路橋梁預應力加固新技術的設計分析

李 江

(西安中交土木科技有限公司，陜西 西安 710075)

1 工程概況

預應力加固技術被應用于路橋工程后，可以取得較好的加固維護效果，充分發揮出預應力筋的補強作用，保證橋梁維持正常使用狀態，車輛過往通行更加安全，具有較好的社會經濟效益。

渭河特大橋建設于臨潼粉劉村南東側，圣力寺村南西側，全橋總長2 425.4 m，建設于左偏圓曲線、直線、右偏圓曲線上。結構組成方面，渭河特大橋上部結構采取連續箱梁+T梁+變截面箱梁相組合的方式，下部橋墩包含矩形墩和柱式墩，橋臺設置為肋式臺。

2 預應力加固的主要應用方法

2.1 橫向收緊張拉法

梁兩端僅存在微小的間隙，此條件下通常以橫向收緊張拉法為主，預應力筋設置于梁的下緣對稱梁中線處，在與梁端合理距離處彎起，此處所用錨固鋼板呈“U”形，穩定安裝在梁端的下翼緣處。設置適量撐棍，以便將預應力筋劃分為多個均等的節段，布設在兩端的撐棍還具有支撐的效果[1]。各節段中點處安裝拉緊螺栓，在其作用下將兩對稱筋收緊，此時拉桿則會提供預應力。

2.2 縱向張拉法

沿預應力筋軸線施加預應力，將施工所用的預應力筋統一布設在梁底，梁兩端布設導向塊并彎起，沿梁底縱向張拉，以達到減小梁端剪力的效果。現階段，縱向張拉錨固構造中較為典型的是梁頂錨固和腹板錨固兩種形式。不同的構造形式所對應的體外預應力筋張拉方法存在差異，除了在梁頂沿斜筋張拉外，還可以視實際情況轉為在梁底沿水平方向張拉的方式。

2.3 豎向張拉法

部分施工條件下無法順利完成縱向張拉作業，此時可采取豎向張拉法，所用預應力筋統一布設在梁肋兩側，通常在梁端肋側錨固，選用適量小橫梁并將其置于梁肋底部，作為不可或缺的裝置，橫梁的安裝具有必要性，可有效固定鋼筋預應力。

2.4 預彎梁法

部分橋梁結構中還伴有梁上緣開裂的情況，此時以預彎梁法較為合適。例如：某簡支鋼板梁橋施工中，其荷載處于相對較大的狀態，應合理改善鋼板梁的受力條件，從而達到提高橋面板剛度的效果[2]；受體外索張拉的作用，橋面板內部形成較明顯的拉應力，可有效緩解因混凝土收縮而產生的拉應力。施工中應搭設穩定的支架，將主梁頂起并到達指定位置，檢驗新澆橋面板的強度，滿足要求即可落下支架，此時橋面板將充分發揮出主梁的自重作用，由此形成壓應力，在此基礎上張拉體外預應力筋，按照要求對橋面施加軸力和彎矩。

3 預應力加固設計分析

3.1 預應力加固設計的基本原則

預應力組成示意圖見圖1。

圖1 預應力組成示意圖

橋梁底部分布數量較多的橫向裂縫，此病害的出現與結構剛度不足有關，此時結構撓度明顯增加，隨之產生較明顯的橫向裂縫。針對此問題，宜采取主動加固的方式，使結構的預應力恢復至正常水平，布設體外預應力束，以達到有效加固橋梁的效果，此時橋梁具有承受荷載的作用[3]。主動加固方案的具體內容如下：①封閉既有裂縫，以免外界的有害物質進入結構內部而引發鋼筋銹蝕等質量問題；②采取局部補強處理措施，盡可能阻止裂縫的擴展，以確保結構維持安全使用狀態；③預應力不足是引發結構病害的主要成因，在加固時則要重點補充預應力，使結構實際應力狀態能夠與設計要求相同。

3.2 預應力加固設計方案

第五聯連續梁橋病害較為明顯，根據其實際情況提出體外預應力主動加固的方案，具體做如下分析。

1)處理連續箱梁內部，對其采取體外預應力加固措施，經過張拉后將形成附加預應力，具體如圖2所示。

圖2 體外預應力加固示意圖(單位：cm)

