橋梁工程體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)分析

王學(xué)智 宋照宇

（西峽縣農(nóng)村公路管理所，河南 南陽(yáng) 474550）

改革開(kāi)放40多年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速騰飛，路橋事業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，并取得了令人矚目的成績(jī)，是見(jiàn)證中國(guó)速度的一抹重彩。然而，在路橋工程建設(shè)數(shù)量不斷增加的同時(shí)，大量早期修筑的橋梁工程因運(yùn)營(yíng)使用時(shí)間長(zhǎng)，出現(xiàn)了大量病害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有路橋工程超過(guò)30%使用年限已達(dá)到30年，存在安全隱患的三、四類(lèi)橋梁所占比例高達(dá)40%，危橋數(shù)量超過(guò)幾十萬(wàn)座。若全部拆除重建是不切合實(shí)際的。因此，解決此類(lèi)問(wèn)題關(guān)鍵在于加固與維修改造。常見(jiàn)橋梁加固方法包括體外預(yù)應(yīng)力法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維片材加固法等。本文以體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)為研究對(duì)象，將其用于橋梁結(jié)構(gòu)加固，可以改善混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提升橋梁承載力，達(dá)到抗裂理想效果。

1 體外預(yù)應(yīng)力法加固原理

于大量在役病害橋梁而言，體外預(yù)應(yīng)力法加固，可有效提升原有結(jié)構(gòu)承載力，改善結(jié)構(gòu)抗裂性能，增強(qiáng)其耐久性，以此實(shí)現(xiàn)緩解或解決病害的效果。相比其他加固方法，體外預(yù)應(yīng)力加固法屬于一個(gè)整體系統(tǒng)，而非單一構(gòu)造，其包括錨固裝置、轉(zhuǎn)向裝置、減震裝置、體外鋼束、孔道管及漿體等。當(dāng)前體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁主要分為有黏結(jié)余無(wú)黏結(jié)兩種體系，具體如下：其一，有黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系是指先張拉穿入孔道內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋，隨后把漿體注入孔道內(nèi)部；其二，無(wú)黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系是指按照平行的方法先把一定量的單根無(wú)黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力束向孔道內(nèi)穿入，隨后將漿體注入，在漿體作用下進(jìn)行所有預(yù)應(yīng)力筋定位，完成上述作業(yè)后，即可進(jìn)行張拉施工。

2 工程概況

某橋梁工程為三跨連續(xù)剛構(gòu)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(chē)道10.00m+人行道1.25m，本橋?yàn)殡p向兩車(chē)道，荷載等級(jí)屬于公路-I級(jí)，2.5KN/㎡為人群荷載集度。橋梁自建成通車(chē)后，因交通量增大，長(zhǎng)期超載超重影響，逐步出現(xiàn)橋梁整體剛度不足，橋面線形不平順，且部分位置裂縫過(guò)多等現(xiàn)象，這些病害的存在，將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體性、耐久性等造成嚴(yán)重影響，為此，需做加固處理。經(jīng)實(shí)地勘察分析，橋梁病害主要包括以下幾點(diǎn)：

1）主梁開(kāi)裂情況。（1）箱外底板裂縫?？v橋向開(kāi)裂為主橋箱梁外底板裂縫的主要表現(xiàn)形式，縱橋向裂縫共檢查出86條，54.65m為裂縫的總長(zhǎng)度，0.35mm為裂縫寬度最大值，橫向裂縫共2條。按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，0.20mm為縱向裂縫允許寬度，0.35mm＞0.20mm，則說(shuō)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(jīng)檢查可見(jiàn)，此部位豎向開(kāi)裂共2處，縱向裂縫共1處。3m為裂縫總長(zhǎng)度，0.25mm為裂縫最大寬度。（3）箱內(nèi)底板裂縫。經(jīng)檢查，共有3條縱向裂縫，8.5m為裂縫總長(zhǎng)度，0.40mm為裂縫最大值。（4）箱內(nèi)腹板、翼緣板裂縫。經(jīng)檢查，共有7條縱向裂縫，8.1m為裂縫總長(zhǎng)度，0.25mm為裂縫最大寬度。（5）箱內(nèi)齒板裂縫。共檢查出180處裂縫，56.77m為開(kāi)裂總長(zhǎng)度，1.00mm為最大寬度。因本部位屬于局部受壓區(qū)，具有極為復(fù)雜的應(yīng)力情況，導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)裂縫的直接原因在于設(shè)計(jì)時(shí)考慮局部配筋不足或張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土強(qiáng)度較低等。2）跨中下?lián)?。根?jù)檢測(cè)可見(jiàn)，大橋中跨跨中部位，即179.0～2.89m范圍內(nèi)，有不同程度下?lián)犀F(xiàn)象，其中中跨跨中合攏段為最大下?lián)咸帲瑫r(shí)，相比原設(shè)計(jì)值，最小實(shí)測(cè)高程少了13.2cm；且相比原設(shè)計(jì)線形，兩邊跨橋面實(shí)測(cè)線形有高有低，兩邊跨距兩端30m位置為最大負(fù)偏差處，與原設(shè)計(jì)值相比，此位置橋面實(shí)測(cè)高程略低，基本低出-0.2～-10.4cm。根據(jù)檢測(cè)分析，大橋其他區(qū)域橋面高程均在原設(shè)計(jì)值以上?？缰邢?lián)系闹苯釉蛟谟?點(diǎn)，第一，因主梁混凝土收縮徐變產(chǎn)生；第二，于結(jié)構(gòu)內(nèi)力而言，頂板懸臂施工束與地板預(yù)應(yīng)力束損失對(duì)其影響較大，因此出現(xiàn)下?lián)稀?/p>

