應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁維修加固中的應(yīng)用

馬慧峰

山西晉宇路橋工程有限責(zé)任公司 山西太原 030000

近年來，我國社會經(jīng)濟、工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展加快，道路交通運輸量以及運輸車流量都在日益增加。一方面促進交通運輸事業(yè)快速發(fā)展，交通運輸體系不斷完善；另一方面對橋梁建設(shè)事業(yè)也提出了更高的要求；在橋梁建設(shè)施工中，隱現(xiàn)出更多的問題，一些橋梁因最初設(shè)計荷載能力較低，又經(jīng)過長期高負荷受力，使其橋梁存在不同程度的損傷，使用壽命也會大大減少，承載能力與穩(wěn)定性都在持續(xù)下降，從而給交通運輸帶來了未知的安全隱患。由于對危險橋梁的拆毀重建改造成本損耗較大，而且并不現(xiàn)實。因此，橋梁建設(shè)為了避免交通運輸安全事故發(fā)生，最優(yōu)選的方式是通過提高橋梁加固技術(shù)改造，增加橋梁安全性能儲備，以及橋梁維修改造技術(shù)來實現(xiàn)。

1 橋梁預(yù)應(yīng)力加固的方法及原理

1.1 主動加固橋梁的意義

橋梁結(jié)構(gòu)加固工程在施工建設(shè)過程中，為增加橋梁的承載能力和安全性能，需要對橋梁建筑、結(jié)構(gòu)以及建設(shè)材料進行整體設(shè)計。主動加固橋梁是為了增加橋梁的承載和受力、維護橋梁的安全性能和使用壽命，避免和減少對橋梁的損害及影響。一般而言，橋梁建設(shè)主動加固的補強材料是采用鋼筋混凝、鋼板和高強度復(fù)合纖維等對其進行加固，以此來提高橋梁的安全性和穩(wěn)定性，而主動加固則是深入探測考察橋梁的結(jié)構(gòu)，分析針對橋梁的荷載等級和受力缺陷，根據(jù)橋梁具體實際的情況制定最優(yōu)處理方案，從橋梁的根本上解決維修加固承載能力、增強橋梁的穩(wěn)定性能。當(dāng)然這一環(huán)節(jié)需要涉及到開展專業(yè)的針對性分析，以及具體維修加固施工的材料考究，因為不同的橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不同，其受力程度與荷載等級也有所不同，因此依據(jù)橋梁工程的具體問題設(shè)計，采取具體對應(yīng)方案，使橋梁增加承受負載能力，減少損耗，實現(xiàn)其價值的最大化[1]。

1.2 被動加固橋梁的特點

現(xiàn)目前，被動加固的方法在橋梁結(jié)構(gòu)加固施工過程中得以廣泛使用。被動加固就是在對橋梁結(jié)構(gòu)進行加固施工過程中，被加固構(gòu)件的受拉區(qū)直接增設(shè)抗拉的后補加強材料，例如碳纖維板加固、粘鋼加固、粘高強復(fù)合材料加固等。所以橋梁結(jié)構(gòu)加固被動加固不僅可以提高材料的利用率，對于橋梁受力穩(wěn)定性的提升也有極大幫助。此外，被動加固特點是只承擔(dān)活載（車輛荷載）以及后加恒載所產(chǎn)生的應(yīng)力，因此被動加固也存在一定缺陷。以粘貼碳纖維布為例，橋梁加固薄弱構(gòu)件的時候，設(shè)計一般會考慮分階段受力的特點，與原鋼筋混凝土受力相比被動加固僅僅承擔(dān)后增加的荷載，且其應(yīng)力應(yīng)變相對較為滯后，一般在極限狀態(tài)時，其應(yīng)力不能達到抗拉強度設(shè)計值。據(jù)研究表明在我們對橋梁進行加固時采用直接粘貼高強復(fù)合材料的被動加固方案的時候，由于分階段受力的特點，后加補強材料應(yīng)力應(yīng)變滯后，高強材料的抗拉強度性能很難得到發(fā)揮，為了進一步提高材料的的利用率，則出現(xiàn)了主動加固技術(shù)。

