江津公路大橋體外預應力加固技術★

范忠明

1 大橋概況

江津公路大橋建成于1997年，主橋為(140+240+140)m預應力混凝土連續剛構橋，引橋為14×50 m簡支T梁橋和4×22.5 m連續板橋。主橋橋梁凈寬21.5 m。主橋箱梁為三向預應力結構，采用單箱室截面，頂板寬22 m，底板寬11.5 m，兩側翼緣板懸出5.25 m。支點箱梁高5 m。中孔跨中及邊孔墩附近梁高2.4 m。箱梁下緣按二次拋物線變化。箱梁底板和腹板厚度由中孔墩頂向兩側遞減。中孔墩兩側底板和腹板厚度均為65 cm。在中孔跨中和邊孔墩頂附近，底板厚度為30 cm，腹板厚度為35 cm。主墩采用雙薄壁墩身，群樁基礎。

2 病害狀況

該橋1997年建成通車，1999年12月發現箱體出現較多裂縫，主跨箱梁出現不同程度的病害。為此對該橋主橋分別進行了質量檢測和荷載試驗。1)裂縫:經詳細檢查，裂縫共有337條。裂縫寬度以微細裂縫為主，寬度在0.10 mm以下裂縫共238條，占全橋總數的70.6%，寬度在0.15 mm～0.2 mm的裂縫有57條，占全橋總數的16.9%，0.25 mm以上的裂縫有42條，占總數的12.5%，且全部分布在第4跨～第7跨，裂縫最大寬度達3 mm。裂縫主要類型有:支點附近處腹板的斜向裂縫、跨中附近處的橫向裂縫、翼板的橫向裂縫、底板的縱向裂縫、橫向施工縫及不規則收縮裂縫。其中，腹板與底板交接處裂縫最大縫寬達3 mm;主跨80 m～160 m范圍內腹板大面積開裂。2)撓度:2006年4月檢測主跨跨中撓度，較設計值下撓量達到31.7 cm，并仍然在持續發展。3)病害原因:由于墩頂預應力束布設不足(約少了15%～20%);箱梁截面形式選擇欠佳;無下彎索、對豎向預應力損失估計不足等多種因素而造成箱梁出現不同程度的病害。4)加固方案:主要采用增設體外預應力索對大橋進行加固，輔以裂縫灌漿、粘貼鋼板、粘貼碳纖維布等技術措施進行維修。

3 體外預應力加固技術

體外預應力加固是以預應力粗鋼筋(精軋螺紋鋼)高強鋼絲、鋼絞線等鋼材作為施力工具，采用千斤頂對橋梁結構施加體外預應力，并用高強專用錨具進行錨固，用施加體外預應力產生的反向彎矩來抵消部分外荷載產生的內力，以達到改善橋梁使用性能、提高橋梁承載能力之目的。

3.1 增設混凝土錨固塊

體外預應力體系是靠錨固塊傳力，錨固塊必須和原結構有效連接，傳遞應力，錨固塊一般采用鋼筋混凝土結構。在箱梁內增設混凝土錨固塊，首先將箱梁混凝土保護層鑿去，露出鋼筋，再將錨固墊板處的混凝土進行細鑿，綁扎鋼筋，預埋預應力波紋管，澆筑錨塊混凝土(見圖1)。

圖1 混凝土錨固塊

圖2 轉向板

3.2 增設混凝土轉向板

轉向板是實現體外索加固的重要構件，其傳載方式和自身性能也是影響預應力施加效果的關鍵。體外預應力混凝土結構的預應力筋必須通過轉向板改變方向，從而形成設計的預應力筋曲線形式。在轉向板與預應力筋的接觸區域，由于摩擦和橫向力的擠壓作用，如果轉向板設計不合理或構造措施不當，預應力鋼材容易產生局部硬化和摩阻損失過大。轉向板的設計要求預應力筋在折角點的位置必須高度準確，避免產生附加應力，轉向板在結構使用期內也不應對預應力鋼材有任何損害(見圖2)。

3.3 體外索布置

體外索主要有光面鋼絞線、無粘結鋼絞線、平行鋼絲、成品索等類型。體外索較多采用無粘結鋼絞線，環氧噴涂帶PE的單根鋼絞線具有良好的耐腐蝕性能，具有很好的適用性，目前廣泛適用在橋梁加固中(見圖3)。

3.4 體外索張拉

圖3 體外索

張拉時，先在錨板上對應編號，按二次張拉工藝進行張拉。即每根按照20%，30%，50%的方法進行第1次張拉。在張拉到20%時進行初始標注，以后每級記錄標距的變化值以便計算延伸量。第1次張拉完成后，檢查各隔板位置無變化后進行第2次張拉。按照50%，100%持荷5 min放張回油的方法進行。張拉過程中應注意控制千斤頂活塞的伸長量，盡量做到兩端同步。除采用油壓控制外，各張拉端及時測量千斤頂活塞伸長值，確保不超出每端的每級計算值。太快或太慢時都要及時調整油泵進油量。最終每束兩端的總伸長值必須符合計算要求。應派專人檢查錨頭預埋管、索體全長各轉向部位、限位裝置安裝部位的受力和變形情況，出現異常及時停機處理。張拉過程中，若出現異常響聲或明顯斷絲、滑絲現象，必須立即全部停機，并盡快通知監理工程師和現場技術員，查明原因后再進行施工。

體外索的張拉控制應力要符合設計要求。當施工中體外索需要超張拉或計入錨圈口預應力損失時，可比設計要求提高3%～5%。但在任何情況下不得超過規范規定的最大張拉控制應力。

3.5 鋼束伸長量記錄

體外索采用應力控制方法張拉時，以索的伸長值進行校核。實際伸長值與理論伸長值的差值必須符合設計要求，控制在±6%以內;否則暫停張拉。待查明原因并采取措施予以調整后，方可繼續張拉到位。體外索張拉完成后，按設計要求，將防腐油脂灌注到錨頭錨杯及延長筒內進行防護。

3.6 壓漿

張拉完成后壓漿工作是一道很重要的工序，首先施工前要進行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%。工程中，壓漿施工在張拉完成后24 h內進行，以滿足錨固要求。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。另外，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。

3.7 減振裝置

體外預應力體系的減振裝置用于轉向塊與轉向塊或者錨固塊與轉向塊之間的體外索自由長度較大的位置，主要目的是減少體外索在動荷載作用下的振動。減振裝置為內包橡膠的小型鋼結構，通過種植螺栓與原橋相聯系，達到減振的效果。

4 結語

體外預應力加固法主要用于梁式橋正常使用極限狀態超限的結構，具有加固、卸載及減少結構內力的作用。通過對舊橋施加體外預應力，能夠達到減少或消除裂縫，減小梁體下撓，改善結構各截面應力狀態的目的，增強結構的耐久性。

江津公路大橋采用體外預應力技術加固后主梁跨中極限抗彎承載能力安全儲備得到提高，底板壓應力儲備得到提高，主梁最大拉應力降低，主梁跨中向上產生約3.6 cm的位移，減小了跨中撓度，加固后跨中下撓趨勢得到了有效抑制，對橋梁線形有所改善，對封閉部分裂縫及改善結構的受力和抑制主梁下撓有利。該橋體外預應力加固施工達到了加固設計要求。

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