體外預應力在舊橋加固中的應用探討

張海元

摘 要：體外預應力能夠達到消除裂縫，減小梁體下撓，改善結構各個截面應力狀態的作用，因而被廣泛應用于舊橋加固。基于此，本文對體外預應力進行了概述，結合工程實例，提出了加固方案，重點對波紋管與轉向器鋼管接口處理、預應力張拉等內容作了介紹。通過應用體外預應力，可提高橋梁承載力，保證工程使用安全。

關鍵詞：體外預應力；舊橋加固；優點；張拉

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0100-01

由于資金等原因，我國早些年修建的舊橋荷載偏低、寬度偏小，且成為了交通運輸中的潛在隱患，而對這些舊橋如全部推倒重建，既不科學也不經濟，更不現實。所以必須重視對舊橋的加固，提高其承載力及耐久性，而研究與之有關的加固方法則是其實行的重要前提。

1 體外預應力概述

1.1 應用優點

體外預應力結構相對于傳統的內置預應力結構而言，其在工程應用中存在顯著的優勢，主要有以下幾點：（1）體外預應力結構只在錨固端相連，故應力變化值小，能減少摩阻損失，提高預應力使用效率；（2）體外索可隨時更換和調整，便于試用期間的維護修補，并且根據橋梁病害程度可選擇全橋加固，也可進行局部加固；（3）體外預應力的錨固構件小，自重增加少，能調節原結構的應力狀態，提高舊橋的承載能力和結構剛度，并能有效控制原結構的裂縫和撓度。

1.2 加固原理

體外預應力加固通常采用粗鋼筋、鋼絞線、高強鋼絲等材料作為施力工具，并置于結構構件之外，同時通過體外預應力索體施加預應力，可達到提高構件承載能力的目的。其次其索體多采用折線形連續筋，通過在梁中間部分布置在腹板兩側并靠近梁底，且在距梁端一定距離處向上彎起，可形成由被加固構件與下撐式拉索組成的復合超靜定結構體系，同時隨著荷載不斷增大，預應力通過拉筋與梁連接的錨固點和支撐點反作用傳遞給梁體，在預應力產生的等效反力作用下，由于梁正截面受壓，促使在其工作狀態下形成壓彎構件，從而產生與外荷載方向相反的彎矩，最終使原梁內受拉鋼筋應力減小。

2 工程實例

該連續剛構橋于1994年建成通車，主橋跨徑組合為（45+2×75+45）m，為預應力混凝土連續剛構梁橋，引橋為預應力混凝土簡支T梁。橋面總寬18.0m，雙向四車道，橋面布置為0.5m（防撞護欄）+17.0m（行車道）+0.5m（防撞護欄）。設計荷載：汽-20級，掛-100。該橋自竣工交付使用以來，大橋交通量增長迅速，由于養護不當，超載車較多等因素，主橋箱梁頂板底面存在眾多縱向裂縫，主要集中在箱梁中線附近；箱梁內側腹板共發現多條斜向裂縫，大部分位于10#施工節段附近；箱外腹板發現斜向、豎向裂縫，未裂穿腹板；箱梁第14#～17#跨箱內橫隔板均出現豎向裂縫，主要分布于橫隔板人洞頂部。根據研究分析，主橋箱梁加固采用體外預應力束加固方法。

3 箱梁錨固段與漸變段施工方案

本橋加固采用體外預應力加固，主要在箱梁腹板段通過植筋綁筋并澆筑C50自密實混凝土，使其與舊混凝土結合，同時在新增腹板內預設鋼絞線，通過張拉新增段混凝土把力傳遞到舊橋上。其次體外索的張拉力主要集中在梁的兩端（腹板新增的錨固端），C50自密實混凝土到28天后，混凝土強度需達到58.6Mpa，當張拉時，混凝土的強度需達到58.60.85Mpa，腹板新增錨固段應長1.8m，寬0.56m，高0.742m，鋼筋為HRB335熱扎螺紋鋼筋，且鋼筋性能要滿足《鋼筋混凝土用熱軋帶助鋼筋》中的相關規定，而錨固段預埋鋼筋與翼緣板原橋鋼筋需綁扎在一起，以使新混凝土能更好的和原橋混凝土融合在一起，達到共同受力的目的。另外為了分散錨固段的張拉力，可將漸變段與錨固段同時施工，以構成張拉端，但需嚴格控制種植鋼筋和C50自密實混凝土的質量，如果張拉較大，可在錨墊板處預埋鋼板或在澆筑混凝土后，在張拉端部粘貼鋼板來分散張拉力。

