預應力施工工藝在橋梁工程中的應用

葛霖新　徐增鵬　張海林

摘要：本文分析了體外預應力技術的在新橋建設和舊橋加固中的應用，闡述了其中的施工工藝和技術要點。

關鍵詞：體外預應力；舊橋加固

1 前言

近年來由于具有無粘結體內預應力無法比擬的優點，如截面尺寸小、施工簡單、質量容易保證，更重要體外索可以替換，重張拉。體外預應力正廣泛應用于美國、德國等許多國家的新橋梁建設，同時應用于舊有的混凝土結構的重建、加固及維修。而我國體外預應力技術的研究工作開展的相對較少．主要應用于對舊橋梁的加固。總之，隨著預應力橋梁和高強混凝土的發展，體外預應力技術的應用將是現代預應力技術發展的重要趨勢。

2 體外預應力束在舊橋加固中的應用

在舊橋加固方法中，對于鋼筋混凝土及預應力混凝土梁板橋。采用在梁體下緣設置預應力拉桿或預應力束，對受拉區施以體外預應力的加固方法，可以抵消自重及外荷載產生的內力，大幅提高其承載能力。

體外預應力法有如下優點：自重增加少，但可大幅提高承載能力；由于上部自重增加少，因而對下部影響小；施工簡單，工期短，經濟效益明顯；施工過程不中斷或少中斷交通；對原結構損傷小，不影響橋下凈空；應力可調整，預應力束可更換。

體外預應力加固體系由水平筋、斜筋、上錨固點、滑塊、承托、水平筋固定支座等部件組成。體外束橋梁加固結構的預應力筋構造形式及施工方法與常規的體內有粘結或無粘結預應力筋有較大的差異．因而其預應力損失的計算方法也有所不同。經計算表明。與一般的預應力混凝土結構比較，體外束加固結構的預應力損失要小得多，針對這一點，預應力鋼筋的控制應力應適當降低．以避免體外預應力筋長期處于高應力狀態，對改善體外束結構的受力狀態有利。

3 體外預應力束在新橋建設中應用

體外預應力結構自從2O世紀3O年代發展至今，其結構體系一直在不斷地創新和改進．因而體外預應力束的應用也在不斷變化和豐富。體外預應力束在新橋建設中的應用，主要可以歸納為一下四種類型：

第一種是逐跨預制節段施工的長橋。該類型以Long Key橋為代表，體外預應力束采用與體內預應力同樣的普通多股鋼絞線和錨具，同樣采用水泥灌漿。因而預應力成本較低。這種體外預應力結構通常在預制節段見采用干接縫和復式剪力鍵．當整跨所有的預制節段在支撐結構上安裝就位后．旌加體外預應力，形成一跨的整體結構。體外預應力束在跨內的轉向塊處偏折，體外束外套采用聚乙烯管或鋼管，管道在轉向快處與主粱澆筑成整體，這種體外束只能拆除不能更換。

第二種是采用懸臂施工或頂推施工的預應力混凝土連續梁橋，通常采用體內、體外混合配束。該形式中用體外預應力索替代原本配置在腹板內的大量預應力筋，簡化了腹板構造，降低了其厚度。采用懸臂施工時．懸臂束為直線的體內預應力，成橋后張拉的連續束采用大噸位體外預應力，從而免除了大量的穿束和灌漿工藝，易于控制施工質量。

第三種是第二種類型的衍生物，特點是將混凝土箱梁腹板改成混凝土桁架或采用鋼結構。該類型往往是集創新性的結構構思與美觀的外表與一體．形成體外預應力結構的代表之作。

第四種稱為坦拉式體外預應力結構它把過去那種預應力筋的偏心距被控制在主梁的有效高度之內的體外筋，放在了梁的有效高度之上。因此它具有梁橋和斜拉橋的雙重特性，可看作介于預應力混凝土箱形梁橋到預應力混土斜拉橋之間的結構體系。它采用了部分索結構幫助主梁承擔豎向荷載，從而達到降低梁高的目的。

4 預應力施工工藝

4.1 錨固端部橫梁與跨中轉向橫肋、墩頂導向槽的施工

這三部分確定了鋼絞線的空間位置，由該索形及張拉應力決定了等效荷載的大小?？缰修D向橫肋、墩頂導向槽鋼絞線存在偏折。承受局部擠壓應力，這就要求錨固端橫梁處錨墊板預埋位置及方向要準確。轉向橫肋、墩頂導向槽的制作應嚴格按照圖紙要求進行，既要保證彎折處的曲率半徑，又要打磨端部，使之平滑，防止張拉時端部對鋼絞線的擠壓和卡滑。

