閆章明

摘 要：經(jīng)過幾十年的實(shí)踐和研究，橋梁加固技術(shù)體系已較為成熟。體外預(yù)應(yīng)力加固法作為一種施工工期短、效率高、施工方便的橋梁加固技術(shù)，因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在橋梁工程施工中得到了廣泛應(yīng)用與推廣。本文結(jié)合具體案例，分析了橋梁病害原因，并通過對(duì)比多種加固方法，擇優(yōu)選用了體外預(yù)應(yīng)力加固法，并對(duì)其施工應(yīng)用要點(diǎn)和加固效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)與分析，以期全面提升橋梁加固質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力技術(shù);橋梁加固;應(yīng)用要點(diǎn)

改革開放40多年來，我國經(jīng)濟(jì)迅速騰飛，路橋事業(yè)得到了長足發(fā)展，并取得了令人矚目的成績，是見證中國速度的一抹重彩。然而，在路橋工程建設(shè)數(shù)量不斷增加的同時(shí)，大量早期修筑的橋梁工程因運(yùn)營使用時(shí)間長，出現(xiàn)了大量病害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有路橋工程超過30%使用年限已達(dá)到30年，存在安全隱患的三、四類橋梁所占比例高達(dá)40%，危橋數(shù)量超過幾十萬座。若全部拆除重建是不切合實(shí)際的。因此，解決此類問題關(guān)鍵在于加固與維修改造。常見橋梁加固方法包括體外預(yù)應(yīng)力法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維片材加固法等。本文以體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)為研究對(duì)象，將其用于橋梁結(jié)構(gòu)加固，可以改善混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提升橋梁承載力，達(dá)到抗裂理想效果。

1 工程概況

某橋梁工程全長224m，橋跨徑組成為62+100+62m，變截面連續(xù)梁為橋梁上部結(jié)構(gòu)，雙向縱坡為橋面線型，9000m為豎曲線半徑，設(shè)2%橫坡，采用盆式支座。下部結(jié)構(gòu)采用實(shí)體板式墩為主跨橋墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，布設(shè)形式為梅花形，共8根。并以雙柱式墩為邊跨過渡墩，將蓋梁設(shè)于墩頂。建成通行運(yùn)營三年后，定期檢查中發(fā)現(xiàn)，橋梁體有嚴(yán)重裂縫問題，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，橋梁體下?lián)蠂?yán)重，大量裂縫存于頂?shù)装?、腹板、橫隔板處。裂縫統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。為保證橋梁運(yùn)行安全，決定在全面了解病害原因的基礎(chǔ)上，采取切實(shí)可行的措施進(jìn)行橋梁加固處理，希望以此提高橋梁的承載力，確保橋梁施工質(zhì)量，延長工程使用壽命。

2 橋梁病害原因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本橋梁最大問題在于裂縫，其中大量斜裂縫和豎向裂縫存于橋腹板位置，且箱梁內(nèi)側(cè)腹板裂縫明顯多于外側(cè)，多在支點(diǎn)與跨中周圍集中分布。底板裂縫多為橫向裂縫，集中在跨中周圍分布。而箱梁頂板裂縫主要為縱向裂縫，集中在合龍段附近分布。根據(jù)橋梁運(yùn)營實(shí)際情況，結(jié)合裂縫分布位置，可將裂縫產(chǎn)生原因歸結(jié)為以下幾點(diǎn)，具體如下：

2.1 橋梁豎向預(yù)應(yīng)力損失過大

據(jù)大量研究發(fā)現(xiàn)，豎向預(yù)應(yīng)力損失的主要原因在于豎向預(yù)應(yīng)力筋長度短，鋼筋回縮引起預(yù)應(yīng)力損失?；蜾摻罨乜s和錨具安裝不正確，或螺母未擰緊等，上述因素均會(huì)影響豎向有效預(yù)應(yīng)力。根據(jù)橋梁實(shí)際情況，主要選擇Φ32mm高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋進(jìn)行豎向預(yù)應(yīng)力施加，其有效預(yù)應(yīng)力遠(yuǎn)沒有設(shè)計(jì)值高，因此會(huì)引發(fā)腹板斜裂縫。

