舊橋加固體外預應力應用的探討

程仁華

舊橋加固體外預應力應用的探討

程仁華

（福建省高速公路養護工程有限公司，福州350001）

摘要本文結合廈漳高速公路西溪大橋加固實例，介紹了舊橋加固體外預應力施工流程、計算、施工注意事項，供同類工程施工參考。

關鍵詞橋梁舊橋加固體外預應力應用

隨著我國交通事業的快速發展，75%以上的橋梁都處于超負荷工作狀態，部分舊橋老化、破損嚴重，甚至設計荷載等級已不能滿足使用要求，需要及時根治。在需要加固的舊橋中，針對舊橋承載能力的不足，可以利用原有的混凝土結構，在橋梁結構的受拉區施加體外預應力，使其產生與原橋的不利彎矩方向相反軸向扭力和彎矩，以抵消部分自重應力減小活載應力，從而提高原有結構承載力，以滿足使用要求。采用體外預應力加固技術，可以避免橋梁的重建，大大降低工程成本，而且技術成熟、可靠，具有較高的推廣價值。現對廈漳高速公路西溪大橋體外預應力加固計算方法作簡單介紹，并對一些施工質量控制進行分析探索。

1　橋梁概況

西溪特大橋位于福建省漳州境內，是廈漳高速公路的組成部分，橋梁樁號為K2339+966.39，上跨九龍江西溪，全長1389.98m。該橋上部結構為9孔25m預應力混凝土T形準連續梁+35.4m+11孔50m+35.4m預應力混凝土箱形連續梁+22孔25m預應力混凝土T形準連續梁；下部結構為鋼筋砼實心雙柱式墩，鋼筋砼肋板式臺；鋼筋砼鉆孔灌注雙排樁基礎，鋼筋砼鉆孔灌注雙排樁基礎；引橋設四氟板式橡膠支座，主橋設GPZ盆式支座；橋面設GQF-MZL型橡膠伸縮縫。

該橋于2009年4月進行過一次橋梁外觀檢查，評定為三類橋，后組織過相關維修加固；2012年9月對該橋又進行外觀檢查，主要病害表現為：T梁翼板少量縱向、斜向裂縫；T梁梁體少量剝落、露筋、麻面、流白灰；少數支座剪切、偏壓、老化開裂。經橋檢發現箱梁梁底跨中位置的橫向裂縫為新產生裂縫，裂縫發展較快，綜合歷次檢查結果初步判定，該類裂縫可能是由結構受力引起的。于是對該橋結構性裂縫病害采用體外預應力進行加固，提高結構承載能力，使其滿足汽20，掛120荷載等級。

2　體外預應力加固流程及方法

2.1加固流程

制作加工各類鋼鐵件→鋼鐵件防腐處理→施工放樣及鋼筋位置探測放樣→制作環氧膠液及環氧砂漿→錨固點、滑塊、固定支座施工→預應力鋼索安裝及張拉→鋼筋接頭處理及防腐→恢復橋面及交通。

2.2加固方法

根據施加預應力的方式不同，橋梁體外預應力加固常用的方法有：橫向收緊張拉法、縱向張拉法、豎向張拉法和預彎梁法等。

2.2.1橫向收緊張拉法

若梁的兩端間距很小時，一般采用橫向收緊張拉法。此法是在梁的下緣對稱梁中線安裝預應力筋，在距梁端適當距離處彎起并通過支點錨將梁端錨固在鋼板上。水平段的預應力筋用撐棍分成若干段，兩端的撐棍還起到支點的作用。在每段中點用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊，拉桿即產生預應力。

2.2.2縱向張拉法

縱向張拉法是沿預應力筋的軸線施加預應力的方法。預應力筋沿梁底布置，直到梁的兩端構造彎起于錨固梁的腹板或頂板上，再沿梁底或梁頂進行縱向張拉，以減小梁端的剪力。

2.2.3豎向張拉法

當采用縱向張拉法不便施工時，可采豎向張拉法。此法采用在梁肋兩側對稱布置預應力筋，一般在梁端肋側錨固，在預應力筋中部豎直向上張拉，在梁肋底部用小橫梁固定預應力。橫梁的作用在于固定豎向張拉產生的鋼筋預應力。

