探析預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土空心板橋加固施工中的應(yīng)用

謝國強(qiáng)

（廣東 河源 517000）

采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，使空心板橋混凝土下緣處于橫向受壓狀態(tài)，平衡了橫向彎矩，消除了應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)，從結(jié)構(gòu)受力方面用方案的辦法加固簡支空心板橋。

1 工程概況

本次需加固橋梁位于某公路，總長434 m，上部結(jié)構(gòu)為17孔預(yù)應(yīng)力鋼筋砼空心板（部分預(yù)應(yīng)力 A類構(gòu)件），最大跨徑為25 m；下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，柱式墩、臺。橋梁上、下行分幅修建，橋面凈寬2×12.25 m，兩側(cè)各設(shè)0.50 m防撞護(hù)欄。橋面每幅由8塊預(yù)制空心板組成，空心板間采用鉸接。該橋主要技術(shù)指標(biāo)為：①設(shè)計荷載汽一超20級；掛車一100；②橋面橫坡2%；③地震基本烈度Ⅷ度，按Ⅸ度設(shè)防。

病害情況：該橋空心板邊板腹板跨中附近存在豎向裂縫，縫最寬0.3 mm，空心板底板跨中附近出現(xiàn)多條橫向裂縫，裂縫寬在0.05～0.43 mm之間，部分豎向裂縫與底板橫向裂縫相連通。此外，空心板底板存在縱向裂縫、砼缺損、空洞、露筋、泛堿等病害。空心板梁部分鉸縫勾縫混凝土脫落，產(chǎn)生空隙。從板底起30 cm高度范圍內(nèi)鉸縫存在較多空隙，無混凝土填充。此外，鉸縫勾縫混凝土脫落處存在明顯的滲水、泛堿現(xiàn)象。

2 加固設(shè)計方案

2.1 設(shè)計方案

（1）對空心板底板橫向受力裂縫及邊板外側(cè)腹板受力斜裂縫采用粘貼鋼板的方法進(jìn)行加固處理。對其他裂縫根據(jù)縫寬分別采用表面封閉和壓力灌漿。

（2）對空心板鉸縫混凝土滲水、脫落采用從鉸縫下部壓力注膠填實的加固施工方法，并在鉸縫處錨固加強(qiáng)鋼板，從而增強(qiáng)各板的橫向聯(lián)系，改善各板的受力性能。

（3）作為上部空心板結(jié)構(gòu)的主動加固措施，對空心板梁橋施加橫向預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力鋼筋采用符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用精軋螺紋鋼筋》（GB/T 20065－2006）的精軋螺紋鋼筋（強(qiáng)度級別為PSB785，直徑采用25 mm），采用螺母錨固方式，螺母應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370－2007）。橫向預(yù)應(yīng)力的張拉應(yīng)在空心板的其他病害處理完成后進(jìn)行。

2.2 加固設(shè)計要點

本次加固只對該橋右幅第122跨、第127跨施加橫向體外預(yù)應(yīng)力，在每跨空心板底增設(shè)5根直徑25 mm的螺紋鋼筋，采用螺母錨固于空心板底板的錨固墊板上，錨固墊板采用鋼結(jié)構(gòu)形式，與梁體采用高強(qiáng)錨栓錨固。預(yù)應(yīng)力鋼筋采用小型千斤頂張拉，張拉控制力取173.3 kN。

試驗結(jié)果表明：通過對裝配式空心板梁張拉體外橫向預(yù)應(yīng)力，可以增加結(jié)構(gòu)的整體剛度，增加幅度約為 10%～15%；提高原結(jié)構(gòu)的抗彎承載能力，提高幅度約為8%～15%。

3 關(guān)鍵施工工藝

3.1 粘貼錨固墊板施工

粘貼錨固墊板具體施工步驟為：

（1）粘鋼區(qū)域混凝土表面處理。依據(jù)設(shè)計圖的要求并結(jié)合現(xiàn)場量測定位情況，在混凝土表面放出錨固墊板位置大樣，先鑿除粘鋼區(qū)域的表層砂漿，外露堅實的混凝土，并形成平整的粗糙面，表面不平處應(yīng)用尖鑿輕鑿整平。再用鋼絲輪清除表面浮漿，剔除表層松散物，最后用壓縮空氣吹凈表面粉塵，并用工業(yè)丙酮擦拭表面。

（2）鉆孔埋植膨脹螺栓螺桿鉆打盲孔前，使用鋼筋混凝土保護(hù)層測試儀查明空心板底板鋼筋和預(yù)應(yīng)力管道位置，避免鉆打盲孔時碰及鋼筋或傷及預(yù)應(yīng)力管道。孔深嚴(yán)格按照設(shè)計圖要求鉆打。

（3）先用工業(yè)丙酮清洗處理粘鋼區(qū)域混凝土表面和鋼板表面，再在混凝土表面和鋼板粘貼面涂抹一層薄而均勻的粘鋼膠（厚度控制在2～4 mm左右），然后再將鋼板粘貼上。

（4）加壓固定。當(dāng)錨固墊板粘合上后，加墊片、緊固螺母，交替擰緊各加壓螺桿，使多余的粘鋼膠沿板邊擠出，以達(dá)到密貼程度，加壓固定的壓力不小于0.15 MPa。同時要不斷輕輕敲打鋼板，及時檢查鋼板下粘鋼膠的飽滿性。