2 預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的應(yīng)用

2.1 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的特點

預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)加固維修中，體外預(yù)應(yīng)力加固法是較為常用的加固方法，其加固系統(tǒng)主要分為體外預(yù)應(yīng)力索/筋、體外預(yù)應(yīng)力錨固裝置、體外預(yù)應(yīng)力防腐系統(tǒng)三個部分。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在實際應(yīng)用過程期間，可以在不影響正常交通運輸?shù)那闆r下進行施工運營，將預(yù)應(yīng)力錨索安防在梁體的主體結(jié)構(gòu)外，利用兩側(cè)的錨固及梁中的轉(zhuǎn)向裝備，和橋梁墻體貼合連為一體，使橋梁的平衡性和穩(wěn)定性明顯提高，不僅施工設(shè)備簡單靈活，對橋梁的墻體損傷程度較小，而且工期較短經(jīng)濟效益相對較高。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力加固方法及優(yōu)勢

體外預(yù)應(yīng)力的加固方法主要適用于跨度大的混凝土連續(xù)箱體橋梁，是通過采用在橋梁結(jié)構(gòu)外部，增加預(yù)應(yīng)力筋、鋼拉桿、體外索等結(jié)構(gòu)材料構(gòu)件進行加固，由橋梁的上部施加應(yīng)力，使下部受拉區(qū)域?qū)α后w產(chǎn)生預(yù)壓力從而抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而使橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度顯著提高，能夠有效地使梁體的部分裂縫閉合，減少橋梁結(jié)構(gòu)的撓度，提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐用性。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)相比在橋梁底部增加粘貼鋼板加固施工有所不同，不需要清理鑿開混凝的土表面安置，而是通過采用具有防腐性能的特質(zhì)材料構(gòu)件對橋梁結(jié)構(gòu)進行加固。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)主要有以下優(yōu)點：

（1）在橋梁加固工程中使用率較高，加固施工過程開展靈活，應(yīng)用范圍廣泛，可對不同橋梁的實地情況進行整體或者局部的加固。

（2）加固施工構(gòu)件對橋梁結(jié)構(gòu)的損傷及結(jié)構(gòu)的影響相對較小，在提升橋梁承載力的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)有效的保護橋梁的原有形態(tài)和設(shè)計線形，降低成本提高經(jīng)濟效益。

（3）便于后期的橋梁維修和管理，可以根據(jù)情況更換和調(diào)整體外索，加固過程中與橋梁原本結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生黏結(jié)，應(yīng)力波動量小。

2.3 粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

在橋梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù)過程中，針對橋梁的不同結(jié)構(gòu)加固技術(shù)也有所不同，一般來說，跨度較大的箱體橋梁選擇體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)較為適用，而小型的立交橋梁等結(jié)構(gòu)加固，則適用于粘結(jié)應(yīng)力加固技術(shù)。粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)也就是有粘結(jié)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力后張法工藝的構(gòu)件，在橋梁承載工作中預(yù)應(yīng)力無法調(diào)整是事實，但后張法也常常用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力工藝，其加固的施工過程也就是通過將直徑較小力筋錨固在橋梁的的加固體內(nèi)，并注入復(fù)合型砂漿混凝土，先澆筑混凝土留孔道，混凝土達到強度后穿鋼筋或鋼絲索，錨具、張拉、錨固，再高壓灌漿構(gòu)成，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土不直接接觸而處于無粘結(jié)的狀態(tài)，而無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋是帶防腐隔離層和外護套的專用預(yù)應(yīng)力筋。因此，粘結(jié)預(yù)應(yīng)力橋技術(shù)使梁結(jié)構(gòu)加固的損腐蝕性損害問題得以維護，有效的提高橋梁的耐用持久性和安全穩(wěn)定性。其原理是粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固才用的鋼筋或者鋼絲索等特殊材料自身具有一定預(yù)應(yīng)力，加上混凝土的高壓灌漿與橋梁形成整體的加固體，不僅加固橋梁，減少橋梁的受力負載力，而且更加穩(wěn)定橋梁結(jié)構(gòu)，增加防腐性，提高橋梁耐用性持久度，延長橋梁的適應(yīng)壽命與安全[2]。

