橋梁工程中體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)運(yùn)用分析

張永捷

（江西省現(xiàn)代路橋工程集團(tuán)有限公司，江西上饒 334000）

1 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)優(yōu)勢(shì)

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)表面施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)受力更加均勻，從而提高其整體性能和抗震能力。該技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：

首先，將高強(qiáng)度的鋼纜或鋼帶連接到橋梁結(jié)構(gòu)的特定部位，使其成為整體受力系統(tǒng)的一部分。通過(guò)預(yù)應(yīng)力作用，改變結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，使其受力更加均勻，減小應(yīng)力集中和變形，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。

其次，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可以提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力，可以有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，使其能夠承受更大的荷載和外力作用，對(duì)于需要提高承載能力或進(jìn)行荷載升級(jí)橋梁有重要作用。

再次，通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力，可以提高橋梁結(jié)構(gòu)在地震等自然災(zāi)害中的抗震性能，降低結(jié)構(gòu)的損壞風(fēng)險(xiǎn)。

最后，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)具有施工方便、對(duì)現(xiàn)有橋梁影響較小的優(yōu)點(diǎn)。相較于其他加固方法，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)無(wú)需對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)和拆除，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成加固工作，可減少對(duì)交通的影響和降低施工成本[1]。

2 箱梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工

2.1 工程概述

某橋梁工程建設(shè)長(zhǎng)度為1.3km，采用混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)為雙向六車道，橋面寬17.8m。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，采用橫截面雙箱雙室結(jié)構(gòu)形式，以滿足橋梁運(yùn)行需要。該項(xiàng)目投入運(yùn)行時(shí)間超過(guò)5 年，在近期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)該橋梁的二、三跨之間出現(xiàn)了較多的縱向裂縫，其中四處比較嚴(yán)重，裂縫寬度最大已經(jīng)達(dá)到1cm，最長(zhǎng)的在50cm 以上。這些裂縫帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患，必須盡快處理，避免造成坍塌事故。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行荷載試驗(yàn)分析計(jì)算，確定具體的裂縫情況，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.8～1.1 之間，表示該橋梁的穩(wěn)定性合格，但是局部預(yù)后承載力不足。撓度系數(shù)超過(guò)1，表示該橋梁的各方面性能無(wú)法達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)該橋梁的問(wèn)題，傳統(tǒng)加固方式難以達(dá)到預(yù)期效果，且現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)難度較高，施工空間有限。因此，技術(shù)人員經(jīng)討論，最終確定應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固方式。

2.2 加固思路

橋梁工程結(jié)構(gòu)部件出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，加固施工的主要作用是恢復(fù)結(jié)構(gòu)的原有性能，從而全面提高結(jié)構(gòu)的耐久性及可靠性。按照該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及加固需要，考慮到實(shí)際需求，進(jìn)行承載性能計(jì)算，對(duì)第五聯(lián)采用主動(dòng)加固方式，即體外預(yù)應(yīng)力加固方式，以提高其耐久性，滿足工程使用要求。在體外預(yù)應(yīng)力加固環(huán)節(jié)，主要采用規(guī)格為15～17 的環(huán)氧涂氟無(wú)連接鋼絞線，在施工階段需做好相關(guān)參數(shù)控制，并做好套管保護(hù)，使用A15-17 型號(hào)的錨[2]。

2.3 開(kāi)孔作業(yè)

2.3.1 箱梁梁底開(kāi)孔

支架搭設(shè)工作結(jié)束后，在箱梁梁底結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)，從而確保施工人員能夠順利進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。另外，完成箱梁梁底開(kāi)孔后，需要做好相關(guān)處理，確保后續(xù)工作正常進(jìn)行。

2.3.2 橋面開(kāi)孔

在橋面開(kāi)孔施工環(huán)節(jié)中，需要對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，考慮內(nèi)部轉(zhuǎn)向塊以及錨固橫梁的結(jié)構(gòu)，同時(shí)必須準(zhǔn)確布置并確定現(xiàn)場(chǎng)所需的開(kāi)孔量。在實(shí)際施工中，橋面開(kāi)孔直徑一般為14cm，用于提供通風(fēng)并輔助澆筑施工。