2.2.4預彎梁法

以上三種方法，主要是解決梁下緣開裂的問題，有時為了防止梁上緣的開裂，可以采用預彎梁法。以下舉例說明此種方法：某簡支鋼板梁橋，由于荷載的增大，不僅需要改善鋼板梁的受力狀態并要提高橋面板的剛度。前者采用體外預應力筋加固，后者采用增厚橋面板的方法解決，為了抵消體外索張拉后在橋面板內產生的拉應力，緩和新增橋面板混凝土收縮引起的拉應力，在澆筑之前，先搭設支架將梁頂起，待新澆橋面板達到一定強度后再落下支架，讓橋面板在梁的自重下產生一定的扭應力，然后再張拉體外預應力筋，對鋼板梁和橋施加軸力和彎矩。

3　西溪大橋加固目標及流程

通過本次橋梁的維修加固，提升本橋的耐久性、使用性能，確保橋梁的正常使用。加固后的箱梁跨中截面抗彎承載力將提高20%左右，同時提高箱梁跨中截面正應力儲備。西溪大橋加固施工流程如下：

（1）箱梁裂縫進行封閉處治；

（2）箱梁局部進行粘貼鋼板加強；

（3）測定箱梁原鋼束、鋼筋位置；

（4）安裝鋼制轉向塊錨卡；

（5）穿布預應力鋼束；

（6）綁扎構造鋼筋、澆筑混凝土；

（7）張拉預應力鋼束、管道壓漿及封錨。

4　西溪大橋加固工況計算

分三種工況計算。

工況一：按原結構條件分析計算，即原舊橋的結構力學分析；

工況二：箱梁增大截面新增截面不參與結構受力，僅以自重的形式施加于主梁上，即在舊橋上加上砼自重后未張拉時的結構力學分析；

工況三：箱梁增大截面.新增截面與原結構共同受力，截面剛度增加，共同承擔活載及溫度荷載。

計算時對每個工況的計算結果均進行分析，保證在加固施工過程中箱梁受力安全，并給出了在最不利荷載作用時箱梁承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的計算結果，此施工過程中應加強對原舊橋的監控觀測，以確保結構安全。

5　西溪大橋加固前后對比

對本橋加固前、后分別進行計算分析，箱梁各控制斷面承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的計算結果比較表（舉第一聯為例）如表1所示。

表1　計算結果比較表

根據表1可以看出：加固后支點斷面上緣，正應力儲備增大，承載力安全系數降低；對跨中斷面下緣，正應力儲備及承載力安全系數均有増大，其中計算加固后的正常使用極限狀態下支點上螇最小壓應力為 16MPa （2#墩附近），箱梁跨中下螇最大拉應力為1.32MPa（第十二跨跨中下螇），均滿足A類構件要求，加固完后箱梁最大主拉應力為1.92MPa（2#墩頂附近）。本橋原箱梁截面抗剪承載力最小安全系數為1.03（1#墩頂附近），滿足規范要求。

加固前、后箱梁跨中截面剛度計算分析：經計算原設計箱梁跨中截面抗彎慣性矩l=6.4134m4，加固完后箱梁跨中截面抗彎慣性矩1=7.5059m4，故加固完后箱梁跨中截面剛度較加固前提升了17.1%。

6　體外預應力施工注意事項

（1）砼澆筑前新舊連接處的處理要到位，砼澆筑過程中不得通車，避免對砼進行干擾。

（2）在施工體外預應力前應把所有的橋梁病害處理完畢。

（3）澆筑好新增構造后應加強養生，使其立方體強度達到90%以上后，方可進入張拉工作。

（4）箱內新增預應力鋼束應逐跨施工，鋼束張拉時嚴格遵循橫橋向兩側腹板鋼束對稱、同步張拉原則。

（5）預應力束的張拉應嚴格按《公路橋涵施工技術規范》 （JTG/TJ23-2008）中的有關技術要求進行，嚴格以噸位和引伸量實現雙控。

（6）張拉過程中應對新增錨固端、轉向塊區域進行觀測，如有異常情況發生，應立即停止作業。

（7）預應力鋼束（筋）張拉完后，應盡早進行孔道壓漿，壓漿用水泥的標號不得低于M50，孔道壓漿采用真空輔助壓漿技術并切實保證壓漿質量。

參考文獻

［1］劉來君，趙小星.橋梁加固設計與施工技術［M］.北京:人發交通出版社，2004.

［2］盛超.體外預應力技術在工程加固中的應用與發展［J］.山西建筑，2006.

［3］廖倩，田寧.舊橋加固中的體外預應力應用［J］.四川建筑，2006.