（5）在鋼板粘膠初凝后，用小錘輕輕敲擊鋼板，從音響判斷粘貼固化效果，若發(fā)現(xiàn)鋼板固化面積小于90%，則此粘貼鋼板無效，應(yīng)剝下重新粘貼。

3.2 梁底預(yù)應(yīng)力施工

（1）對預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行下料，去除鋼筋表面銹斑及污物并清洗干凈，然后進(jìn)行防腐處理。

（2）對錨固墊板檢驗確認(rèn)合格后，穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋，安裝端頭螺母并緊固，使用小型千斤頂進(jìn)行單端張拉，張拉控制應(yīng)力σk＝353.22 MPa，初張拉應(yīng)力為0.1σk＝35.32 MPa，預(yù)應(yīng)力張拉順序按照先中間后兩邊對稱順序張拉。

（3）初張拉每道預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時，先對千斤頂主缸充油，使鋼筋略為拉緊，同時調(diào)整錨母及千斤頂位置，使孔道、錨具和千斤頂三者之軸線互相吻合，注意使螺紋鋼筋受力均勻，當(dāng)鋼筋達(dá)初應(yīng)力 0.1時作伸長量標(biāo)記，并借以觀察有無滑絲情況發(fā)生。

（4）張拉采用單端張拉法進(jìn)行，千斤頂?shù)纳龎核俣葢?yīng)均勻，當(dāng)達(dá)到控制應(yīng)力時，鳴號，并繼續(xù)供油維持張拉力不變，持荷5 min，同時測量實際伸長量是否與計算值相符。

（5）張拉完畢，切除多余鋼筋，鋼筋應(yīng)用圓盤切割機(jī)切割，不允許用電、氣切割。對外露鋼筋進(jìn)行防銹處理。

3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐

預(yù)應(yīng)力鋼筋防腐具體步驟為：使用清洗劑將原螺紋鋼筋表面銹跡及污物清洗干凈，并用鋼絲刷打磨處理直至呈現(xiàn)金屬光澤。然后均勻涂刷4道防銹油漆，分別為：先涂刷1層環(huán)氧富鋅底漆，再涂刷2層環(huán)氧云鐵中間漆，最后涂刷1層丙烯酸聚氨脂面漆。連接器及螺母內(nèi)填充環(huán)氧砂漿用以防銹。

4 施工中的主要問題和解決辦法

預(yù)應(yīng)力加固方法還在不斷完善和推廣應(yīng)用階段，在設(shè)計與施工中避免不了會出現(xiàn)問題，本次加固施工中發(fā)現(xiàn)的主要問題和解決辦法有以下幾種：

（1）在采用植筋方式加壓錨固墊板時，一個墊板上設(shè)置12根植筋，相互位置固定且施工面積較小。為保證植筋不損傷梁體鋼筋或傷及預(yù)應(yīng)力管道，同時保證植筋質(zhì)量，鉆打盲孔前，應(yīng)用鋼筋混凝土保護(hù)層測試儀查明空心板底板鋼筋和預(yù)應(yīng)力管道位置，然后根據(jù)實際情況，在保證錨固效果的情況下設(shè)置錨固筋。

（2）在錨固齒板安裝時一定要控制好錨墊板的水平位置，否則易造成預(yù)應(yīng)力鋼筋斷絲，并增加應(yīng)力值的損失。

（3）預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕是在應(yīng)力和腐蝕復(fù)合作用下的應(yīng)力腐蝕（屬電化腐蝕范疇），其特點是在金屬內(nèi)部先形成裂紋，內(nèi)裂紋發(fā)生后便形成應(yīng)力集中，加速裂紋的發(fā)展。因此預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐是關(guān)乎工程質(zhì)量壽命的重大問題。本次加固采用防腐油漆保護(hù)涂層預(yù)應(yīng)力鋼筋，其工藝裝備比較簡單，投資低。但防腐油漆涂層的抗老化問題尚未解決，且其力學(xué)性能較金屬鍍層低得多。因此，在張拉后涂層可能存在裂紋，影響保護(hù)效果。若在張拉后涂刷防腐油漆，又會存在錨固端無法涂刷、涂層死角等問題，其暴露部分也就成了鋼筋腐蝕的重大突破口，建議采用熱鍍鋅作為鍍層方法。

（4）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉過程中的預(yù)應(yīng)力損失包括：①錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失，可通過選擇變形小錨具或增加臺座長度、少用墊板等措施減小該項預(yù)應(yīng)力損失；②預(yù)應(yīng)力鋼筋與承受拉力設(shè)備之間的溫度差引起的預(yù)應(yīng)力損失，可通過二次升溫措施減小該項預(yù)應(yīng)力損失；③預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失，可通過超張拉減小該項預(yù)應(yīng)力損失；④空心板間鉸縫因不密實引起的變形導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，可通過對空心板鉸縫注膠填實保證鉸縫密實性等措施減小該項預(yù)應(yīng)力損失。

5 結(jié)束語

本工程采用的加固方法有別于常用的橋面鋪裝補(bǔ)強(qiáng)法，對橋上交通不會產(chǎn)生太大影響，且工期較短。如結(jié)合橋面鋪裝層的改造，則可大大提高該類型橋梁的整體性能，徹底改善空心板間的傳力。