2.3.3 橫隔梁開(kāi)孔

該部位的開(kāi)孔施工主要應(yīng)用抽芯鉆，根據(jù)施工方案的要求，將水平儀安裝到橫隔梁兩側(cè)箱內(nèi)，并確定索孔的位置。先采用直徑40mm 的小鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，直到鉆通整個(gè)結(jié)構(gòu)，結(jié)合導(dǎo)孔施工情況加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督管控，再應(yīng)用160mm 的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。

2.4 新舊混凝土連接及錨固鋼筋施工

第一，施工放樣。采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，需要按照設(shè)計(jì)方案的要求，應(yīng)用紅色油漆、墨線等準(zhǔn)確標(biāo)記錨固橫梁的施工位置，以保證轉(zhuǎn)向塊、限位減震器等關(guān)鍵部件的安裝精度符合要求，確保其位置和方向正確。此外，需要確定植筋的具體位置，以保證植筋與錨固橫梁精準(zhǔn)對(duì)接[3]。

第二，加強(qiáng)新舊混凝土連接部位處理。在體外預(yù)應(yīng)力加固施工過(guò)程中，為保證新舊混凝土的連接效果，應(yīng)采用鑿毛及刻槽方式進(jìn)行相應(yīng)的處理。鑿毛是指通過(guò)機(jī)械工具或手工工具，將舊混凝土表面的一層松散或不牢固的部分去除，以便新混凝土能夠更好地與舊混凝土結(jié)合，鑿毛的深度通常在6mm 以上。刻槽是指在舊混凝土表面切割出一定深度和寬度的槽口，以增加新舊混凝土之間的黏結(jié)面積、提高黏結(jié)強(qiáng)度。這些處理措施可以有效提升新舊混凝土的連接效果，確保結(jié)構(gòu)的安全性和持久性。

第三，鉆孔植入錨固鋼筋。將鋼筋植入結(jié)構(gòu)內(nèi)時(shí)，必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行埋深、孔徑和孔深的控制，鉆孔深度必須超過(guò)設(shè)計(jì)要求，以確保鋼筋充分埋置其中，保證鋼筋的穩(wěn)固性和連接質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。此外，在施工過(guò)程中，應(yīng)采用小振動(dòng)方式，避免對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)造成損壞。

2.5 模板安裝

骨架制作完成后，進(jìn)入立模施工階段。采用木模板進(jìn)行施工，需確保模板的形狀和尺寸精確，提供良好的支撐和定位，使混凝土準(zhǔn)確定型和固化，以保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合要求。同時(shí)，模板需要滿足平整、嚴(yán)密和便于拆裝的要求，并對(duì)縫隙位置進(jìn)行封堵處理，以防止漏漿。嚴(yán)格控制木模板的質(zhì)量和安裝工藝，可以確保橋梁結(jié)構(gòu)的形態(tài)和尺寸與設(shè)計(jì)要求一致，從而保證施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的可靠性[4-5]。

2.6 混凝土澆筑

第一，使用C50 級(jí)混凝土進(jìn)行轉(zhuǎn)向塊和錨固橫梁制作，確保各項(xiàng)參數(shù)符合要求。

第二，加強(qiáng)混凝土配比試驗(yàn)檢測(cè)，確保混凝土各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

第三，按照工藝要求，在混凝土中加入一定量的聚丙烯腈纖維，加入量為0.9kg/m3。

第四，開(kāi)始混凝土澆筑施工前，將現(xiàn)場(chǎng)清理干凈，確保模板、鋼筋質(zhì)量合格，結(jié)構(gòu)性能合格。

第五，澆筑工作實(shí)施前的30min，對(duì)施工表面噴灑界面劑，厚度應(yīng)符合要求。

第六，澆筑工作結(jié)束后，及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)處理，使用相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行表面噴水處理，達(dá)到濕潤(rùn)度標(biāo)準(zhǔn)，按照養(yǎng)護(hù)施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行7d 以上的養(yǎng)護(hù)。

