江津公路大橋體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)★

范忠明

1 大橋概況

江津公路大橋建成于1997年，主橋?yàn)?140+240+140)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，引橋?yàn)?4×50 m簡支T梁橋和4×22.5 m連續(xù)板橋。主橋橋梁凈寬21.5 m。主橋箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用單箱室截面，頂板寬22 m，底板寬11.5 m，兩側(cè)翼緣板懸出5.25 m。支點(diǎn)箱梁高5 m。中孔跨中及邊孔墩附近梁高2.4 m。箱梁下緣按二次拋物線變化。箱梁底板和腹板厚度由中孔墩頂向兩側(cè)遞減。中孔墩兩側(cè)底板和腹板厚度均為65 cm。在中孔跨中和邊孔墩頂附近，底板厚度為30 cm，腹板厚度為35 cm。主墩采用雙薄壁墩身，群樁基礎(chǔ)。

2 病害狀況

該橋1997年建成通車，1999年12月發(fā)現(xiàn)箱體出現(xiàn)較多裂縫，主跨箱梁出現(xiàn)不同程度的病害。為此對該橋主橋分別進(jìn)行了質(zhì)量檢測和荷載試驗(yàn)。1)裂縫:經(jīng)詳細(xì)檢查，裂縫共有337條。裂縫寬度以微細(xì)裂縫為主，寬度在0.10 mm以下裂縫共238條，占全橋總數(shù)的70.6%，寬度在0.15 mm～0.2 mm的裂縫有57條，占全橋總數(shù)的16.9%，0.25 mm以上的裂縫有42條，占總數(shù)的12.5%，且全部分布在第4跨～第7跨，裂縫最大寬度達(dá)3 mm。裂縫主要類型有:支點(diǎn)附近處腹板的斜向裂縫、跨中附近處的橫向裂縫、翼板的橫向裂縫、底板的縱向裂縫、橫向施工縫及不規(guī)則收縮裂縫。其中，腹板與底板交接處裂縫最大縫寬達(dá)3 mm;主跨80 m～160 m范圍內(nèi)腹板大面積開裂。2)撓度:2006年4月檢測主跨跨中撓度，較設(shè)計(jì)值下?lián)狭窟_(dá)到31.7 cm，并仍然在持續(xù)發(fā)展。3)病害原因:由于墩頂預(yù)應(yīng)力束布設(shè)不足(約少了15%～20%);箱梁截面形式選擇欠佳;無下彎索、對豎向預(yù)應(yīng)力損失估計(jì)不足等多種因素而造成箱梁出現(xiàn)不同程度的病害。4)加固方案:主要采用增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力索對大橋進(jìn)行加固，輔以裂縫灌漿、粘貼鋼板、粘貼碳纖維布等技術(shù)措施進(jìn)行維修。

3 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

體外預(yù)應(yīng)力加固是以預(yù)應(yīng)力粗鋼筋(精軋螺紋鋼)高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線等鋼材作為施力工具，采用千斤頂對橋梁結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，并用高強(qiáng)專用錨具進(jìn)行錨固，用施加體外預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反向彎矩來抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，以達(dá)到改善橋梁使用性能、提高橋梁承載能力之目的。

3.1 增設(shè)混凝土錨固塊

體外預(yù)應(yīng)力體系是靠錨固塊傳力，錨固塊必須和原結(jié)構(gòu)有效連接，傳遞應(yīng)力，錨固塊一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在箱梁內(nèi)增設(shè)混凝土錨固塊，首先將箱梁混凝土保護(hù)層鑿去，露出鋼筋，再將錨固墊板處的混凝土進(jìn)行細(xì)鑿，綁扎鋼筋，預(yù)埋預(yù)應(yīng)力波紋管，澆筑錨塊混凝土(見圖1)。

圖1 混凝土錨固塊

圖2 轉(zhuǎn)向板

3.2 增設(shè)混凝土轉(zhuǎn)向板

轉(zhuǎn)向板是實(shí)現(xiàn)體外索加固的重要構(gòu)件，其傳載方式和自身性能也是影響預(yù)應(yīng)力施加效果的關(guān)鍵。體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋必須通過轉(zhuǎn)向板改變方向，從而形成設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力筋曲線形式。在轉(zhuǎn)向板與預(yù)應(yīng)力筋的接觸區(qū)域，由于摩擦和橫向力的擠壓作用，如果轉(zhuǎn)向板設(shè)計(jì)不合理或構(gòu)造措施不當(dāng)，預(yù)應(yīng)力鋼材容易產(chǎn)生局部硬化和摩阻損失過大。轉(zhuǎn)向板的設(shè)計(jì)要求預(yù)應(yīng)力筋在折角點(diǎn)的位置必須高度準(zhǔn)確，避免產(chǎn)生附加應(yīng)力，轉(zhuǎn)向板在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)也不應(yīng)對預(yù)應(yīng)力鋼材有任何損害(見圖2)。