2.2 橋梁縱向預(yù)應(yīng)力損失過大

本橋梁有大量橫向裂縫存于跨中底板部位，究其原因在于橋梁縱向預(yù)應(yīng)力存在較大損失，且跨中截面下緣的壓應(yīng)力儲(chǔ)備不夠，在通車運(yùn)行過程中，將有很大拉應(yīng)力出現(xiàn)于底板下緣處，此時(shí)混凝土拉應(yīng)變將遠(yuǎn)大于限定值，逐步產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，并進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 橋梁病害相互耦合作用加劇病害發(fā)展

隨著橋梁裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，加劇了主梁跨中下?lián)蠁栴}，此外，基于主梁下?lián)锨闆r，同樣又作用于梁體，促使梁體開裂，在橋梁病害的相互耦合作用下，主梁跨中撓度持續(xù)加大，病害愈發(fā)嚴(yán)重。

2.4 橋梁運(yùn)營管理不合理，超載重載現(xiàn)象嚴(yán)重

據(jù)橋梁運(yùn)營管理現(xiàn)狀可知，本橋梁段存在嚴(yán)重的超載重載問題，相比設(shè)計(jì)汽車荷載，運(yùn)營荷載過大，從而嚴(yán)重?fù)p壞橋梁，甚至出現(xiàn)局部截面應(yīng)力超限問題，這也是導(dǎo)致橋梁開裂的主要因素。

3 橋梁加固方案選擇

目前，常見的橋梁加固方法包括增大截面加固法，粘貼鋼板加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法等，各個(gè)加固法的具體情況如下：

3.1 增大截面加固法

在鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件、鋼筋混凝土受壓構(gòu)件等方面可采用增大截面加固法。通過構(gòu)件截面增大的方式可以進(jìn)一步提升橋梁結(jié)構(gòu)的剛度，在荷載作用下，能夠有效改進(jìn)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。加厚橋面板、錨噴混凝土等均屬于增大截面加固法。

3.2 粘貼鋼板加固法

在鋼筋混凝土受彎、受剪、受拉等構(gòu)件中可采用粘貼鋼板加固法。其加固原理是指在被加固構(gòu)件表面粘貼鋼板，鋼板和混凝土可構(gòu)建成一個(gè)整體，同時(shí)受力，并能約束混凝土變形，提升橋梁結(jié)構(gòu)剛度和抗裂能力。此外，應(yīng)力集中問題不易出現(xiàn)在混凝土內(nèi)。相比其他加固方法，粘貼鋼板加固方法施工簡單，且能確保橋梁凈空高度。在此方法存在一定局限性，對(duì)溫度較為敏感。一旦溫度超過60℃，將會(huì)大幅降低材料強(qiáng)度，同時(shí)，此方法屬于被動(dòng)加固法，對(duì)結(jié)構(gòu)加固前的應(yīng)力狀態(tài)無法做出任何改變。

3.3 體外預(yù)應(yīng)力加固法

作為一種主動(dòng)加固法，體外預(yù)應(yīng)力加固法是指對(duì)混凝土梁體增設(shè)體外素，以此達(dá)到提高結(jié)構(gòu)剛度，改善受力狀態(tài)的一種加固方法。體外索、錨固系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向塊等為體外預(yù)應(yīng)力加固方法的主要構(gòu)成部件，多用于鋼筋混凝土梁橋，或預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。相比其他加固方法，此方法便于施工控制，不易損傷結(jié)構(gòu)、施工工期短，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

基于本橋梁病害實(shí)際情況，結(jié)合上述三種加固方法特點(diǎn)分析，在恒載作用下，增大截面加固法和粘貼鋼板加固法均無法改變?cè)Y(jié)構(gòu)受力狀況，為改善橋梁使用性能，最終決定采用主動(dòng)加固方法的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，并輔助其他加固方法。

4 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

改善橋梁使用性能是體外預(yù)應(yīng)力加固的目的，在加固施工中，設(shè)計(jì)控制截面選擇橋梁病害多發(fā)截面，避免因體外預(yù)應(yīng)力增設(shè)而出現(xiàn)局部截面壓應(yīng)力太大問題。為保證橋梁加固后能夠正常通車運(yùn)營，需先處理裂縫，針對(duì)0.15mm以內(nèi)寬度的裂縫，則采用封閉處理;0.15mm以上寬度的裂縫，則采用灌漿處理。

