位主拉應(yīng)力的降低，將有效抑制已有裂縫。

3）針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)锨闆r，經(jīng)加固施工后，可整體提升橋梁剛度。經(jīng)計(jì)算，在汽車荷載作用下，可減小大橋中跨跨中下?lián)锨闆r，原有下?lián)现禐?9.90mm，加固后57.31mm，降低了12.59mm，邊跨撓度也隨之下降。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升，在公路橋梁工程施工中，只有嚴(yán)格按照相關(guān)施工要求進(jìn)行施工，才能提升工程質(zhì)量。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為橋梁加固工程施工建設(shè)的重要技術(shù)之一，只有規(guī)范施工流程，提高施工技術(shù)水平，才能保證工程整體質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)橋梁工程經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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