第七，制作混凝土試件，同時(shí)按照7d 及28d 的養(yǎng)護(hù)時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.7 預(yù)應(yīng)力鋼束安裝和張拉

2.7.1 材料送檢

體外索進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)之后，需要對(duì)夾片、鋼絞線等材料進(jìn)行全面檢測(cè)，確保各方面性能參數(shù)達(dá)到施工要求。

2.7.2 智能張拉系統(tǒng)標(biāo)定

首先，需要將傳感器等設(shè)備正確、穩(wěn)定地安裝在預(yù)應(yīng)力錨固部位和受力構(gòu)件上。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行智能張拉系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，包括預(yù)應(yīng)力值、施工工況等。最后，通過(guò)智能控制系統(tǒng)對(duì)加固構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，同時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄張拉力、變形等數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)智能張拉系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整，以確保預(yù)應(yīng)力施加的精準(zhǔn)性和施工效果的穩(wěn)定性。

2.7.3 鋼絞線下料與安裝

鋼絞線下料與安裝具體工序如下：

第一，鋼絞線下料：按照設(shè)計(jì)方案要求，準(zhǔn)確計(jì)算下料長(zhǎng)度，確保鋼絞線尺寸精度合格。在施工過(guò)程中需要全面考慮按照鋼塑曲線的長(zhǎng)度、千斤頂?shù)拈L(zhǎng)度以及錨夾具的長(zhǎng)度等因素，準(zhǔn)確確定下料長(zhǎng)度，同時(shí)做好相關(guān)索號(hào)的登記。下料時(shí)應(yīng)采用砂輪機(jī)，不能使用電弧切割，避免質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

第二，穿束前進(jìn)行預(yù)埋管道檢查，做好現(xiàn)場(chǎng)清理工作，同時(shí)確保每股鋼絞線的質(zhì)量合格，達(dá)到順直狀態(tài)。

第三，在與14#墩相鄰的位置進(jìn)行橋面開(kāi)孔作業(yè)時(shí)，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力索牽引施工。

第四，安裝錨具和夾片。逐一將鋼絞線穿入錨具內(nèi)部，并沿錨具方向進(jìn)行鋼絞線施工，直至到達(dá)錨墊板的位置，并確保緊固效果良好，將夾片套在鋼絞線上，同時(shí)正確設(shè)置錐形孔。

第五，安裝千斤頂。進(jìn)行千斤頂安裝時(shí)，首先放置千斤頂和錨支架；其次，利用交叉設(shè)置的方法穿過(guò)鋼絞線，并確保千斤頂和錨支架之間的孔位對(duì)齊；最后將鋼絞線穿過(guò)頂盤(pán)，以完成安裝。

2.8 預(yù)應(yīng)力鋼束張拉

2.8.1 張拉工藝

第一，需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況明確張拉標(biāo)準(zhǔn)，以滿足受力均勻性要求。進(jìn)行同步張拉時(shí)，應(yīng)按照N1 到N2 的操作流程進(jìn)行，并采用對(duì)稱施工的方式進(jìn)行張拉作業(yè)。

第二，在錨具安裝環(huán)節(jié)，應(yīng)確保錨環(huán)控制得當(dāng)，以確保夾片能夠承受張拉力，千斤頂上的工具錨孔位與構(gòu)件端部工作錨孔位要排列一致，以避免內(nèi)部鋼絞線交叉。

第三，安裝張拉設(shè)備時(shí)，應(yīng)確保張拉力作用線與孔道中心線的尾部完全重合。

第四，在張拉環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的工藝方案進(jìn)行操作。應(yīng)測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量差值，誤差不得大于6%。如超過(guò)允許范圍，要查明原因，采取措施后方可再次張拉。

