混凝土連續(xù)橋梁中體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用

沈青青

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

在施工技術(shù)日益成熟和機械設(shè)備推廣使用的背景下，現(xiàn)代工程建設(shè)中大跨度連續(xù)橋梁的數(shù)量越來越多[1-2]。這類橋梁大多采用大體積混凝土澆筑而成，由于混凝土自重和車輛荷載等諸多因素的影響，隨著使用年限的增加，在荷載壓力作用下容易發(fā)生緩慢彎沉、變形，導(dǎo)致橋梁混凝土構(gòu)件出現(xiàn)開裂，帶來安全隱患[3-4]。因此，無論是為了預(yù)防橋體裂縫的出現(xiàn)，還是控制已經(jīng)發(fā)生彎曲變形的部位繼續(xù)惡化，都必須采取加固措施。體外預(yù)應(yīng)力加固是一種國際通用的連續(xù)橋梁加固方法，經(jīng)過多年的實踐和改良，已經(jīng)形成了較為成熟的技術(shù)規(guī)范。其原理是確定橋梁上應(yīng)力集中、荷載過大的部位，在其外側(cè)布置預(yù)應(yīng)力筋，從外部施加一個預(yù)應(yīng)力，該預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩抵消荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，進而達到提高橋梁極限承載能力、保障橋梁結(jié)構(gòu)安全的目的[5]。在工程實踐中，除了掌握體外預(yù)應(yīng)力加固的流程外，還要根據(jù)現(xiàn)場情況采取嚴密的技術(shù)管控措施，才能達到預(yù)期的加固效果。

1 工程背景

某混凝土連續(xù)橋梁總長度1 633 m ，為雙向六車道形式，橋面總寬度17.8 m。橋梁橫截面采用雙向雙室結(jié)構(gòu)，箱梁規(guī)格為12.4 m×10.0 m×4.8 m。該工程于2017年建成并投入使用。最近一次常規(guī)檢測時，在橋梁第二、三跨之間的梁體出現(xiàn)了若干處縱向裂縫，其中有四處較為嚴重，裂縫最大寬度超過1 cm，最大長度超過了50 cm。這些裂縫的存在已經(jīng)對橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和使用安全帶來了嚴重隱患，必須要盡快處理。

根據(jù)現(xiàn)場檢測以及開展的荷載試驗，所得數(shù)據(jù)表明出現(xiàn)裂縫處的橋梁控制斷面，應(yīng)力校驗系數(shù)在0.8～1.1之間，說明橋梁整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，但是局部承載力不足；而撓度校驗系數(shù)均大于1，說明橋梁剛度已經(jīng)達不到設(shè)計標準。經(jīng)過分析，傳統(tǒng)加固方法雖然能夠達到預(yù)期效果，但是具有操作難度較大，作業(yè)成本較高等弊端，采用體外預(yù)應(yīng)力加固是一種更為理想的選擇方案。

2 混凝土連續(xù)橋梁中體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

基于體外預(yù)應(yīng)力加固的技術(shù)方案，明顯的優(yōu)勢在于施工單位可以根據(jù)實測結(jié)果，包括彎曲變形程度、裂縫長度寬度等，靈活配置方案內(nèi)容，直到符合加固要求。除此之外，體外預(yù)應(yīng)力加固不僅可以簡化施工難度，而且方便后期進行預(yù)應(yīng)力檢測，在質(zhì)量驗收和動態(tài)監(jiān)測等方面也提供了一定便利。在明確了選擇體外預(yù)應(yīng)力加固后，根據(jù)現(xiàn)場勘查所得數(shù)據(jù)，編制完整的體外預(yù)應(yīng)力加固施工方案，完成技術(shù)交底后開始正式施工。

2.1 箱梁內(nèi)增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力設(shè)施

結(jié)合橋梁施工資料，可知錨固段使用C50混凝土澆筑而成。因此，在體外預(yù)應(yīng)力加固時，同樣選擇C50混凝土齒板?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在錨固段與主箱梁連接的部分，原來的混凝土已經(jīng)因為荷載、振動等原因出現(xiàn)了裂縫，結(jié)構(gòu)變得十分松散。借助工具將這部分混凝土清理干凈。在錨固段與主箱梁的空隙處植入數(shù)根直徑為20 mm的HRB335型鋼筋。在錨固段，鋼筋插入深度不得低于20 cm，保證固定效果。另外，布置直徑為16 mm的無黏結(jié)型鋼絞線，數(shù)量與鋼筋保持相同，該鋼絞線的最大抗拉強度不低于2 000 MPa。完成布置后，進行單端張拉試驗。在試驗中達到最大張拉力時，保證張拉端鋼束長度不低于60 mm，錨固段鋼束張拉長度不低于20 mm。張拉試驗結(jié)束后，裸露鋼筋、鋼絞線均涂抹黃油，避免出現(xiàn)腐蝕。最后，找到預(yù)應(yīng)力鋼束兩端固定位置，在固定點下方約10 cm處，安裝放松脫裝置，避免出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼束在受力后脫落的情況。