4 體外預應力在舊橋改造中的運用

4.1 波紋管與轉向器鋼管接口處理

波紋管安裝前，轉向器鋼管的兩端應分別套一個長度為200mm、內徑150mm的PVC波紋管，然后再安裝內徑的波紋管，同時包裹鋼絞線的波紋管外徑應為105mm，但要注意內徑較大的波紋管應把鋼管和內徑較小的波紋管套在一起，本項目內徑較大的波紋管與鋼管接觸長度為75mm，加之轉向器鋼管端部距離最近的鋼板只有80mm，因此與內徑較小波紋管接觸長度為125mm。之后由內徑較大波紋管兩端向內部噴射高強度化學膨脹劑，同時采用兩個鐵環套在內徑較大波紋管兩端并進行固定，最后需在內徑較大的波紋管兩端涂抹一層高強度植筋膠。

4.2 體外預應力張拉

本項目起初采用先張法進行張拉，且其預應力張拉后不需要孔道壓漿，張拉后直接澆筑C50自密實混凝土能使其與鋼絞線結合良好，預應力損失較小，但施工中發現其張拉力全部由錨固段承受，張拉過程出現錨固段混凝土開裂的情況，安全系數較低，且對鋼束的質量要求高，增加了施工成本。其次張拉后的箱梁腹板正常段澆筑C50自密實混凝土后，其澆筑的混凝土不能承受張拉力，相當于張拉后給橋梁增加了上百噸的荷載，加固后的整體效果不明顯。因此為了加強本工程橋梁受力情況，后改為后張法方式（工藝如圖1所示）。

4.3 穿布鋼絞線

為保證施工安全和施工質量，先張法改成后張法后，其需要把鋼絞線全部抽出，然后安裝波紋管，但由于鋼筋布置比較密集，安裝波紋管需要從鋼筋預留的空間穿布，而鋼制波紋管彎曲性不好，所以應使用柔韌性較好的波紋管，并且還需把波紋管與轉向器鋼管的接口徹底密封，以防止在澆筑混凝土時漿液流入波紋管內部。其次采用穿束機穿布鋼絞線容易將波紋管穿破，所以必須人工穿布，并采用抗拉強度較大的細鋼絲繩圍成一周，以使其與鋼絞線兩端捆綁在一起，之后鋼絲繩需圍繞在一個鋼制的轆爐上，通過人工旋轉轆爐，以將鋼絞線從一端拉到另一端，最后需要安排人聽音，以確定鋼絞線的位置，一旦鋼絞線被卡或頂住波紋管時，需及時進行調整，直到所有鋼絞線全部穿布完成。

4.4 澆筑混凝土

本工程在腹板新增段澆筑混凝土時由于沒有輸送混凝土的通道，因此需在箱梁翼緣板與腹板加厚段連接的范圍內每隔1.5m，打長寬為10mm*20mm的通孔，但應注意保留原橋鋼筋，且每兩個通孔之間打直徑為16mm的排氣孔2個，以方便觀測腹板混凝土是否澆筑完成，同時澆筑C50自密實混凝土理論上不需用振動棒振搗，但施工現場最好適當振搗，這樣可使新舊混凝土接觸良好，并能使混凝土更好的包裹鋼筋，使其澆筑面較為平整。另外在澆筑混凝土前必須做塌落度實驗，在確定混凝土塌落度達到要求后才能進行施工。

5 結語

總之，體外預應力加固可改善舊橋應力狀況、提高承載能力、降低鋼筋應力幅值及控制裂縫發展，因此加強對其技術的運用，可促進橋梁承載力提升，保障橋梁運行質量，且從工程的長遠發展來看，其具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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