4.2 鋼絞線下料與穿束

在橋梁加固中，由于張拉完畢后，錨墊板與鋼管中要灌漿，形成有粘結段，所以在下料時就應將粘結段的鋼絞線的PE層及油脂清洗干凈，控制該段的長度和位置是很難的，因為既要預先考慮到穿束過程中鋼絞線下垂的影響，保證PE保護層預先進入密封罩，又要考慮張拉伸長的影響，保證兩端伸長部分要一致，以確保兩粘結段粘結力大致相等。在穿束過程中，由于鋼絞線的長度在150m 以上，中間要通過多個墩頂導向槽及跨中轉向裝置，無法在箱梁內進行l2根鋼絞線的整束穿索，因此采用單根穿索的方法。鋼絞線的纏繞將會影響有效預應力的建立，所以必須保證鋼絞線在全橋長范圍內不纏繞，在實際施工中，預先將鋼絞線、工作錨板孔、密封蓋小孔分別編號，每束l2根鋼絞線采用單根穿索，每隔一段就用與密封罩小孔對應的橡膠墊限制鋼絞線的位置，在張拉完畢后發現，采用該方法使得每束鋼絞線順直且無纏繞現象。

4.3 鋼絞線張拉

橋梁加固采用兩箱對稱單根兩端同時張拉，張拉過程分兩部分：預緊和高應力張拉。

4.3.1 預緊

為了達到鋼絞線從松散狀態到張拉完成后順直不纏繞，正式張拉前先要進行預緊張拉，預緊的質量決定了整個加固效果的好壞。首先，鋼絞線在松散狀態下，即使采用了必要的措施，但是由于鋼絞線很長，下垂量還是較大，所以，為保證兩端粘結段長度大致相等，預緊要兩端對稱進行；其次，預緊力的大小既要保證在預緊過程中，鋼絞線繃緊且不纏繞，又要保證在高應力張拉時鋼絞線不錯位，預緊力過大或過小都達不到預緊的目的。在加固施工中，預緊張拉力采用l5％設計張拉力。

4.3.2 高應力張拉

由于橋梁加固采用通長環氧涂層鋼絞線，在張拉中需多行程連續張拉，工作夾片要進行多次錨固，在工作夾片進行臨時錨固時，環氧涂層保護膜形成的碎屑將附著在夾片的齒間。隨著工作夾片的反復多次夾持鋼絞線，齒間環氧涂層碎屑增多，將引起滑絲現象，從而影響工作夾片的錨固效果。針對這一情況，研制出一種臨時錨固裝置，在中間行程中，由臨時錨固裝置的工具夾片夾持鋼絞線，避免了工作夾片的中間臨時錨圃，確保錨固效果。

4.4 壓漿

體外索錨固橫梁采用局部有粘結形式，為了達到設計者和業主對于局部有粘結段鋼絞線粘結力的要求，張拉完成后局部有粘結段的壓漿工作是一道很重要的工序：施工前進行了1：1的模型試驗，在保證壓漿密實飽滿的情況下，局部有粘結段的粘結力可達到設計張拉力的108％ ，滿足錨固要求：工程中，壓漿施工在張拉完成后24h內進行。壓漿采用手動壓漿機，保證壓漿過程的均勻穩定和壓漿壓力的要求。

5 施工中的主要技術要點

5.1 原橋施工情況與原橋的設計情況有差別，如箱梁翼緣的厚度，墩頂橫隔梁的尺寸，在設計中要充分考慮墩頂導向槽的位置與墩頂橫隔梁之間的關系，在該橋加固中，由于墩頂橫隔梁的寬度大于原設計很多，結果墩頂導向槽無法施工，從而改變加固設計。

5.2 由于環氧涂層鋼絞線暴露在箱梁中，鋼絞線的防窩尤為重要，所以在下料及穿束過程中，嚴禁在混凝土地面上拖拽鋼絞線，穿束用的架立筋要用棉絲包裹，不能破損PE保護層，如有不慎，個別破損處，采用與PE保護層同性質的膠帶纏繞。

5.3 墩頂導向槽與轉向裝置的加工應在加工廠進行，嚴禁在現場加工，現場安裝中，要嚴格按圖紙進行，在運輸及焊接過程中，應采取措施防止焊接變形，穿束前應拉線確定安裝是否合適。

5.4 預緊過程中，必須在箱梁中安排人員，在鋼絞線繃緊時，進行必要的調整；高應力張拉時，觀察在各墩頂導向槽和轉向橫肋處鋼絞線是否有擠破的現象，如有該現象，應進行防護處理。

5.5 壓漿密實程度將直接影響粘結效果，所以在壓漿中應嚴格控制水灰比，并保持壓力均勻。

結束語

工程實踐表明，用體外預應力加固舊橋和建設新橋是非常有效的措施，具有加固、卸載及減小結構內力的作用，值得更廣泛地推廣應用。