2.4 高強負荷纖維預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷創(chuàng)新和技術(shù)的不斷進步，材料技術(shù)也在不斷迭代更新，出現(xiàn)抗負荷性能較高、耐腐蝕性強的高性能纖維材料，能夠有效的促進橋梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù)提升。橋梁結(jié)構(gòu)加固中，高強負荷纖維預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是一種預(yù)應(yīng)力纖維增強復(fù)合材料加固混凝土構(gòu)件的技術(shù)與裝置方法，將高強度負荷纖維材料適用于橋梁應(yīng)力加固中，對碳纖維材料以及板條的壓力進行合理處理，從根本上改善橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，提升橋梁結(jié)構(gòu)自身的應(yīng)力。由于目前橋梁工程建設(shè)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是其主要原材料，通過應(yīng)力板的拉張，提升橋梁的承載能力，具有碳纖維材料輕質(zhì)、體積小、耐老化等特點，在橋梁就維修中不會對橋梁的質(zhì)量增加以及外形改造變化，高強負荷纖維應(yīng)力的最大優(yōu)點就是主動加固，在橋梁結(jié)構(gòu)加固也得以廣泛的應(yīng)用。為了消除由于橋梁長期負載、疲勞等原因帶來的安全隱患，必須對損傷結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固，延長其使用壽命。

3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁施工過程中應(yīng)用的注意事項

現(xiàn)如今隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會經(jīng)濟的不斷進步，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)維修施工工程也廣泛使用，其混凝土工程建設(shè)優(yōu)勢也對橋梁建設(shè)等其他工程起著非常重要的作用。在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁工程過程中，應(yīng)力技術(shù)對施工質(zhì)量、效率以及安全性有有重要影響，橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)避免操作不當(dāng)，出現(xiàn)一些問題，施工企業(yè)更要加強預(yù)應(yīng)力技術(shù)的關(guān)注力度，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的正確應(yīng)用，最終實現(xiàn)讓橋梁施工在正確道路上發(fā)展。需要對橋梁的關(guān)鍵位置分別觀測撓度與應(yīng)力指標(biāo)整體分析，預(yù)應(yīng)力在橋梁修復(fù)施工期間的應(yīng)用，有利于恢復(fù)結(jié)構(gòu)設(shè)計線型：再次檢測連續(xù)梁橋外表面時發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)對連續(xù)梁橋表面裂縫閉合過程有一定促進作用。橋梁工程預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計方案科學(xué)、合理[3-5]。

4 結(jié)語

現(xiàn)如今，我國橋梁工程對促進國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要價值，橋梁運輸已經(jīng)成為我國交通運輸中不可或缺的重要部分，盡管目前我國交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基本完善，但是部分地區(qū)橋梁還存在一些問題需要改造，橋梁預(yù)應(yīng)力加固的加固技術(shù)在能夠有效加強對舊橋梁的維修加固，消除裂紋和不均勻下沉、溫度改變等問題，能明顯降低該類工程重建、拆除過程中浪費大量資源的問題，同時明顯延長了橋梁工程的使用壽命。在新橋梁的假設(shè)中，由于橋梁預(yù)應(yīng)力加固自身具有造價便宜、方便，節(jié)省材料等特點，可以推進一批新式橋梁結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。在具體的施工方式或施工工藝選擇中，應(yīng)考慮到實際的經(jīng)濟效益。