大跨徑橋梁體外預應力加固工程施工方法

蔣志強

(廣西高速公路投資有限公司，廣西 南寧 530021)

大跨徑橋梁體外預應力加固工程施工方法

蔣志強

(廣西高速公路投資有限公司，廣西 南寧 530021)

對橋梁施加體外預應力的加固方法，從結構上可改善橋梁的受力性能，并恢復和提高橋梁的強度、剛度和耐久性，能防止和控制橋體的裂縫生成，避免或阻止鋼筋受蝕，使橋體線形達到設計要求。文章結合洛維大橋加固工程實例，介紹了大跨徑橋梁體外預應力加固施工方法，并闡述了該工程加固方法的優越性。

體外預應力加固；自密實混凝土澆筑；體外預應力鋼索施工

0 引言

體外預應力是指布置與承載橋梁結構本體之外的鋼束張拉而產生的應力。對橋梁施加體外預應力主要是指在橋梁結構的受壓區施加體外預應力，使其產生與原橋中的不利彎矩方向相反軸向壓力和彎矩,以抵消部分自重應力并且減少活載應力，從而提高橋梁的承載能力。由于橋梁施加體外預應力具有結構自重輕，預應力損失和應力變化幅度小，施工工期短，維修方便等優點，已被廣泛應用在新時期的橋梁建設及加固過程中。

洛維大橋位于國家高速公路(G72)的柳州至南寧高速公路路段，起點樁號K1267+318.82，終點K1268+016.82，總長698 m，橋跨組合為(3×30+80+125+80+10×30)m，主橋為(80+125+80)m單箱單室連續剛構，橋面總寬28 m。主橋橋墩為雙肢薄壁墩，箱梁頂橫坡為2%，箱梁寬度分別為：頂13.5 m，底7.0 m， 懸臂3.25 m； 支點處高6.80 m，底板厚度0.8 m，跨中高2.5 m，底板厚度0.32 m，懸臂部分箱梁采用變截面，箱梁高及底板厚度均采用2次拋物線漸變完成。該橋1998年投入使用以來，隨著經濟的發展，交通量迅猛發展。經過16年的運營，由于種種原因，連續剛構的主箱梁出現了以下病害：箱梁邊跨內現澆段至L/2和主跨L/4至3L/4的腹板內外表面斜裂縫，裂縫增長速度較快，同時也存在較多的已修補裂縫重新開裂的情況，可見裂縫有不斷擴展的趨勢。箱梁頂板底面存在較多縱向裂縫，新的裂縫增長速度較快，已修補裂縫存在重新開裂的情況，頂板底面裂縫也有不斷擴展的趨勢，裂縫最大寬度為0.2 mm。由于該橋梁存在以上病害，經過方案比選及論證，擬采用在箱體內部布置體外縱向預應力鋼束，以提高橋梁的承載力使其達到公路-Ⅰ級標準，適當降低腹板主拉應力，并遏制裂縫的施工措施。文本就此進行了該類型橋梁病害的分析和探討[1]。

1 維修加固措施

本次加固采用的體外預應力鋼束均為腹板彎起束，中跨設置6束19φs15.2mm規格的低松弛鋼絞線束(見圖1)，邊跨設置8束12φs15.2mm規格的低松弛鋼絞線束(見圖2)。

體外預應力索由環氧鋼鉸線和外護套、防腐材料、轉向裝置及錨固體系組成。外護套主要起防腐作用，為高密度聚乙烯管(HDEP)，在轉向塊處設置轉向鋼管，錨固體系采用可調索換索的錨具。張拉應力取鋼絞線標準強度的45%(σk=837MPa)，邊跨鋼束12φs15.2mm的張拉力為140.6t，中跨鋼束19φs15.2mm的張拉力為222.6t。

2 施工工藝流程[2]

施工準備→體外預應力鋼束預放線→齒板、隔板位置放樣→橫隔板開孔→鑿毛、開剪力槽→植筋→鋼筋安裝→預埋件安裝→模板安裝→自密實混凝土澆筑及養護→鋼束穿束及錨具安裝→鋼束對稱均衡張拉→測量橋梁線型(監控單位)→減震器及保護罩安裝。

圖1 中跨體外預應力鋼束布置圖

圖2 邊跨體外預應力鋼束布置圖

3 主要施工方法

3.1 體外預應力鋼束預放線

按設計圖紙尺寸，對鋼束按坐標進行預放線，以確定原箱梁中是否存在無法逾越的障礙。

3.2 齒板、隔板位置放樣

根據圖紙，現場放出箱梁內齒板、隔板的位置，包括：邊跨的B、C齒板，中跨的A齒板，邊跨A、B、C、D、M隔板，中跨E、F、G、H隔板。放樣時，從箱梁4#、5#橋墩中心線分別往兩側放線，同時以距離箱梁端部的尺寸進行校核，具體尺寸見圖3和下頁圖4。

圖3 體外預應力體系構造圖(邊跨)

圖4 體外預應力體系構造圖(中跨)

