體外預應力加固技術在橋梁加固中的應用

謝金齊+李靜+黃鎮

摘 要：由于服役多年的連續剛構橋梁大多表現出跨中下撓過大、主梁混凝土普遍開裂等病害，本文結合工程實例對體外預應力加固技術在橋梁加固中的具體應用進行介紹分析，為類似橋梁加固工程設計、施工提供參考。

關鍵詞：體外預應力 張拉 維修加固

1.體外預應力體系

1.1體外預應力加固技術的特點

體外預應力加固技術就是利用增加設置在原有混凝土結構外部的預應力筋給混凝土施加額外的預應力（如圖1）。在橋梁加固中該技術的優點主要體現在：

（1）預應力筋布置簡單，結構受力清晰，預應力筋僅通過錨固塊和轉向塊與橋梁結構連接，預應力損失小。

（2）可根據需要靈活布置預應力筋，既進行全橋加固，也可進行局部加固。

（3）體外預應力錨固結構一般尺寸較小，相對增加截面加固法整個體系自重輕，橋梁加固后帶來的自重載荷小，結構承載能力提高空間大。

（4）新型體外索可進行整體更換，便于維護，同時了降低再次更換的費用。

（5）與其它加固技術相比較，需要的人力物力資源更少，需要的設備較少，成本低。

（6）對于現有橋梁結構的負面影響較小，不僅適用于簡支梁橋梁結構，也符合大型連續橋梁結構施工要求。

1.2體外預應力體系的組成

常規體外預應力體系包括：預應力筋，錨具，錨固、轉向裝置，減震裝置，防護體系。預應力筋包括鋼絲繩（網）、預應力鋼筋、光面鋼絞線、無粘結鋼絞線、環氧噴涂鋼絞線、平行鋼絲、成品索等。無粘結鋼絞線，環氧噴涂鋼絞線耐腐蝕性能好。預應力筋作為體外預應力體系的主要構成部分，應具備高強度及低松弛、優良的塑性和使用性能、可靠的耐腐蝕性及耐久性能等特性。

1.3體外預應力筋的張拉

針對不同的體外預應力筋材料類型及布置形式，有不同的張拉收緊方式。根據張拉收緊的機具不同可分為千斤頂張拉法，電熱張拉法，手拉葫蘆張拉法，橫向收緊張拉法。對于常用的鋼絞線通常采用千斤頂張拉法。根據錨具的不同及具體的要求，又可分為單根鋼絞線張拉法和整體張拉法。

1.4體外索的防護

采用體外預應力加固一旦體外索出現破壞情況，橋梁將出現不能承受的破壞。體外索對結構的安全顯的尤為重要。對于普通鋼絞線，常設置在PE套管內，張拉結束后，在套管內灌注水泥漿進行防護；對鋼絲繩（網），在張拉錨固完成后，常用噴涂水泥砂漿進行防護；而對噴涂環氧鋼絞線及成品體外索，一般不需進行額外的防護。

2.加固實例2.1橋梁簡介

浙江某大橋全長304.86m，跨徑布置：3×20m+（20+40+60+40+20）m+3×20m，橫向布置：2×（護欄0.5+非機動車道3.0+護欄0.25+行車道8.5+中央隔離帶2.5/2）=27m。橋型布置見圖2。

兩側引橋上部結構均采用三孔T型截面連續梁，橫向由五片預應力混凝土T梁組成，梁高1.45m，梁間中心距為5.3m。每個腹板縱向設6束7φj15.24高強低松弛鋼絞線，Rby=1860MPa，張拉控制力 1368.7KN，錨具型號為OVM15-7。T梁采用40#混凝土。經過多年運營、引橋腹板、翼板都存在較多裂縫，其中腹板裂縫以豎向、斜向為主，在T梁端部和中部均有分布，長度介于25cm～158cm之間，寬度介于0.03mm～0.26mm之間。

2.2加固方案

本項目采用體外預應力技術加固引橋上部結構，每片T梁兩側各增加2束9*φj15.24-1860級鋼絞線，張拉控制應力1395MPa，錨具采用OVM15-9。鋼絞線沿T梁側面按設計曲線線形布置。預應力筋3跨連續布置。通過張拉新增加的預應力筋實現橋梁體外預應力加固。為保證曲線線形并固定鋼絞線位置，在T梁側面跨中梁底位置設置二個轉向塊。鋼絞線的兩端頭穿過梁端新增的齒板進行錨固。張拉時采用兩端分級張拉的方式進行，以減小預應力損失。

