體外預應力技術在橋梁加固中的應用

何廣寶

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

當前，我國交通運輸事業取得了極大的發展，但隨著交通量的增大，許多橋梁都出現了不同程度和種類的病害，因而需要加固。根據我國橋梁領域眾多工程技術人員對橋梁加固技術的研究和實踐，在橋梁加固工程中采用體外預應力加固技術是一種簡便、有效的方法，可以達到改善橋梁使用性能和提高橋梁承載能力的目標。

1 體外預應力技術結構及體系

體外預應力技術是指將預應力筋布置在結構構件截面之外的預應力技術，是相對于傳統的預應力筋布置在截面內來說的。

1.1 體外預應力技術結構

在實際加固過程中，體外預應力結構的預應力一般設置于整體結構以外的部分。體外預應力索一般是由多根絞線組合而成，其因此而得名。運用體外預應力對整體結構進行加固處理的具體方法是在側梁下半部分增加體外預應力鋼絲索，然后在其中設置一道連接構建，將其緊密地連接為一體，使之成為一個體系，伴隨體外預應力索的增設，增大了體外預應力的強度，其所起的作用就是對部分恒載應力加以抵消，使卸載作用加強，整個橋梁結構的承載力也隨之增大。體外預應力結構如圖1－1所示。

圖1-1 體外預應力基本結構示意圖

1.2 體外預應力技術體系

體外預應力技術體系主要包括兩個方面的內容：

a）無粘結體外預應力體系 主要由單根無粘結筋平行地穿入HDPE管之中，首先完成灌漿工藝，由水泥漿體將單根無粘結筋加以定位；

b）有粘結體外預應力體系 該體系中的鋼絞線主要穿過鋼管的孔道之中，產生一定強度的張力之后，將水泥漿灌入其中。

2 體外預應力加固原理及其方法

2.1 體外預應力技術加固原理

體外預應力加固技術一般采用高強鋼絲或粗鋼筋鋼絞線等材料作為施力工具。在體外對橋梁外部結構施加預應力，以預應力產生的反彎矩部分抵消外荷載產生的內力，以此達到改善橋梁使用性能和提高承載力的目的。這種方法具有加固、卸荷及改變結構內力的三重功效。圖2－1、圖2－2為加固前后示意圖。

圖2-1 采用體外預應力加固前

圖2-2 采用體外預應力加固后

2.2 體外預應力技術加固方法

體外預應力加固方法一般分為下撐式預應力拉桿加固法和外部預應力鋼索加固法。

2.2.1 下撐式預應力拉桿加固法

此類預應力拉桿包括如下三大類：

a）直線型 主要適用于正截面抗彎承載力不充分的梁的折架之中；

b）折線型 主要適用于正截面及斜截面抗承載能力均不充分的下弦桿；

c）混合型 適用于正截面抗彎承載力不夠充分的梁之中。

2.2.2 外部預應力鋼索加固法

外部預應力鋼索加固一般采用預應力鋼絲束或鋼絞線，沿梁肋側面按某種線形設置，通過張拉實現體外預應力。梁底設置若干定位裝置，以保證鋼索線形并固定其位置。鋼索錨固于梁兩端。預應力鋼索通常套以保護管，或待張拉錨固后用混凝土包裹，以防銹蝕。

3 體外預應力技術加固橋梁施工流程及實例分析

3.1 體外預應力技術加固橋梁施工流程

一般而言，體外預應力施工主要包括如下九個流程：

a）編制施工方案；

b）準備施工機具；

c）安裝轉向器；

d）體外索穿索；

e）穿入限位裝置；

f）安裝錨頭；

g）單根張拉體外索；

h）安裝防松裝置及保護罩；

i）在保護罩和錨頭內注入油脂，以防止腐蝕。

3.2 體外預應力技術加固橋梁實例分析

某連續鋼構橋梁已經建成30多年，因為汽車超載等因素，下緣混凝土已經破損，而且部分混凝土已經脫落，出現縱向貫通裂縫，主鋼筋已經發生嚴重銹蝕。隨著交通量的增長，橋面已經產生下沉，與原來橋面設計標高產生了偏差。經過研究分析，為了不影響交通狀況，決定采用體外預應力技術對該橋進行加固。

3.2.1 對橋面設計標高進行恢復

若要將橋面設計的標準高度加以恢復，就需要經過體外預應力作用于橋梁橫跨，給橋面施加方向為向上的作用力，最終使得橋梁橫跨中應受力反彈復位，從而使得橋面下沉撓度出現顯著性下降，橋面恢復至原來的設計標高。

3.2.2 對截面裂縫進行修復

橋截面在交通量的增長與荷載現象的撞擊下產生了裂縫。由于剛橋跨中下撓比較大，橋面裂縫出現在墩頂領域中，而跨中裂縫則出現在梁的底板、腹板和翼板上。采用高強度粘接劑，對裂縫實施灌漿封閉，而后為保證裂縫普查精確，使用專門的檢查儀器（25倍讀數顯微鏡）進行裂縫普查，然后封閉所有大于0.3mm的裂縫，插入壓漿嘴將高分子材料壓入并填充裂縫。對于L／4處的腹板斜裂縫，還需要用鋼板來加強，如圖3所示。

圖3 鋼板加固示意圖

3.2.3 對轉向結構的施工

為了降低對原橋的影響，在梁內施加體外預應力鋼索的時候，根據加固設計要求確定了體外預應力索固定點，以此來達到受力要求和保障施工質量。在鋼結構形成骨架以后，在鋼制構件之間澆筑C50鋼纖維混凝土來填實。同時按照“墩頂靠上，轉向貼底”的原則，將轉向鋼管經過試安定位，并對鐵件外露部分作環氧樹脂防腐處理。

4 結語

體外預應力技術是一種靈活的主動加固技術，相對于其他常規的橋梁加固措施，它可以主動改善結構的應力狀況，大幅度提升結構的安全性能。體外預應力加固加固橋梁具有諸多優點，例如，人力投入少、施工工期短；在加固過程中，不影響原來交通狀況；對原橋結構損傷較小；加固方式靈活，可以全梁加固，也可局部加固等。但是任何事情都有兩面性，體外預應力技術也有一些缺點，因此在橋梁加固中需要具體情況具體分析，使其在橋梁加固工程中發揮更加有效的作用。

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