2.2 錨塊施工

錨塊除了提供支撐、加固作用外，還能夠?qū)炷两Y(jié)構(gòu)中已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫起到遏制作用，避免裂縫在應(yīng)力作用下繼續(xù)發(fā)育、擴張。根據(jù)錨塊材質(zhì)不同，分為混凝土錨塊、鋼錨塊，其施工技術(shù)也不盡相同。（1）混凝土錨塊。選擇與橋梁原混凝土構(gòu)件相同的混凝土材料加工制作錨塊?；炷铃^塊安裝前，需要對其原混凝土表面進行打磨和鑿毛處理，一是保證錨塊的各個端面能夠保持平整；二是有利于錨塊固定。對于打磨與鑿毛處理中掉落的灰渣，也要及時進行清掃。選擇鉆機，根據(jù)之前標記出的錨固位置進行鉆孔，清理鉆孔內(nèi)的灰渣，檢查成孔效果。確定孔深、孔徑、孔斜率等均符合要求的情況下，在孔內(nèi)植入鋼筋，然后澆筑混凝土，待養(yǎng)護結(jié)束后拆除模板，完成混凝土錨塊的施工。（2）鋼錨塊。鋼錨塊必須提前預(yù)制然后進行現(xiàn)場安裝。在不同橋梁工程中，鋼錨塊按照其功能差異分為兩種，分別是摩擦力鋼模塊和剪力鍵鋼錨塊。前者適用于新建橋梁，后者適用于已經(jīng)投入運行多年的橋梁。在本次工程中，橋梁建成投運時間較短，因此，在體外預(yù)應(yīng)力加固時選擇摩擦力鋼錨塊。

施工流程及技術(shù)要點：（1）根據(jù)體外預(yù)應(yīng)力加固方案，確定摩擦力鋼錨塊的基本參數(shù)，然后進行提前預(yù)制。（2）將預(yù)制鋼錨塊按照順序放置到標記好的位置，通過澆筑混凝土的方式進行固定。為了保證加固效果，所用混凝土應(yīng)符合《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT J23—2008）中的相關(guān)規(guī)定。（3）進行混凝土養(yǎng)護，使混凝土與鋼模塊牢牢固定。（4）在鋼錨塊和橋梁橫截面支架植入鋼筋，鋼筋一端采用焊接方式與鋼錨塊連接，另一端則穿過橫截面，在另一側(cè)使用螺絲進行固定。螺栓設(shè)計標準見表1。

表1 螺栓設(shè)計標準值

2.3 體外預(yù)應(yīng)力測定

運用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)處置橋梁荷載裂縫時，在加固施工結(jié)束之后要及時開展預(yù)應(yīng)力檢測，根據(jù)檢測結(jié)果判斷加固效果是否達到預(yù)期。以往加固經(jīng)驗表明，即便是按照標準方法完成了體外預(yù)應(yīng)力加固，也會受到諸多因素的干擾，導(dǎo)致加固效果達不到預(yù)期。例如，未做防腐措施、未設(shè)置放松脫裝置、或者安裝錨具時忘記加裝夾片等。因此，通過精確測定預(yù)應(yīng)力，若檢測結(jié)果表明未達到預(yù)期，需要現(xiàn)場技術(shù)人員檢查加固施工中哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了差錯，從而及時改正，消除質(zhì)量隱患，保證加固效果。預(yù)應(yīng)力檢測的對象多樣，體外索張拉力是其中影響較大的因素之一。本次工程中檢測索力張拉效果采用的是磁通量定法。原理為鋼索在受到外部壓力作用后，由于內(nèi)力發(fā)生變化，進而導(dǎo)致電流頻率也出現(xiàn)相應(yīng)的改變。此時利用相應(yīng)的儀器密切檢測電流、磁通量的變化值，然后利用軟件完成分析，直觀展示跨中部位或者主梁斷面的索力。通過對第二跨和第三跨的跨中下緣、支點上緣進行預(yù)應(yīng)力檢測，得到檢測結(jié)果見表2。

表2 主梁斷面預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果

由表2可知，第二跨、第三跨體外索張拉力均達到了施工方案中預(yù)設(shè)的理論值，說明加固效果良好。除此之外，對比跨中、支點的體外預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果也可以發(fā)現(xiàn)，無論是第二跨還是第三跨，均出現(xiàn)主跨跨中截面壓應(yīng)力儲備明顯高于主跨支點的情況，說明橋梁荷載主要集中在跨中部位。根據(jù)受力分布特點，在體外預(yù)應(yīng)力加固時，著重對兩跨中間位置采取加固措施，使橋梁主體結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定。在檢測預(yù)應(yīng)力變化的過程中，發(fā)現(xiàn)第二、三跨之間出現(xiàn)幾處裂縫，沒有繼續(xù)加寬、延伸，也沒有新裂縫的出現(xiàn)，說明本次體外預(yù)應(yīng)力加固方案取得良好效果，保障了連續(xù)橋梁的結(jié)構(gòu)安全。

3 結(jié)語

在大跨度、連續(xù)梁投入使用一段時間后，因為混凝土自身重力作用，以及車輛超載等原因，橋梁跨中部位因為荷載較大、應(yīng)力集中，較大概率會出現(xiàn)變形、裂縫。在日常檢測中，若發(fā)現(xiàn)裂縫出現(xiàn)、變形嚴重，應(yīng)引起重視，并立即采取措施予以處理。體外預(yù)應(yīng)力加固作為一種成熟技術(shù)，通過在箱梁內(nèi)增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力設(shè)施，在應(yīng)力集中部分加裝混凝土錨塊或鋼錨塊等方式，能夠顯著提升橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，對延長橋梁使用壽命和保障其使用安全有積極作用。