3.加固施工工藝

加固施工工藝流程如下：齒塊、轉向塊放樣→種植鋼筋→齒塊、轉向塊混凝土澆筑→安裝HDPE外套管→預應力筋準備→安裝預應力筋→安裝預應力錨具→張拉預應力筋→管道壓漿→封錨。

（1）種植鋼筋。在外預應力錨固齒塊及轉向塊錨固鋼筋位置設計時應避開橋梁現有的預應力管道的位置。可參考橋梁竣工圖紙或者進行現場探查以確定現有預應力鋼筋的位置。在施工時應隨時注意鉆孔情況，發現梁體內的預應力應及時停止施工并匯報。梁體上鉆孔完成的孔，應及時進行清孔、植筋施工，避免梁體上同時鉆孔過多。對鉆孔過程遇到鋼筋而導致深度不夠產生的廢孔，應盡快使用高強環氧膠進行填塞，封堵。

（2）齒塊、轉向塊混凝土澆筑。澆筑前應檢查齒塊、轉向塊模板安裝情況。齒塊為體外預應力體系的錨固位置，承受較大的壓應力和剪切應力。該位置鋼筋、植筋布置較為密集，混凝土澆筑、振搗時應尤其注意控制混凝土的密實度，不得出現孔洞、蜂窩現象。澆筑過程中有漏漿、漲模情況時應及時處理。

（3）管道安裝。采用HDPE管道，安裝時應利用定位箍筋固定牢固。管道對接時接口應密封。

（4）預應力筋準備。下料長度應考慮工作長度，千斤頂長度，張拉施工長度等。應用鋼筋切斷機截斷應力筋，不得使用電弧焊燒斷預應力筋。

（5）預應力束安裝。為提高安裝效率，單根鋼絞線通過工裝固定為整束，工裝上設置牽引吊耳。對鋼絞線進行編號，并對兩端的錨具孔進行編號。在鋼絞線安裝完成后按照同樣的對應關系安裝錨具，以避免出現鋼絞線交叉、打攪的情況。在T梁端部設置1t卷揚機，鋼絲繩通過導向穿過金屬波紋管后，連接工裝上的牽引吊耳。啟動卷揚機，通過卷揚機牽引整束鋼絞線穿過預應力波紋管。

（6）預應力束的張拉。鋼絞線長度為56m，且為曲線布置，張拉過程中采用兩端同時張拉的方式，張拉以應力控制為主，以鋼絞線伸長量為校核。本項目張拉控制應力為1390MPa，單束張拉力為2289KN，施工中采用300t液壓千斤頂采用漂浮體系進行整體張拉。通過現場測量，伸長量與理論值偏差為2%，滿足規范6%的要求。

（7）管道注漿。注漿在預應力筋張拉完成后48h內進行。在預應力管道每個波峰位置安裝排氣閥，在每個波谷位置安裝排水閥。同一預應力孔道壓漿應持續進行直至完成注漿。注漿時在排水孔、排氣孔有與注入漿液同濃度的漿液流出后封閉排氣孔，穩壓不少于2min后完成注漿。

（8）錨頭防護。體外索張拉完成后，按照設計要求澆筑封錨砂漿以保護錨頭。

4.加固效果

施工完成后對橋梁進行了檢測，通過與加固前對比發現，橋梁整體性能得到了改善，梁體強度和剛度得到了提高，達到了加固目的，加固后橋梁滿足使用要求。總結體外預應力加固技術，其優點如下：

（1）施工簡單，受力明確，經濟合理，適用于大多數橋梁。

（2）能有效的加固橋梁，混凝土裂縫發展得到了抑制甚至寬度減小、T梁擾度明顯減小，橋梁耐久性得到增強。

（3）體外索轉向塊、齒塊的設計、施工是體外索加固技術的重點，是避免體外索斷絲、錨固失效的關鍵。

（4）根據選用的材料不同，體外索的防護是體外索加固體系耐久性的關鍵，應根據不同的材料選用合適的防護方法。

參考文獻：

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