3 橋梁工程體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點(diǎn)

1）加固方案。通過(guò)分析橋梁病害，為改善主梁應(yīng)力情況，增強(qiáng)橋梁承載力，必須做好橋梁加固處理工作。經(jīng)分析決定選用增設(shè)縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束的加固方案，通過(guò)這種加固方式，可提升加固箱梁承載力極限狀態(tài)，促使加固箱梁跨中上移，且對(duì)橋梁下?lián)掀鸬揭种谱饔谩?）體外預(yù)應(yīng)力加固。根據(jù)橋梁具體情況，可將通長(zhǎng)的體外預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置到較高主拉應(yīng)力值的中跨與邊跨部位，確保開(kāi)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(duì)中跨加固，需布設(shè)12束；同時(shí)選用17-φs15.2鋼絞線對(duì)邊跨加固，需布設(shè)8束，1860MPa為標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度值。根規(guī)定，以1116MPa為體外預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力值，60%為鋼絞線設(shè)計(jì)強(qiáng)度。因體外預(yù)應(yīng)力加設(shè)量大，因此，布設(shè)方式可選用沿箱梁內(nèi)部頂?shù)装宸稚⒎?。通過(guò)可調(diào)可換式錨具進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力施工，以此為橋梁后期維修提供便利。在錨固體外預(yù)應(yīng)力束時(shí)，可通過(guò)邊跨端部橫隔板與墩頂位置橫隔板施工。在錨固邊跨橋臺(tái)位置橫隔板時(shí)，為方便放置錨具與張拉施工，需去除局部橋臺(tái)背墻。因箱內(nèi)空間不足，可選取混凝土橫隔板作為轉(zhuǎn)向裝置。3）中跨跨中箱梁底板抗彎加固。為對(duì)底板裂縫進(jìn)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。

4 橋梁工程體外預(yù)應(yīng)力加固效果分析

1）通過(guò)計(jì)算，在承載力能力極限狀態(tài)下，橋梁體外預(yù)應(yīng)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(cè)可知，加固后，主梁抗彎承載能力驗(yàn)算與規(guī)范要求相符，1.14為其最小安全系數(shù)，位于墩頂部位，相比加固前安全系數(shù)1.10，提升了0.04。主梁抗剪承載力驗(yàn)算中，1.01為最小安全系數(shù)，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(tài)下，加固后此橋梁安全性能良好。2）在正常使用極限狀態(tài)，經(jīng)檢測(cè)，加固后橋梁箱梁截面上下緣主拉應(yīng)力都有所下降。梁內(nèi)安設(shè)的體外預(yù)應(yīng)力筋的彎起部分，可產(chǎn)生豎向分力，從而降低剪力及混凝土主拉應(yīng)力。開(kāi)裂部位主拉應(yīng)力的降低，將有效抑制已有裂縫。3）針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)锨闆r，經(jīng)加固施工后，可整體提升橋梁剛度。經(jīng)計(jì)算，在汽車(chē)荷載作用下，可減小大橋中跨跨中下?lián)锨闆r，原有下?lián)现禐?9.90mm，加固后57.31mm，降低了12.59mm，邊跨撓度也隨之下降。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋得到了廣泛應(yīng)用。此類(lèi)橋梁具有伸縮縫少、受力能力強(qiáng)等特點(diǎn)。然而，隨著剛構(gòu)橋使用時(shí)間的不斷增加，橋梁病害愈加突顯。其根本原因在于交通量的不斷增加，大幅增加了行車(chē)荷載，加之自然因素、橋梁設(shè)計(jì)及施工方面的問(wèn)題，嚴(yán)重降低了橋梁承載能力，影響了橋梁的使用安全性。為更好地提升橋梁質(zhì)量，確保行車(chē)安全，必須做好橋梁加固施工。體外預(yù)應(yīng)力法作為一種主動(dòng)加固法，可對(duì)梁體外預(yù)應(yīng)力束施加預(yù)應(yīng)力，從而構(gòu)建一個(gè)完整的加固體系，增加加固效果。