2)結束箱梁內部的處理后再轉向箱梁底部，對該處的裂縫采取局部補強措施，若裂縫寬度<0.1 mm，此時應有效封閉裂縫。

4 橋梁預應力加固技術的施工方法

4.1 合理選擇預應力鋼絞線

材料材質對預應力加固的效果具有明顯影響，常見有鋼絞線、冷拉鋼絲等多種形式，其中以鋼絞線的應用最為廣泛，兼具便捷、美觀的特點，是道路橋梁建設領域的首選形式。不同于其他建筑工程的是，橋梁預應力施工所需的鋼絞線總量相對較少，在保證橋梁預應力加固效果的同時可有效減少成本投入，具有較顯著的社會經濟效益。關于預應力鋼絞線的選擇問題，需高度注重材料的性能參數，保證其在尺寸、延展率、耐久性等方面可滿足使用要求。

4.2 合理選擇預應力錨具

錨具可選形式豐富，不同錨具所產生的損失具有差異性，因此，合理選擇錨具至關重要。工程經驗表明，道路橋梁預應力加固施工中的錨具選擇應兼顧機械錨固和摩擦錨固兩方面因素，從而做出合適的選擇，充分發揮出錨具的效用。

4.3 鋼筋混凝土中的應用

混凝土裂縫是橋梁結構中發生概率較高的病害，且在大型橋梁中體現得更為明顯，而通過預應力技術的應用可有效減少混凝土裂縫問題，在維持混凝土結構完整性方面具有良好的作用。從預應力技術在裂縫中的作用原理來看，可向受拉區混凝土施加壓力，此時鋼筋在張拉作用下將有所回縮，充分發揮出受拉區內鋼筋預應力的作用。

4.4 混凝土路面中的應用

預應力技術也可應用于橋梁混凝土路面中，其作用原理與鋼筋混凝土結構中并無本質區別。施工之前應做好全面的準備工作，如檢測混凝土路面的溫濕度情況、摩擦約束力等，以此為依據合理優化預應力技術，盡可能避免裂縫和收縮現象，恢復橋梁混凝土路面的完整性。

5 橋梁預應力加固技術在實際應用中的主要問題

5.1 預應力張拉

為充分提高預應力早期強度，可通過摻入適量早強劑的方式而實現。正常情況下，完成混凝土的灌注施工且經過3 d后便可組織預應力張拉作業，此時混凝土的強度已經上升至較高的水平，但其彈性模量依然相對較低，兩項指標出現增長沖突問題。早期混凝土可塑性較好，若采取的是預應力提早張拉的方式，此時預應力增長速度明顯加快，導致橋梁承受能力不足，隨之出現裂縫等病害。

5.2 張拉力控制

在張拉力不合理的情況下，預應力加固效果將大打折扣，出現橋梁施工質量欠佳等質量問題。預應力張拉期間應兼顧各項質量影響因素，同時控制張拉力和預應力鋼筋，使其處于相協調的狀態。在各類影響因素中張拉力的影響較為顯著，通常采取的是15級油壓張拉的方式，施工人員欠缺專業技能，在實際操作中易出現不同程度的誤差。若遇到多束預應力張拉作業，該問題將更為明顯。由于每束張拉力具有差異性，因此，預應力鋼筋伸長值難以完全一致，產生的彈性模量無法統一，預應力張拉反而出現適得其反的局面，發生預應力張拉能力失控的現象。

5.3 預應力管道堵塞

部分施工人員的專業水平偏低，未依據規范完成混凝土灌注作業，或是缺乏行之有效的防護措施，明顯加大預應力管道堵塞的概率，導致鋼絞線受到阻礙而無法順利通過，張拉力的作用難以得到有效發揮，預應力技術的應用效果欠佳，在影響橋梁施工質量的同時存在工期延長、成本增加等問題。針對預應力管道堵塞問題，最為關鍵的是依據規范將管道安裝到位，經過計算后確定管道鋼筋的具體位置，由此避免管道鋼筋彎曲現象，使預應力管道足夠通暢。

5.4 體外施工的技術要點

1)定位滑塊墊板和錨固支座，于橋梁底部錨桿重心處設置滑塊墊板，在橋梁兩端確定螺栓孔的位置并做好標記。

2)做好上錨固定的放樣定位工作，具體應以單梁頂面縱橫向為基準而確定，經過檢測后確定錨固點與兩端的間距。

3)設置上錨固點，若采取的是端面上錨固定的方式，則要分析預應力鋼筋的合適安裝位置，在橋面鑿出兩個斜孔(角度應與斜筋保持一致)，隨后再鑿去橋面鋪裝層，在該處均勻涂抹環氧膠液，以不影響混凝土保護層厚度為基本前提，完成橋梁頂部的上錨固定作業。

6 結束語

綜上所述，公路橋梁工程中易出現混凝土結構裂縫、失穩等質量問題，為營造安全的車輛通行環境，可引入預應力加固技術，以實際施工情況為準，依據規范合理應用該技術，以達到改善橋梁結構受力狀態的效果，充分發揮出預應力的作用，保證橋梁的穩定性。

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