公路橋梁施工中體外預應力加固技術分析

李闊增 楊杰

摘 要：近年來，我國交通事業快速發展， 橋梁作為道路交通主要組成部分，其數目也成倍增長。但隨著使用年限以及荷載的增加，橋梁也暴露出諸多缺陷和病害，成為危橋、舊橋，其安全和正常使用性能得不到保障，故需對其進行加固。體外預應力加固是在梁體之外布置預應力索的主動加固法。通過對梁體加設預應力的方法，改善原有結構內力分布，調整應力值，以實現結構承載能力的提高和抗裂、耐久性的改善。

關鍵詞：體外預應力；橋梁工程；工程概況

據相關資料顯示，在我國公路現有橋梁中，危橋所占比例達到3.54%，其中2.5%為國道干線危橋比例。特別是上世紀50～60年代橋梁情況最為嚴重，局部橋梁承載力嚴重下降，大大破壞了公路網的整體性。為滿足當前發展需求，降低對車輛正常通行造成影響程度。必須重視該問題，及時選取科學有效的措施予以解決。目前，常見的橋梁加固方法較多，如改變結構傳力途徑加固、外包鋼加固等。相比其他加固方式，體外預應力加固技術具有良好加固效果，損害橋梁程度極小，可有效防止產生裂縫，且能實現局部裂縫閉合等優勢，因此，在橋梁工程施工中得到了廣泛應用及推廣。

1 體外預應力技術原理

體外預應力是后張預應力體系的重要分支之一，體外預應力砼結構有很多優點，預應力筋套管布置簡單，調整容易，簡化了后張法的操作程序，大大縮短了施工時間；同時由于預應力筋布置于腹板外面，使得澆筑砼方便；由于預應力筋的位置，減少了施工過程中的摩擦損失且更換預應力筋方便易行。

體外和體內預應力結構在結構構造上的根本區別就是預應力筋位于混凝土結構的外部，僅在錨固及轉向塊處可能與結構相連，因此，體外索的應力是由結構的整體變形所決定的；而在體內有粘結預應力結構中，力筋位于混凝土結構的內部，與結構完全粘結，在任意截面處都與結構變形協調，因此力筋的應力是與某個混凝土截面息息相關的。傳統上來說，體內預應力筋是不被看作一個單獨構件的。而體外筋在混凝土體外，自然成為一個相對于組成結構整體的單獨構件，其較體內筋要重要許多。所以在承受動力荷載的體外預應力結構設計中，必須考慮到體外筋與結構是獨立振動的，應防止二者共振，而且當體外預應力筋在動力荷載（如車輛等）作用下發生共振時，就易發生錨具的疲勞破壞和轉向構件處的預應力筋的彎折疲勞破壞。在地震區時設計還必須考慮采取相應措施，提高體外預應力結構的抗震性能。

2 工程概況

某橋梁工程為三跨連續剛構體系，共468m，具體跨徑為124m+220m+124m。本橋主梁為單箱單室箱形截面，澆筑C55混凝土，箱梁頂板、底板總寬度分別為12m、6.5m。橋面寬度為12.5m，具體布置情況如下：人行道1.25m+行車道10.00m+人行道1.25m，本橋為雙向兩車道，荷載等級屬于公路-I級，2.5KN/㎡為人群荷載集度。橋梁自建成通車后，因交通量增大，長期超載超重影響，逐步出現橋梁整體剛度不足，橋面線形不平順，且部分位置裂縫過多等現象，這些病害的存在，將對橋梁結構整體性、耐久性等造成嚴重影響，為此，需做加固處理。

3 橋梁主要病害分析

經實地勘察分析，橋梁病害主要包括以下幾點：

1）主梁開裂情況。（1）箱外底板裂縫。縱橋向開裂為主橋箱梁外底板裂縫的主要表現形式，縱橋向裂縫共檢查出86條，54.65m為裂縫的總長度，0.35mm為裂縫寬度最大值，橫向裂縫共2條。按照相關規范規定，0.20mm為縱向裂縫允許寬度，0.35mm>0.20mm，則說明箱外底板裂縫部分寬度均在允許范圍以外，且大于允許值。（2）箱外腹板、翼緣板裂縫。經檢查可見，此部位豎向開裂共2處，縱向裂縫共1處。3m為裂縫總長度，0.25mm為裂縫最大寬度。（3）箱內底板裂縫。經檢查，共有3條縱向裂縫，8.5m為裂縫總長度，0.40mm為裂縫最大值。（4）箱內腹板、翼緣板裂縫。經檢查，共有7條縱向裂縫，8.1m為裂縫總長度，0.25mm為裂縫最大寬度。（5）箱內齒板裂縫。共檢查出180處裂縫，56.77m為開裂總長度，1.00mm為最大寬度。因本部位屬于局部受壓區，具有極為復雜的應力情況，導致該區域出現裂縫的直接原因在于設計時考慮局部配筋不足或張拉預應力時混凝土強度較低等。

