預應力鋼絲繩加固法工藝在舊橋維修加固中的應用

李 俊

（甘肅省甘南公路局，甘肅 甘南 747000）

1 概述

隨著現代技術的進步，甘肅省公路交通建設事業的發展和“十三五規劃”的實施,高等級公路里程不斷的增長，其中橋梁是公路跨越河流的關鍵之點。隨著貨車交通占比的增大，部分老舊橋梁承載日趨加重。在公路養護活動中，橋梁極易出現病害等狀況。影響安全的主要如橋梁梁板出現結構受力裂縫，造成橋梁承載性能下降，導致安全隱患較大。在橋梁養護中，急需一種對梁板加固維修，增強承載能力，滿足橋梁安全承載的施工技術。就此問題，本文通過國道主干線岷縣至合作段二級公路K324+690 橋空心板采用預應力高強度鋼絲繩加固，嘗試解決相關問題。

2 混凝土橋梁板常用加固方法

在過去常規的公路橋梁板維修中，主要有以下幾種技術措施加固：增大梁板截面加固法、復合纖維貼加固法、梁板表面粘貼鋼板加固法和梁板體外預應力加固法等，這些常規技術措施也都能有效的維修加固橋梁，但也有不同的使用限制。

（1）增大截面加固法：該方法適用加固較小跨徑的梁板橋，特點是適應性強和施工工藝簡單，可以有效提高公路橋梁板的荷載能力。但是，有增加橋梁結構自重的缺點，施工工期比較長，影響交通，占用空間大，也因為橋底空間減少而影響橋梁泄洪能力等不利影響。

（2）粘貼鋼板加固：對公路橋梁板粘貼鋼板工藝對橋梁的剛度提高有明顯作用。它是以樹脂粘接梁板底與鋼板的加固方法，一般加固后對原橋梁梁板底空間和表觀質量無影響，不影響橋梁的泄洪能力。但不利之處是加固質量很大方面決定于施工膠粘工藝能力，對施工過程中的操作技術能力要求高。長期來說鋼板的耐久性差，主要是鋼板容易受空間環境因素的影響較大，導致耐久性能下降，在橋梁加固中，所以有一定的環境限制。

（3）體外預應力加固法：采用梁板底外張拉預應力的方法，可以有效的提高舊橋的荷載，恢復橋梁使用功能。但該方法施工成本高、工藝要求比較復雜、梁板錨固端受力比較集中，容易造成梁板兩端應力大的缺陷。

（4）粘貼纖維復合材料加固：合成的纖維材料相對其他材料自重輕，施工方便、抗拉強度好，長期使用性能不下降。采用專用設備將樹脂纖維粘貼于橋梁板受拉表面，讓兩者形成整體，可以有效的提高舊橋承載能力。也不占用梁底空間，不影響橋梁泄洪能力。但纖維材料不能滿足橋梁的剛度要求，在橋梁加固使用中，受到一定條件的限制。

3 工程概況

國道主干線徐合公路岷縣至合作段二級公路K324+690 橋為跨河橋，位于甘南州臨潭縣境內。該橋是3～13m 鋼筋混凝土空心板和U 型橋臺,橋梁全長62.60m 。橋面設計寬度:凈8.0m+2×1.0m=10m,設計荷載為公路-I 級。

（1）橋梁現狀：在2018 年5 月養護管理巡查中，發現K324+690 橋部分梁底板出現等不規則裂縫,有些裂縫已屬于結構性貫通裂縫，部分裂縫寬度達0.2mm；該橋梁底發現板底表面有泛堿現象；空心板頂板厚度普遍嚴重不足(最薄處2cm),多片板頂板有空洞現象。該橋梁荷載明顯降低，急需維修，方可保證通行暢通和交通安全。

（2）病害原因分析：該橋在預制梁板時,因內模氣囊上浮,造成頂板過薄,底板混凝土過厚,人為性的降低了空心板有效配筋率。底板增厚的混凝土成為多余荷載,頂板過薄減小了截面有效高度,導致梁板承載力降低,從而出現板底裂縫,且寬度達到規范限值，造成結構裂縫。

（3）加固維修設計方案:在對多個加固技術方案評比基礎上，根據該橋橋底空間較小、交通通行壓力大和需要較短施工時間完成橋梁加固、需有效提高橋梁荷載的特點。多方評選比較，因地制宜，初步選定高強度預應力鋼絲繩對K324+690 橋加固施工方案。

4 預應力鋼絲繩施工工藝

初步擬定的橋梁加固方案如下：因K324+690橋梁板裂縫較多，采用環氧樹脂裂縫進行灌封處理,下一步對每片梁底板采用縱向高強預應力鋼絲繩張拉+表面加貼聚合物砂漿的施工工藝；加固表面也進行防腐涂裝；采用雙層鋼筋網布設在橋面鋪裝內;更換舊伸縮縫；采用水穩性能好的砂性土換填橋梁臺背,更換橋臺搭板等施工方案。