基于橋梁現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，大量縱向裂縫存于橋跨中合龍段和邊跨合攏段周圍箱梁頂板處，為保證加固施工后橋梁能夠正常使用，可將碳纖維布粘貼于頂板裂縫部位，進(jìn)一步防止裂縫擴(kuò)展。同時(shí)將鋼板黏貼到腹板裂縫處。針對(duì)橋面鋪裝層厚度保持原厚度不變，避免鋪裝層厚度降低，出現(xiàn)箱梁豎向溫度梯度變大現(xiàn)象，或影響箱梁頂板受力。

根據(jù)橋梁實(shí)際情況，并結(jié)合體外預(yù)應(yīng)力筋估算面積，決定采用4束環(huán)氧涂層鋼絞線成品索加固梁體，成品索的特點(diǎn)為便于調(diào)節(jié)張拉力、易于更換索體等，并具有良好的防腐性能。按照全跨通長安設(shè)體外索，以折線型為線形類型，通過對(duì)稱張拉方法進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力

施加。

由于裂縫集中存在于邊跨合龍段和中跨跨中頂?shù)装宀课?，為此，在距支點(diǎn)0.53L處安設(shè)邊跨轉(zhuǎn)向裝置，并在距支點(diǎn)0.3L處安設(shè)中跨轉(zhuǎn)向裝置。采用豎向轉(zhuǎn)向肋為轉(zhuǎn)向裝置，以整束式轉(zhuǎn)向器為準(zhǔn)，為達(dá)到防震限位效果，可將橡膠圈墊在轉(zhuǎn)向器和體外束之間，間隔10m距離，安設(shè)一個(gè)定位裝置，防止索體自振頻率接近整個(gè)梁體自振頻率，由于共振作用將會(huì)危害結(jié)構(gòu)安全。

5 加固效果評(píng)價(jià)分析

為驗(yàn)證體外預(yù)應(yīng)力加固后橋梁承載能力情況，本文分析了加固后橋梁結(jié)構(gòu)的抗裂性能，并驗(yàn)算了加固后結(jié)構(gòu)混凝土的壓應(yīng)力，以此評(píng)價(jià)加固效果。

本次驗(yàn)算分析以邊跨3#節(jié)段截面為例，其截面驗(yàn)算值為0.20MPa，相比規(guī)范限值1.06MPa，可滿足規(guī)范要求。由此可見，體外預(yù)應(yīng)力加固施工后，可以有效提升橋梁結(jié)構(gòu)截面的抗裂性能，加固后結(jié)構(gòu)抗裂能力可達(dá)到規(guī)范要求。

為避免增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力后，橋梁結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力過大，需驗(yàn)算主梁截面壓應(yīng)力，本文以邊跨12#節(jié)段截面為例，表2為加固后結(jié)構(gòu)正截面混凝土抗壓驗(yàn)算情況。

由表2可知，相比混凝土壓應(yīng)力限值16.2MPa，加固后結(jié)構(gòu)正截面混凝土抗壓驗(yàn)算值均在限值以內(nèi)，說明體外預(yù)應(yīng)力加固施工后，可進(jìn)一步改善橋梁整體受力情況，全面提升結(jié)構(gòu)抗裂能力，具有良好的加固效果。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，為滿足日益增長的交通運(yùn)輸需求，我國公路總里程不斷增長，公路交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)基本完善。橋梁作為道路工程的重要組成部分，是連接兩地的交通紐帶。在行車荷載和自然因素長期作用下，很多橋梁工程都面臨著承載能力不足等問題，為恢復(fù)橋梁工程使用性能，保證橋梁結(jié)構(gòu)健康，必須采取一定措施加固處理，全面提升橋梁承載能力。本文提出了體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，相比其他加固技術(shù)，該加固技術(shù)較為成熟，施工工期較短，且對(duì)結(jié)構(gòu)外觀無影響，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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