再談T梁體外預應力加固辦法初探應用

◎ 大同御通勘測設計咨詢有限公司總經理、工程師 黎蜀雁

一、項目依據及舊橋技術現狀

1、設計目的及舊橋的病害成因

項目的依據交通部第二公路勘測設計研究院于1999年對該橋進行實際觀察、檢測和通行載重進行制定設計規范確定指標。以一列運煤車輛的主車+掛車總重量92噸做為設計指標進行測算、設計、施工。

2、南洋河大橋T梁裂縫產生原因

近年來，山西省交通基礎建設得到迅猛發展，目前，國道、省道公路網已基本形成，交通運輸業日益繁榮。據公路管理部門大量調查結果分析，現有公路橋梁存在兩大方面的問題。一方面，相當一部分橋梁服務期限已有10年～20年，梁體已出現混凝土破損、剝落、鋼筋銹蝕、產生裂縫的現象，橋梁承載能力受到影響。另一方面，由于現在交通量增多，車輛載重增大，部分橋梁承載力明顯不足，急需采用加固措施提高其承載力以適應交通需要。還有一方面在橋梁建造和使用過程中，因重型交通和偶然荷載使使用中的橋梁出現裂縫而影響工程質量甚至導致橋梁垮塌的報道屢見不鮮。混凝土開裂可以說是“常發病”和“多發病”，經常困擾著橋梁工程技術人員。其實，如果采取一定的設計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。為了進一步加強對混凝土T梁裂縫的認識，盡量避免工程中出現危害較大的裂縫。加固舊橋將是橋梁工程界一個非常迫切的任務。

二、T梁體外預應力加固的技術分析施工工藝

山西省目前采用T梁體外預應力加固的施工工藝，加固主要集中在鋼筋混凝土結構。采用T梁體外預應力加固的施工工藝加固混凝土結構主要有鋼筋混凝土結構的抗彎加固、抗剪加固。本項目基于目前公路橋梁多采用混凝土以及T橋梁本身的受力特征，僅以T橋梁梁式橋的抗彎與抗剪加固作為研究主要內容。

采用T梁體外預應力加固的施工工藝加固鋼筋混凝土T梁橋的抗彎加固，主要是利用預應力粗鋼筋良好的抗拉性能。在設計基本原理上與采用貼鋼法類似，但由于預應力粗鋼筋特性又不同于貼鋼法。由于公路T梁橋是一種以受彎為主的結構，存在結構受拉的一側，具備利用T梁體外預應力加固的施工工藝利用預應力粗鋼筋良好的抗拉性能。所以本項目僅以梁式橋梁作為主要研究對象。采用T梁體外預應力加固利用預應力粗鋼筋良好的抗拉性能。對鋼筋混凝土公路T梁橋進行抗剪加固，同樣是利用T梁體外預應力加固的施工工藝增加良好的抗拉性能。T梁體外預應力加固的施工工藝在T梁抗剪加固中受力特征與普通鋼筋混凝土T梁剪跨區箍筋的受力特征大體相同。以大張線省道天鎮境內南洋河大橋加固為實體進行做項目研究進行技術對比分析。

1、主要加固方案比選：

方案一：采用梁體T梁體外預應力加固增強抗彎能力。

方案二：采用增大梁體橫截面增強抗彎能力。

方案一施工工期短，施工工作面小，所需原材料少。且對橋梁下部結構的影響小，對橋梁原有結構變化小。但造價較方案二低。

方案二施工工期長，施工工作面大，所需原材料繁多。且由于梁體構件的增大加大了橋梁下部結構的荷載。減小了橋下凈空。但造價較方案高。

根據綜合考慮由于南洋河大橋位于天鎮大張線的交通咽喉，年平均交通量達6000次/晝夜，而且重型車量多，交通任務十分繁重若采用“方案二”用增大截面來提高工字量的承載力和梁的抗彎拉能力，不僅需要長時間阻斷交通，且造價十分昂貴，增加橋梁本身的自重，對原來的梁體破壞較重。認為加固后的通行持續年限時間有較大影響。

“方案一”施工也是本文的重點研究的內容。公路橋梁在采取T梁體外預應力加固修復補強技術措施后，在確保了橋梁的安全、完整、耐久、適用的同時沒有改變橋梁橫截面尺寸及其重量。經過采用T梁體外預應力加固修復補強技術措施加固后。加固后的T梁的整體承載能力，經過觀察已經超過汽車--20、掛車--100的荷載標準。滿足了公路交通營運要求。