第五，在張拉作業(yè)環(huán)節(jié)中，每根鋼絞線斷絲或滑絲不得超過(guò)1 絲，每個(gè)斷面斷絲之和不超過(guò)該斷面鋼絲總數(shù)的1%。此外，不允許出現(xiàn)整根鋼絞線斷裂的情況。如果出現(xiàn)上述問(wèn)題，必須立即停止施工，并進(jìn)行修復(fù)和調(diào)整。

第六，張拉作業(yè)結(jié)束后，逐一拆除各個(gè)結(jié)構(gòu)。

2.8.2 張拉伸長(zhǎng)值量測(cè)

在橋梁工程中，為確保預(yù)應(yīng)力力學(xué)效應(yīng)的準(zhǔn)確施加和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要準(zhǔn)確量測(cè)張拉伸長(zhǎng)值。

第一，施工前需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和預(yù)應(yīng)力施工方案，明確各個(gè)鋼束或鋼絲的設(shè)計(jì)張拉力，以及其對(duì)應(yīng)的張拉伸長(zhǎng)值。進(jìn)行實(shí)際施工之前，對(duì)每根鋼束進(jìn)行驗(yàn)收，包括強(qiáng)度和彈性模量等性能測(cè)試，以確保材料的質(zhì)量滿足要求。

第二，張拉前，需要仔細(xì)檢查預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)備的設(shè)置情況，確保其與設(shè)計(jì)要求一致，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨固力的校準(zhǔn)，以確保施工的精確性。張拉設(shè)備的使用也是至關(guān)重要的，應(yīng)保證設(shè)備精度和運(yùn)行穩(wěn)定性。在實(shí)際張拉過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，采用智能張拉系統(tǒng)進(jìn)行控制，以監(jiān)測(cè)張拉力、伸長(zhǎng)值等參數(shù)，實(shí)時(shí)反饋給操作人員。同時(shí)，應(yīng)用傳感器和測(cè)量?jī)x器，如伸長(zhǎng)計(jì)、應(yīng)變計(jì)等，準(zhǔn)確地記錄下每個(gè)階段的伸長(zhǎng)值，以確保施工的準(zhǔn)確性。

第三，完成張拉后，需要對(duì)各個(gè)預(yù)應(yīng)力單元進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試。通過(guò)在不同荷載情況下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，可以驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力的施加效果及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果存在異常情況，需要進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和修正。

2.8.3 灌漿、封錨

張拉鋼束結(jié)束后，需要向鋼束內(nèi)部注入環(huán)氧砂漿，以實(shí)現(xiàn)封閉效果，并安裝保護(hù)罩。

2.8.4 安裝減震器

鋼絞線張拉施工完成后，采用專門(mén)的測(cè)量?jī)x器對(duì)鋼絞線的中心距離進(jìn)行測(cè)定，并結(jié)合尺寸要求安裝減震器，減震器安裝完成后，需采用螺栓進(jìn)行加固處理。

2.8.5 安裝保護(hù)罩

采用手提砂輪機(jī)對(duì)錨頭兩端多余的鋼絞線進(jìn)行切割，切割時(shí)做好質(zhì)量控制，確保外露長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求，之后對(duì)錨頭部位進(jìn)行防腐處理，如使用油脂涂抹，并安裝保護(hù)罩。

3 靜載試驗(yàn)

體外預(yù)應(yīng)力加固處理完成后，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

第一，通過(guò)靜載試驗(yàn)可以觀察到存在較大尺寸的裂縫，但在卸載后相關(guān)基本參數(shù)恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。同時(shí)，在保持一致工況的情況下，相應(yīng)的殘余應(yīng)變都處于標(biāo)準(zhǔn)水平。

第二，通過(guò)對(duì)截面性能的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)加固后的鋼板平均應(yīng)變值與梁底平均應(yīng)變值參數(shù)相符，表明加固鋼板與原橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋梁工程中應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，可以提高加固效果。在往后的橋梁工程項(xiàng)目加固環(huán)節(jié)，要綜合實(shí)際需求，做好對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的創(chuàng)新研究，引入更為智能化的設(shè)備配合施工，從而提高加固效果，保證橋梁結(jié)構(gòu)的健康穩(wěn)定。