體外預應力技術在橋梁加固工程中的應用

齊雙甲

（邢臺路橋建設總公司，河北邢臺 054001）

0 引言

加固后沒有對橋梁原有基礎結構進行任何改變，但加固后橋梁的承載能力得到有效提升，這是體外預應力技術在加固橋梁方面區別于其他技術措施的主要優勢，加固效果顯著。我國幅員遼闊，江河湖泊眾多，為了加快國內經濟建設，我國已經建設了諸多橋梁，有些橋梁建設年代較為久遠，在動荷載長期影響下，橋梁或多或少帶著病害運轉，使得橋梁使用功能下降。體外預應力技術以其特有的加固效果，保證了加固后橋梁的安全使用年限，受到了橋梁實際加固工程建設者的青睞。

1 基本設計原則

1.1 檢測的實際應用

根據被加固橋梁結構的具體情況，可以將橋梁結構的加固劃分為3種基本情況。第一種是針對橋梁結構使用功能的加固，第二種是針對橋梁結構承載能力的加固，第三種是針對橋梁耐久性的加固。被加固的橋梁屬于哪一種加固情況不能靠簡單的判斷來定，要認真細致地進行現場勘測，檢查橋梁受損害的程度和橋梁危害情況，并對檢查結果進行科學分析，綜合判斷橋梁加固目的，采取有針對性的加固措施。

1.2 橋梁加寬設計與橋梁加固設計同步進行

如果不考慮新加寬的橋與原橋之間的銜接問題，那么橋梁加寬設計與橋梁加固設計要盡可能同步進行。但是大多數情況下，考慮到新橋與原橋銜接問題，橋梁加寬部分的寬度不是很大，盡可能促使橋梁和加寬部分完整結合，達到分散橋梁上部動荷載的最終目的，繼而實現橋梁加固目的。還是要強調注意新加寬橋與既有老橋之間的銜接問題。

1.3 采用多種加固方法同步設計

加大橋梁截面尺寸和增加橋梁截面鋼筋配量以及改變橋梁結構支撐體系來優化橋梁受力情況繼而降低橋梁受到的荷載負擔是橋梁結構加固常用的兩種方法。加大橋梁截面尺寸和增加橋梁截面鋼筋配量主要是針對橋梁承重結構薄弱板塊進行加固，改變橋梁結構支撐體系主要是針對降低橋梁荷載為目的采取的補強措施。

2 體外預應力加固技術的基本原理

加固的方法從宏觀角度來講分為主動加固和被動加固，橋梁體外預應力加固技術屬于主動加固。體外預應力加固技術是指將原有橋梁的舊混凝土與新混凝土通過一定的技術措施進行加固補強，達到加固橋梁的最終目的，繼而改變橋梁承擔動荷載的能力。此外，體外預應力技術不僅可以通過新舊混凝土結合來補強既有橋梁的穩定性，還可以約束橋梁上部結構在長時間應力作用下而產生的變形。充分考慮既有橋梁混凝土結構是橋梁體外預應力加固技術的重中之重。當既有橋梁的混凝土結構出現變形時，采取體外預應力技術進行橋梁加固需要滿足一個前置條件，這個前置條件是不能改變既有橋梁的結構和既有橋梁的混凝土結構，在此前置條件下再增加一部分新混凝土材料。新增混凝土構件與既有混凝土構件的變形能力是不同的，當連接在一起的新舊混凝土受到應力作用時，舊混凝土發生破壞，新混凝土還沒有達到極限狀態，隨著新混凝土的不斷加入，既有構件的應變能力也在不斷增加，最終加強了新舊混凝土的整體性能。通過力學分析可知，橋梁體外預應力技術的應用整體來看是增強了新澆筑混凝土的抗剪切強度，但是當新澆筑混凝土與舊混凝土剛結合時，接觸面的抗剪切能力是較弱的，所以要對橋梁截面的配筋情況進行精確計算，才能確保橋梁體外預應力加固技術行之有效地提高橋梁的承載能力和橋梁的穩定性。

3 施工工藝特點

在不改變既有加固橋梁的結構或者對橋梁結構改變很小的基礎上，能有效增加橋梁承載能力和保障橋梁結構安全性性能是橋梁加固采用體外預應力技術區別于其他加固技術的主要優點。體外預應力技術在加固橋梁方面的效果之所以如此明顯，是因為橋梁結構的應力狀態在體外預應力技術作用下是主動改變的。

3.1 體外預應力技術的主要特點

橋梁結構的損傷與橋梁結構損害程度是采取何種橋梁結構加固技術的主要選擇依據。因此可操作性強，可布置性靈活是選擇橋梁結構加固技術的首要標準，與此同時采用的加固措施也要根據橋梁結構的實際情況而靈活應對。應用在橋梁加固體外預應力技術的機械設備必須具有一定連貫性，在加固作業的連接結構中起減少摩擦阻力以及將橋梁上部傳來的動荷載分布到預應力配筋上的主要部件是將體外索與錨固位置進行有機連接，通過體外索與錨固位置有機連接組成的結構所產生的應力變化值會降低，這對加強橋梁受力結構的穩定性和提高體外錨索的利用率都有很大促進作用。在橋梁加固工程中，為了盡最大限度去保護既有橋梁原來的凈空以及不破壞橋梁原有設計的美觀性，需要盡可能在橋梁加固工程中多設置一些能根據加固工程特點靈活變化的構件，而錨固與轉向功能構件之間的結構符合這一要求。體外預應力技術加固橋梁結構的另外一大優勢是其自身重量比較小，無需單獨針對橋梁下部結構采取相應的加固措施，這既提高了加固工程的成本投入又大大提高了加固工程的施工效率，在加固過程中要依據錨索的受力情況增減預應力施加程度。

