體外預應力加固技術在涇洋河大橋中的應用

文/ 韓華、尚紅波 陜西省漢中公路管理局 陜西漢中 723000

1、概況

210國道涇洋河大橋位于漢中市鎮巴縣境內，橋梁全長為155.0m，建成于2003年，上部結構為3×25m+3×25m鋼筋混凝土箱形梁，下部結構為獨柱墩，雙柱式臺，鉆孔灌注樁基礎。橋面寬度為0.5m（防撞護欄）+8.0m（行車道）+0.5m（防撞護欄）=9.0m，橋梁設計荷載等級為汽-20、掛-100。該橋運營多年后，出現了不同程度的耐久性病害，削弱了結構承載力。承載能力計算結果表明，在公路-Ⅱ級組合作用下，現澆箱梁邊跨抗彎承載能力儲備偏弱，邊墩兩側箱梁腹板變化段區域抗剪承載能力已不滿足規范要求，中墩墩頂兩側箱梁腹板變化段區域抗剪承載能力儲備偏弱，加之該橋已運營多年，由于各種病害的出現導致上部結構部分控制截面承載能力持續下降。為確保橋梁安全運營，該橋需通過加固提高墩頂兩側箱梁腹板變化段區域抗剪承載能力，并對邊跨抗彎承載能力進行適當補強。

2、主要加固維修措施

（1）各墩頂負彎矩區加厚腹板并張拉預應力鋼束，改善墩頂受力及中支點區域抗剪承載能力；（2）邊跨正彎矩區梁底張拉體外預應力鋼束，補強正截面抗彎承載能力；（3）封閉主梁腹板裂縫,涂裝防護主梁底板及腹板，提高主梁耐久性；（4）外包混凝土防護2號、3號、4號橋墩外露樁基；（5）更換全橋支座。

3、各分項工程的施工順序

（1）各墩頂負彎矩區加固；（2）邊跨正彎矩區張拉體外預應力鋼束；（3）封閉裂縫、梁板涂裝；（4）樁基加固；（5）更換支座。

3.1 墩頂負彎矩區加固方法

施工準備→作業吊架搭設→混凝土鑿毛清理→測量定位、打孔植筋→鋼筋綁扎、體外預應力筋管道定位→混凝土澆筑→預應力束下料、編束、穿孔→張拉→錨固、壓漿、封錨。

3.2 主梁腹板底部加固方法

錨固塊位置放樣→砼鑿毛清理→螺桿及預應力束位置放樣→植筋→齒板安裝→體外預應力束安裝→灌注砼→張拉→防腐處理。

體外預應力筋張拉與錨固（順序為：曲線外側腹板底部→中腹板底部→曲線內側腹板底部）

4、加固施工工藝

4.1 墩頂負彎矩區加固

（1）作業平臺吊架搭設

采用搭設吊架做施工平臺方案，目前吊架施工較為先進，尤其是跨越深水河流、深溝峽谷不受原有橋梁地形影響，且施工速度快、工程造價低，施工安全性高，較傳統的腳手架作業平臺具體較大的優勢。

（2）混凝土鑿毛清理

采用人工對其加固范圍內的腹板外表面進行鑿毛或缺陷混凝土鑿除清理，確保混凝土粘接表面粗燥、堅硬、密實、無松動、粗骨料部分外露并形成不小于6mm的凹凸面，并用鋼絲刷對外露的銹蝕鋼筋進行徹底除銹。接觸面在定位加固鋼板前用高壓力水沖洗干凈并保持濕潤狀態。（如圖1所示）

（3）測量定位、打孔植筋，鋼筋綁扎、體外預應力筋管道定位

確保定為準確，鉆孔數量、間距、孔深、孔徑滿足要求，清空徹底，植入8.8級高強螺栓及配套植筋膠。將鋼筋與植入螺栓綁扎并按圖紙要求固定預應力筋管道及錨下預埋構件，固定時注意錨頭位置進漿。（如圖2所示）

圖1 鑿毛、刻剪力槽

（4）混凝土澆筑

對于腹板加厚30cm混凝土施工，由于模板采用封閉式施工空間狹小較為困難，通過施工方案優化，采用從橋面翼板合理鉆孔澆筑，嚴格控制混凝土施工配合比、坍落度，并用插入式振搗器配合附著式振搗器措施，確保混凝土施工達到“外光內實”。

（5）預應力工藝

鋼束必須待混凝土立方體強度達到混凝土設計強度等級的85%后，且混凝土齡期不小于7天，方可張拉。預制梁鋼束采用兩端同時張拉，錨下控制應力為0.75fpk =1395Mpa。施加預應力應采用張拉力與引伸量雙控。當預應力鋼束張拉達到設計張拉力時，實際引伸量值與理論引伸量值的誤差應控制在6%以內。實際引伸量值應扣除鋼束的非彈性變形影響。主梁預應力鋼束張拉必須采取措施以防梁體發生側彎，張拉順序為：100%N1→100%N2。管道壓漿采用C40水泥漿；為確保錨固質量及密實，采用自密實混凝土對錨具端頭進行封錨。

4.2 主梁腹板底部加固

體外預應力加固混凝土澆筑前的方法及工藝與上文中相類似，不再贅述。（如圖3）

圖3 底板錨固塊體外預應力筋安裝

（1）自密實混凝土澆筑

圖4 檢測及荷載試驗

由于底板錨固塊區域鋼筋密集，空間狹小，為確保混凝土密實采用目前較為先進的自密實混凝土工藝，該自密實混凝土具有流動性好、無需進行振搗且強度高，特別適用于空間特別狹小區域的混凝土澆筑，確保該區域張拉體外預應力筋的錨固安全可靠。

（2）張拉

體外預應力筋張拉機具及儀表，應由專人使用和管理，并定期維護和校驗。張拉設備應配套校驗。壓力表的精度不應低于1.5級，校驗張拉設備用的試驗機或測力計精度不得±2%；校驗時千斤頂活塞運行方向，應與實際張拉工作狀態一致。

結語：

該加固方法的主要材料為：高強螺栓、自密實混凝土、無粘結預應力鋼束，材料性能比較強，且綜合性能非常好。該橋加固施工完畢后，進行了加固后橋梁荷載試驗。靜載試驗表明橋梁受力性能良好，結構剛度、強度滿足設計要求，在各工況試驗荷載作用下測試斷面未發現異常變形。動載試驗表明實測的一階頻率均大于理論值，阻尼比實測值在0.01～0.08之間，說明目前該橋的整體剛度大于理論剛度，滿足要求。綜上所述，該橋加固后承載能力目前除滿足公路—II級外還有一定的安全儲備（見圖4）。通過本次涇洋河大橋維修加固工程實踐表明，體外預應力加固技術實施效果良好，可以為同類橋梁加固所借鑒。

[1]王愛霞.橋梁加固與橋梁拓寬施工技術分析[J].工程技術研究，2017（3）：56-57.

[2]田偉良.公路橋梁加固技術方法[J].交通世界（建養機械），2014（Z1）：134-135.