3.3 橫隔板開孔

按照設計圖紙，B1、B2、B3、B4鋼束需要穿越4#、5#墩墩頂橫隔板，Z1、Z2、Z3鋼束需要穿越4#、5#墩頂橫隔板以及跨中橫隔板。由于在穿越橫隔板處需要安裝轉向鋼管，轉向鋼管最大外徑B1～B4為16cm，Z1～Z3為18cm(均在喇叭口處)，故橫隔板開孔直徑直線段均取20cm，B1～B4曲線段均取22cm，Z1～Z3曲線段均取25cm。

3.4 鋼筋及預埋件安裝

按照設計圖紙安裝齒板及隔板鋼筋，鋼筋安裝時，必須預留出預埋件的位置。齒板鋼筋與植筋連接采取雙面焊接形式，焊接長度：φ16mm鋼筋8cm，φ12mm鋼筋6cm。隔板鋼筋與植筋連接采用搭接的形式，搭接長度必須滿足規范要求。

在A齒板處，必須考慮預埋件安裝與鋼筋安裝的互相沖突，宜采取從內側(腹板)往外側(箱梁中心)按照鋼筋按照→Z1預埋件安裝→鋼筋安裝→B1、B3預埋件安裝→鋼筋安裝→Z2預埋件安裝→Z2預埋件安裝→鋼筋安裝B2、B4預埋件安裝→鋼筋安裝→Z3預埋件安裝的順序進行施工。

按照表1的坐標定出錨墊板、轉向鋼管的中心位置，以中心位置為轉點，調整錨墊板、轉向鋼管的縱向姿態以及角度，以保證鋼束的平彎和豎彎平順。在放線過程中，距離頂板較近的鋼束宜以頂板為基準面，距離底板較近的鋼束宜以底板為基準面，以保證鋼束與原箱梁的最小距離滿足設計及施工要求。

預埋件安裝到位后，兩端開口必須進行可靠的臨時封閉處理(防止混凝土進入)，并與植筋或鋼筋骨架進行焊接固定，以保證澆注混凝土時不發生變形或移位。

3.5 自密實混凝土澆筑及養護

模板安裝完成經驗收合格后，采用自密實C55混凝土進行澆筑，單個A齒板至少需要開4個孔，B齒板、C齒板和所有隔板均開1個孔，開孔位置選在模板內的箱梁頂面最高點處。

除M隔板分兩次澆筑外(先澆筑下面的橫向部分，待橫向部分強度滿足要求后，界面進行鑿毛處理后澆筑上面部分)，其余齒板和隔板均一次澆筑成形。A齒板澆筑時，先澆兩端錨頭處，再澆筑中間段。

自密實混凝土澆筑過程中，必須控制澆筑速度，速度不宜過快，應慢速澆筑，但同時又要確保混凝土的擴展度和流動性滿足要求。澆筑過程中嚴禁采用振動棒直接振搗，以防止混凝土離析，可采用橡膠錘或木槌敲擊模板以保證混凝土的密實性。

按照《公路橋涵施工技術規范》進行混凝土養護，在混凝土強度達到2.5MPa后，拆除側模板，并采取灑水養護的方式進行養護，養護時間≥7d。

體外預應力張拉必須在混凝土的養護期≥7d且強度達到設計強度的95%后方可進行。

3.6 鋼束下料、穿束及錨具安裝

3.6.1 鋼束下料

體外預應力鋼束下料長度考慮錨墊板之間的曲線計算長度、錨杯外露長度、工作錨板厚度、張拉撐腳高度、工具錨厚度、鋼束下垂長度、圖紙計算誤差等，鋼束下料在工廠加工，成品索運至現場。

3.6.2 穿束

穿束步驟如下：

(1)鋼束及散索架整體運輸到橋面后，在距橋面人孔10m處的橋面上安放散索架，將新鋼束放在散索架上并安裝固定。在鋼束存放區增設防護措施及提示標志，以防鋼束被損壞。

(2)檢查鋼束拉索在制作及運輸過程有否損傷，做好鋼束的進場驗收和資料歸檔工作。

(3)安裝之前查明所需鋼束的編號。將鋼束放索展開，放索過程需在熟練技工的指揮下進行，釋放卷盤時產生應力的過程有一定危險，需制作相應放索盤，特別注意防止放索過程中將鋼束或人員彈傷。

(4)在3#、4#、5#、6#橋墩頂附近橋面設置散索牽引裝置，牽引裝置為5T穿束卷揚機。穿束卷揚機鋼絲繩先行穿過預埋管到達散索盤處，將鋼束與穿束卷揚機鋼絲繩相連，連接裝置為5T吊帶，鋼束在橋面及進入箱梁時，均應在鋼束下墊行走放索小車，防止鋼束損傷。

(5)在散索區和第一個預埋鋼管之前設一個轉向定位滾輪，使鋼束在牽引時能順利進入預埋鋼管。啟動穿束卷揚機，將鋼束牽引進入預埋鋼管。牽引時注意防止新鋼束與預埋鋼管、混凝土結構之間的刮碰，在可能刮碰的位置用橡膠板做好隔離措施，防止鋼束穿過時刮傷鋼束PE，并在穿索時派人專門巡查，發現有刮碰現象，立即停止穿索，處理好后才能繼續穿索。同時可在鋼束上涂油脂以減少摩阻，同時配有留纜措施防止散索傷人。