3.2 綜合橋梁病害和具體施工技術采取針對性設置

即使應用體外預應力技術進行橋梁結構的加固可以取得良好的預期結果，但是也需要采取合理的施工措施才能實現更好的應用效果。針對應力結構的設置是體外預應力技術加固橋梁結構工程中常遇到的，底板、頂板和腹板體外索以及通長索是應力結構常見的設置類型。這幾種常見的應力結構類型中，可以行之有效地改善橋梁整體結構應力的結構是通長索結構類型，該設置方式工作原理是其可以形成空間曲線，通過轉向功能實現多點傳力，實現改善結構應力的目的。

3.3 體外預應力施工技術的缺點

體外預應力技術中應用的預應力索是預應力技術中采用的關鍵材料，但是預應力索在自然環境雨水的侵蝕下容易上銹，這是體外預應力施工技術的第一個缺點；橋梁錨固產生的應力與橋梁結構產生的應力比較容易集中在一起，這對橋梁的穩定性造成了隱患，這是體外預應力施工技術的第二個缺點；最后一個缺點就是錨具、夾片在加固作業中應用數量較多，再加上體外索張拉力不足的影響，無法充分發揮鋼絞線的強度，繼而影響到了錨具和夾片的施工，加大了體外預應力技術的施工難度。

4 具體加固措施

4.1 橋梁下方支撐式預應力拉桿

橋梁加固技術根據其加固的類型不同也有較大差別，當橋梁下方的凈空滿足條件的情況下，可以采用在橋梁主梁下方設置拉桿體系的方法來加固橋梁結構，使用該技術進行加固作業時，必須要在既有橋梁的橫隔板（其中一側）上固定粗鋼筋來改變支撐點原有的位置，其目的是有效調整拉桿上的張拉力，使拉力滿足橋梁所受荷載的安全系數。可以通過豎向頂撐張拉和橫向收緊張拉兩種方法進行張拉作業。豎向頂撐張拉法主要應用在橋梁端部下側，在橋梁端部下側位置安裝鋼錨（U形）固定板，并將鋼錨固板與事先設置好的拉桿焊接在一起。為了通過鋼錨固板順利的向拉桿施加預應力，需要在橋梁跨徑和徑中之間安裝張緊夾具，同時橋梁腹板或者橋梁托架上也可以安裝張緊夾具，張緊夾具固定的時間以拉桿達到設計應力值的時間為準，一般利用混凝土墊塊來進行固定。為了獲得更好的拉力，確保梁底面和拉桿之間處于契合狀態。此外，為了防止張緊夾具生銹帶來損害，需做好張緊夾具的防銹工作。

橫向收緊張拉法，由施工技術人員將粗鋼筋分兩層布置于橋肋底面兩側，在靠近橋梁端的位置適當彎曲并固定。在整個彎曲過程中，拉桿由粗鋼筋來代替，在粗鋼筋彎曲的地方設置相應數量的短鋼筋形成支撐來形成預應力，并在縱向位置按照間距設置撐棍與螺栓，最后加以收緊器的使用，能夠很好地使拉桿橫向受緊并受力，產生預應力。

4.2 體外預應力鋼絲束加固法

采用鋼絲束來加固橋梁上部結構是目前體外預應力加固技術較為常用的措施，具體技術措施是先進行預應力鋼絲束的制作，其制作過程要沿著橋梁的測面采用曲線形式進行設置。在制作鋼絲束過程中存在一個難點需要特別注意，該難點就是如何準確固定鋼絲束位置，現在固定鋼絲束的通常做法是在橋梁最底端設置定位箍筋圈，該做法是為了適應鋼絲束曲線線型特點，箍筋圈間距一般設置為（50～100）cm，同時可以采取在橋梁肋側埋置定位削來輔助鋼絲束的定位。鋼絲束工作過程必須要穿過梁端翼緣板上的斜孔，到達梁頂錨固位置才能最終實現其固定工作。由于鋼絲束材料自身特點，在橋梁所處的自然環境下容易生銹，嚴重影響鋼絲束工作性能，需要采取相應的措施防止鋼絲束生銹。如果是先張預應力作業，需要對鋼絲束設置保護套管；如果采用后張拉預應力作業，可以在張拉后利用水泥漿液包裹鋼絲束預防生銹。

5 結語

相對于其他橋梁加固技術來說，體外預應力技術加固橋梁結構可以主動改善橋梁結構應力狀況，此外對橋梁結構安全性的提升也是行之有效的，所以該技術在橋梁加固技術中屬于比較靈活的加固技術，因此無論從發展前景還是應用空間來說，體外預應力技術在橋梁結構加固工程中都是最好的選擇。體外預應力技術在實際應用中即使存在一定缺陷，但是在實際施工中可以通過采取適當方法解決。