3.3 體外索布置

體外索主要有光面鋼絞線、無粘結(jié)鋼絞線、平行鋼絲、成品索等類型。體外索較多采用無粘結(jié)鋼絞線，環(huán)氧噴涂帶PE的單根鋼絞線具有良好的耐腐蝕性能，具有很好的適用性，目前廣泛適用在橋梁加固中(見圖3)。

3.4 體外索張拉

圖3 體外索

張拉時(shí)，先在錨板上對應(yīng)編號，按二次張拉工藝進(jìn)行張拉。即每根按照20%，30%，50%的方法進(jìn)行第1次張拉。在張拉到20%時(shí)進(jìn)行初始標(biāo)注，以后每級記錄標(biāo)距的變化值以便計(jì)算延伸量。第1次張拉完成后，檢查各隔板位置無變化后進(jìn)行第2次張拉。按照50%，100%持荷5 min放張回油的方法進(jìn)行。張拉過程中應(yīng)注意控制千斤頂活塞的伸長量，盡量做到兩端同步。除采用油壓控制外，各張拉端及時(shí)測量千斤頂活塞伸長值，確保不超出每端的每級計(jì)算值。太快或太慢時(shí)都要及時(shí)調(diào)整油泵進(jìn)油量。最終每束兩端的總伸長值必須符合計(jì)算要求。應(yīng)派專人檢查錨頭預(yù)埋管、索體全長各轉(zhuǎn)向部位、限位裝置安裝部位的受力和變形情況，出現(xiàn)異常及時(shí)停機(jī)處理。張拉過程中，若出現(xiàn)異常響聲或明顯斷絲、滑絲現(xiàn)象，必須立即全部停機(jī)，并盡快通知監(jiān)理工程師和現(xiàn)場技術(shù)員，查明原因后再進(jìn)行施工。

體外索的張拉控制應(yīng)力要符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)施工中體外索需要超張拉或計(jì)入錨圈口預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，可比設(shè)計(jì)要求提高3%～5%。但在任何情況下不得超過規(guī)范規(guī)定的最大張拉控制應(yīng)力。

3.5 鋼束伸長量記錄

體外索采用應(yīng)力控制方法張拉時(shí)，以索的伸長值進(jìn)行校核。實(shí)際伸長值與理論伸長值的差值必須符合設(shè)計(jì)要求，控制在±6%以內(nèi);否則暫停張拉。待查明原因并采取措施予以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉到位。體外索張拉完成后，按設(shè)計(jì)要求，將防腐油脂灌注到錨頭錨杯及延長筒內(nèi)進(jìn)行防護(hù)。

3.6 壓漿

張拉完成后壓漿工作是一道很重要的工序，首先施工前要進(jìn)行1∶1的模型試驗(yàn)，在保證壓漿密實(shí)飽滿的情況下，局部有粘結(jié)段的粘結(jié)力可達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力的108%。工程中，壓漿施工在張拉完成后24 h內(nèi)進(jìn)行，以滿足錨固要求。壓漿采用手動(dòng)壓漿機(jī)，保證壓漿過程的均勻穩(wěn)定和壓漿壓力的要求。另外，壓漿密實(shí)程度將直接影響粘結(jié)效果，所以在壓漿中應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，并保持壓力均勻。

3.7 減振裝置

體外預(yù)應(yīng)力體系的減振裝置用于轉(zhuǎn)向塊與轉(zhuǎn)向塊或者錨固塊與轉(zhuǎn)向塊之間的體外索自由長度較大的位置，主要目的是減少體外索在動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)。減振裝置為內(nèi)包橡膠的小型鋼結(jié)構(gòu)，通過種植螺栓與原橋相聯(lián)系，達(dá)到減振的效果。

4 結(jié)語

體外預(yù)應(yīng)力加固法主要用于梁式橋正常使用極限狀態(tài)超限的結(jié)構(gòu)，具有加固、卸載及減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力的作用。通過對舊橋施加體外預(yù)應(yīng)力，能夠達(dá)到減少或消除裂縫，減小梁體下?lián)?，改善結(jié)構(gòu)各截面應(yīng)力狀態(tài)的目的，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耐久性。

江津公路大橋采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固后主梁跨中極限抗彎承載能力安全儲(chǔ)備得到提高，底板壓應(yīng)力儲(chǔ)備得到提高，主梁最大拉應(yīng)力降低，主梁跨中向上產(chǎn)生約3.6 cm的位移，減小了跨中撓度，加固后跨中下?lián)馅厔莸玫搅擞行б种?，對橋梁線形有所改善，對封閉部分裂縫及改善結(jié)構(gòu)的受力和抑制主梁下?lián)嫌欣?。該橋體外預(yù)應(yīng)力加固施工達(dá)到了加固設(shè)計(jì)要求。

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