2、主要的施工工藝的對比：

I、T梁體外預應力加固主要施工工藝有：橋面鋪裝鑿除改換C40鋼筋混凝土、重新焊接橫隔板、在原有T梁上懸掛預應力鋼筋施加應力、用環氧混凝土進行鉚固、焊接、涂刷優質防銹漆、養護。與傳統加固方法相比，采用T梁體外預應力加固補強公路橋梁所需施工工作面小，材料種類少，不需要大型施工機具而且需要的施工人員也較傳統加固方法少。現有的采用T梁體外預應力加固補強公路橋梁施工工藝的對比和進行大量的試驗，本項目對現有的施工工藝進行了如下完善：①橋面鋼筋網的布置和普通網有非常嚴格的界限，布置時應考慮受T梁施加預應力的影響決定具體位置；②橫隔板的焊接鋼板的搭接長度必須滿足設計要求。而且要求是電焊，不能有焊傷；③預應力鋼筋的下料長度須有很高的精度（因為受張拉應力控制和預應力鋼筋伸長量的控制）；④張拉架的制作必須滿足預應力施加時的剛度要求；⑤手持應力應變儀必須按規定進行標定；⑥根據縱向張拉力129KN、橫向張拉力50KN控制應力拌手的扭矩和伸長量；⑦預應力粗鋼筋的焊接和鉚固可采用電弧弧焊。

a、水平筋與斜筋：由高強螺紋粗鋼筋組成，其作用是施加預應力提高梁的承載能力。

b、梁端錨固：先將梁端部分混凝土橋面板鑿掉，將梁端頂面上角鑿成與斜筋傾斜方向相垂直的斜面（避開局部架立鋼筋和箍筋），在T梁梁勒上開鑿與斜筋方向相同的穿孔，然后，將用鋼板制作的支承墊座用環氧砂漿固定在已鑿好的梁端斜面上。斜筋下穿過橫隔梁，再用張拉架進行張拉并用螺母錨固在支承墊座上，最后用電焊將錨頭封閉。

c、水平滑塊（鋼契）：由聯接斜筋和水平筋的活動滑塊支承座和固定在梁底的支承鋼墊組成，其主要功能是通過滑塊的水平滑動，以調整斜筋與水平筋之間的內力分配比例，并使表面受力趨于均勻。

II、體外預應力筋梁在外荷載作用下，表現出良好的非線性特性，在一般情況下，不必考慮預應力筋的應力增量，同時，體外預應力筋梁具有良好的位移延性，且具有優良的恢復力特性。

III、由于南洋河大橋位于天鎮大張線的交通咽喉，交通任務繁重，如果用傳統加固方法施工工期過長將對交通帶來諸多麻煩，且橋墩基礎為擴大基礎，橋下有流水，增大橋墩的承重尚許考慮地基承載力的要求，整體加固造價提高，且會進一步延長工期。增加施工成本。

3、得出相關結論

①采用T梁體外預應力加固混凝土T梁進行抗彎加固能夠有效提高公路橋梁的抗彎性能，增大公路橋梁的承載能力。

②采用T梁體外預應力加固混凝土T梁在變形控制方面，能抑制裂縫的進一步擴展和撓度的進一步擴大的結論

③采用T梁體外預應力加固混凝土T梁的抗剪加固能有效提高梁體的抗剪性能，提高梁體承載能力。加固后的T梁的整體承載能力，經過數年觀察已經超過汽車--20、掛車--100的荷載標準。目前運行良好。

三、經濟、社會效益分析

1、經濟效益

預應力粗鋼筋、鋼板、墊圈、環氧樹脂、乙二胺、二酊脂、電焊條、加工車床、空壓機、張拉架、紐力拌手、手持應力應變儀、鋼筋探測器等一些常用的施工機械進口的、國產化的都比較多容易購買，因此整個工程造價非常廉價，就可以滿足現在的交通通行能力，按照2000年加固決算來看，全橋的加固費用在130萬元以內。比用“方案二”加固節約資金在70%以上。而且工期短、有利于環保，具有非常廣闊的應用和推廣前景。

2、社會效益

采用T梁體外預應力加固修復補強公路橋梁由于其施工簡便、加固截面變化小、耐腐蝕等優越特點，有效提高既有橋梁使用壽命，使修復補強工程工期短，縮短了由于橋梁的修復補強工程施工而需的交通封鎖的時間，并且最大限度地降低了修復補強對橋下凈空的影響。同時，本項目為采用T梁體外預應力加固補強高強度混凝土T梁、工字梁提供了參考。可有效減少補強材料的浪費。積極響應了國家“建設節約型社會”的號召。