基本施工工序為：清理板底→螺栓孔彈線定位→板底開孔→清孔→安裝螺栓→焊接錨板→安裝鋼板→鋼絲繩安裝→鋼絲繩張拉→噴涂抗流掛聚合物砂漿。

（1）端部錨具的制作。端部錨具采用舊橋加固專門的專用錨具。錨具一般在3cm 厚度的荷載板上開6mm 的張拉孔，先把鋼絲繩一頭圓孔穿入，擠壓錨頭卡在錨具側面將鋼絲繩有效錨住，確保整體張拉符合要求。

（2）梁底端部錨板的固定。根據設計方案，對梁端底板進行放樣，確定錨具的中心線位置。然后梁板底刻槽，深度為7mm 左右，方向是沿跨度方向刻槽，刻槽和鉆孔位置應形成比較粗糙的平面，達到使橋梁板與鋼絲繩密貼的效果。在設計方案確定的位置鉆孔植入M16 的螺紋錨栓。對錨固鋼板打磨后涂抹粘鋼膠，通過M16 的螺紋錨栓將鋼板與梁板面有效結合固定。

（3）材料的選用和制作。預應力鋼絲繩選用橋梁專用的強度比較高、延性好的和低松弛的鍍鋅鋼絲繩，本工程采用鋼絲繩直徑為4.5mm，根據設計方案確定所需施加的總預應力，抗拉設計強度值為1100MPa。確定了每塊板鋼絲繩根數為17 根。

梁底錨具安裝好后，應試驗確定基準鋼絲的張拉控制應力與現場測量的實際引伸量的關系，料長度應嚴格控制在±3mm 以內，避免下料過短或過長，影響張拉質量。鋼絲繩應在無應力狀態但拉緊下切割下料。鋁合金套筒為雙孔套筒式，鋼絲繩在端部折成雙股后穿入套筒內孔，通過液壓鉗對錨頭進行強力擠壓，形成擠壓錨頭。

（4）預應力鋼絲繩的張拉與錨固。本工程采用單側張拉方式，一端在錨具固定，另一端通過手扳葫蘆進行張拉。鋼絲繩張拉長度滿足設計方案要求。為防止結構產生扭轉、側彎現象，一般張拉原則是橋梁板中間向兩側對稱進行，采用對稱張拉的方式。

鋼絲繩張拉過程質量控制的重點是張拉應力和張拉量，嚴格控制張拉應力大小，該橋設計伸長量為50.65mm。因嚴格控制伸長量，鋼絲繩張拉是質量的關鍵指點，應嚴格落實雙控措施，保障張拉應力滿足設計要求，張拉時，應注意舊橋梁板受力狀況，防止張拉過快導致出現裂縫現象。

（5）噴抹板底底部防護砂漿。當鋼絲繩張拉完成后，在檢驗合格的基礎上，及時噴防護聚合物砂漿。該防護砂漿應選用具有較好的延性，不易出現橫向裂縫的抗流掛聚合物砂漿。一般是在梁板表面噴界面劑，再涂抹抗流掛聚合物砂漿，涂刷注意厚度及密度的控制，確保質量。

聚合物砂漿必須將鋼絲繩及錨具有效覆蓋。為提高橋梁維修后的耐久性，在聚合物砂漿涂抹完成后，因河底有長流水，為提高防腐效果，在其表面應涂刷一層防腐涂料。

5 方案比較

傳統加固方法各有優點，同時也有不足之處。而利用預應力鋼絲繩對橋梁板進行維修加固技術，是一種比較有效的滿足現代橋梁加固需要的新技術，通過徐合公路K324+690 橋加固施工方案比較如下：

（1）在該小橋加固中，預應力高強度鋼絲繩加固法相對增大截面加固法來說，沒有占用橋底空間，原設計泄洪能力保持不變，成本也較低。

（2）預應力鋼絲繩加固法相對粘貼鋼板加固來說，施工簡便、耐久性有保障，承載力提高比較明顯。

（3）相對粘貼纖維復合材料加固比較，有效的提高了剛度，梁板安全性有較大的提高。

（4）相對體外預應力加固法比較，預應力鋼絲繩加固法施工簡便、施工期短，成本低。

6 結語

預應力鋼絲繩加固的特點比較明顯。是采取將有效措施將鋼絲繩有效的錨固于橋梁兩端梁底，讓舊橋荷載傳遞與鋼絲繩，當對鋼絲繩的張拉后，鋼絲繩的拉力能夠傳遞到梁板上，鋼絲繩與梁板形成整體受力，共同承受車輛荷載，提高橋梁板的荷載能力。

2018 年完成該橋施工，經多年使用，發現維修加固效果比較明顯，有效的恢復了該橋的承載能力。通過該橋施工表現出預應力高強度鋼絲繩加固費用小、施工方便、周期短，可在不限制車輛通行的情況下半幅通車半幅施工，施工方法較其他橋梁加固方法比較，施工工藝比較簡單。

預應力高強鋼絲繩屬主動加固方式，具有較多優勢，可以根據設計要求提高橋梁的剛度和最大承載力，滿足提高橋梁安全性能的要求；張拉時不需要大型設備，相對單根預應力鋼絲繩的拉力較小，施工方便；也不減少橋下使用空間，保證橋梁泄洪能力符合要求；也不增加原橋梁自重，避免橋梁自身荷載增加；是一種施工方便和造價低的抗彎加固新技術。