2）跨中下撓。根據檢測可見，大橋中跨跨中部位，即179.0～2.89m范圍內，有不同程度下撓現象，其中中跨跨中合攏段為最大下撓處，同時，相比原設計值，最小實測高程少了13.2cm；且相比原設計線形，兩邊跨橋面實測線形有高有低，兩邊跨距兩端30m位置為最大負偏差處，與原設計值相比，此位置橋面實測高程略低，基本低出-0.2～-10.4cm。根據檢測分析，大橋其他區域橋面高程均在原設計值以上。跨中下撓的直接原因在于2點，第一，因主梁混凝土收縮徐變產生；第二，于結構內力而言，頂板懸臂施工束與地板預應力束損失對其影響較大，因此出現下撓。

4 施工技術要點

1）加固方案。通過分析橋梁病害，為改善主梁應力情況，增強橋梁承載力，必須做好橋梁加固處理工作。經分析決定選用增設縱向體外預應力鋼束的加固方案，通過這種加固方式，可提升加固箱梁承載力極限狀態，促使加固箱梁跨中上移，且對橋梁下撓起到抑制作用。

2）體外預應力加固。根據橋梁具體情況，可將通長的體外預應力鋼束設置到較高主拉應力值的中跨與邊跨部位，確保開裂梁段一定剪力能夠向根部梁段傳遞。其中選取25-φs15.2鋼絞線對中跨加固，需布設12束；同時選用17-φs15.2鋼絞線對邊跨加固，需布設8束，1860MPa為標準抗拉強度值。根規定，以1116MPa為體外預應力張拉應力值，60%為鋼絞線設計強度。因體外預應力加設量大，因此，布設方式可選用沿箱梁內部頂底板分散法。通過可調可換式錨具進行體外預應力施工，以此為橋梁后期維修提供便利。在錨固體外預應力束時，可通過邊跨端部橫隔板與墩頂位置橫隔板施工。在錨固邊跨橋臺位置橫隔板時，為方便放置錨具與張拉施工，需去除局部橋臺背墻。因箱內空間不足，可選取混凝土橫隔板作為轉向裝置。

3）中跨跨中箱梁底板抗彎加固。為對底板裂縫進行封閉，可將鋼板粘貼到中跨跨中箱梁底板底面或邊跨、次邊跨箱梁底板底面，從而保證截面抗彎承載力有效提升。

5 體外預應力加固有效性分析

1）通過計算，在承載力能力極限狀態下，橋梁體外預應力加固，可有效提高橋梁正截面抗彎與斜截面抗剪能力。將檢測可知，加固后，主梁抗彎承載能力驗算與規范要求相符，1.14為其最小安全系數，位于墩頂部位，相比加固前安全系數1.10，提升了0.04。主梁抗剪承載力驗算中，1.01為最小安全系數，位于中跨1L/8、7L/8部位，相比加固前0.95，提升了0.06.由此表面，在承載能力極限狀態下，加固后此橋梁安全性能良好。

2）在正常使用極限狀態，經檢測，加固后橋梁箱梁截面上下緣主拉應力都有所下降。梁內安設的體外預應力筋的彎起部分，可產生豎向分力，從而降低剪力及混凝土主拉應力。開裂部位主拉應力的降低，將有效抑制已有裂縫。

3）針對連續剛構橋跨中下撓情況，經加固施工后，可整體提升橋梁剛度。經計算，在汽車荷載作用下，可減小大橋中跨跨中下撓情況，原有下撓值為69.90mm，加固后57.31mm，降低了12.59mm，邊跨撓度也隨之下降。

6 結束語

綜上所述，隨著國民經濟發展速度的不斷提升，在公路橋梁工程施工中，只有嚴格按照相關施工要求進行施工，才能提升工程質量。體外預應力技術作為橋梁加固工程施工建設的重要技術之一，只有規范施工流程，提高施工技術水平，才能保證工程整體質量，從而實現橋梁工程經濟效益最大化。

參考文獻

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