3.6.3 錨具安裝

按產品要求依次穿入密封裝置和錨具，避免鋼絞線打絞。將鋼束螺母鎖定在支撐筒中間。在鋼束進入預埋管處及其后2m處分別作好牢固標識，作為鋼束PE外護套張拉跟進預埋管長度的控制依據。

3.7 鋼束張拉的方式、順序及流程

按照設計要求，張拉應力取鋼絞線標準強度的45%(σk=837MPa)，邊跨鋼束12φs15.2mm的張拉力為140.6t，中跨鋼束19φs15.2mm的張拉力為222.6t。因此，邊跨采用YCW250千斤頂，中跨采用YCW500千斤頂，千斤頂行程均為20cm。

由于鋼束較長，邊跨束80m左右，中跨束138m左右，且有平彎和豎彎，故采用兩端同時進行整體張拉的方式。

張拉順序按照設計及相關要求，采取對稱均衡張拉：先張拉邊跨各一對鋼束，再張拉中跨一對鋼束，之后再張拉各邊跨一對鋼束、中跨一對鋼束，直至邊跨、中跨鋼束張拉完。具體順序：B1-Z1-B2-Z2-B3-Z3-B4。

鋼束索張拉時，伸長值從初應力時開始量測，在張拉過程中隨時檢查延伸量計算值和實際值的差值，如果>6%，立即停止，查明原因后才能繼續張拉。伸長值的測量采用100cm長的鋼板尺。

鋼束的張拉控制應力要符合設計要求。在預應力張拉前，提前按照千斤頂的標定方程計算出各級張拉控制應力對應的每個油泵的油表讀數，并制作成表格粘貼于對應油泵上，以方便張拉控制。預應力筋張拉時，應填寫施工記錄。

3.8 減振器及保護罩安裝

(1)待體外束張拉完畢后，進行減震器的安裝，減震器位置可以根據現場實際情況適當微調其位置。

(2)張拉錨固完成經驗收合格后割除多余的預應力鋼索。

(3)在夾片處均勻涂抹防腐油脂，安裝防松壓板，安裝夾片防松裝置，用專用扳手將各空心螺栓旋緊，以隨時保持對夾片的壓緊力。

(4)在錨墊板上將鋼束保護罩及密封件與底座用螺檢連接，保護罩最下方鉆滴水孔，排泄冷凝水。

4 工程質量簡述

在施工控制過程中：(1)做好施工方案、技術交底及按圖紙施工；(2)把好施工材料、半成品材料的質量關；(3)工程質量的檢驗，除一般混凝土、鋼筋混凝土工程的應有檢驗項目外，尚應進行鋼筋冷拉、施加預應力等項目的施工檢驗以及預應力筋、張拉機具、錨夾具的質量檢查、檢驗。由于施工技術措施得當，施工質量良好，達到了預測的質量效果。經過對該橋梁施加體外預應力加固，所有梁體裂縫全部合攏，恢復了橋梁設計線形和橋面設計坡度[1]。

5 結語[2]

通過以上案例表明對鋼筋混凝土連續箱梁施加體外預應力，在結構上可提高橋梁的承載力，適當降低腹板主拉應力，并有效遏制了裂縫的形式；在使用年限上，延長了橋梁的使用壽命；在橋梁外觀上，恢復了橋梁設計的線形，有效遏制了橋梁裂縫等病害的延續發展；在技術指標上，橋梁的各項技術指標達到了規范要求，發揮了橋梁真正的使用價值。橋梁體外預應力加固方法具有施工簡單方便、結構安全可靠、易于維護、成本低等優點，非常值得應用和推廣。

[1]吳中文.體外預應力加固橋梁探討[J].科技資訊，2010(19)：71-72.

[2]朱朝東，周 力，王中魁.橋梁體外預應力加固工程施工方法[J].東北公路，2001(1)：67-69.

[3]GB/T5224-95，預應力混凝土用鋼絞線[S].

[4]JTG/TJ23-2008，公路橋梁加固施工技術規范[S].

[5]JTG/TJ22-2008，公路橋梁加固設計規范[S].

Construction Method of External Prestressed Reinforcement Projects for Large-span Bridges

JIANG Zhi-qiang

(Guangxi Expressway Investment Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530021)

The reinforcement method of applying the external prestress to the bridge can improve the force performance of the bridge from the structure，restore and improve the strength，rigidity and durability of the bridge，prevent and control the crack generation of the bridge，and avoid or prevent the steel erosion，so the bridge linearity can meet the design requirements.Combined with the reinforcement engineering practices of Luowei Bridge，this article introduced the external prestressed reinforcement construction method of large-span bridges，and described the advantages of this engineering reinforcement method.

External prestressed reinforcement；Self-compacting concrete pouring；Externally prestressed cable construction

U445.7+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.016

1673-4874(2015)06-0065-05

2015-05-03

蔣志強，工程師，主要從事高速公路建設與管理工作。