體外預應力加固技術在橋梁加固中的施工分析

文/肖祖偉

1 前言

體外預應力加固技術是目前最為普遍的一種前后預應力體系形式，在時代的高速發展進程下，已經是預應力應用技術的要點。該技術通過預應力筋的布置方式在混凝土結構系統外設置預應力結構形式，對比分析該技術和傳統預應力筋布置的形式，具體是粘結或者無粘結預應力的形式。當前的體外預應力技術被大量的應用到預應力混凝土結構、大跨度的建筑工程中，并且能夠加固施工混凝土橋梁結構。體外預應力技術優勢如下所示：簡化預應力筋曲線、降低摩擦力；混凝土結構尺寸相對比較小，能夠有效減小自重；可以根據需要進行預應力筋的更換處理，做好系統功能的檢測和維護；施工操作簡單便捷。因為預應力筋和混凝土截面是處于分離的狀態中，能夠保證結構的整體性和耐久性得以提升。

2 技術組成

橋梁為公路項目的重要組成結構，當前我國很多的橋梁都是在20 世紀70～80年代設計和建設的，運營時間相對比較長。早期建設的橋梁項目技術標準比較低、承載性能比較差，嚴重影響交通的正常運行，尤其是當前很多重型、大型車輛進入到交通道路中，導致公路運行的安全性、通暢性難以滿足要求，橋梁在運行中因為自然環境和使用條件的侵蝕影響。當前有些公路橋梁項目因為設計水平比較低根本不能滿足交通的運行需要，橋梁無法發揮出應有的作用，嚴重阻礙我國交通領域的發展。對于舊橋、危橋可以實施必要的加固施工，使橋梁的預應力效果滿足要求，橋梁的運營質量合格，有效促進我國交通運輸行業的發展和進步[1]。

3 橋梁加固改造技術

目前在體外預應力技術進行橋梁加固施工中，選擇使用不同的預應力方式所達到的效果不同，下面將重要介紹幾種應用廣泛的施工方式。

3.1 橫向收緊張拉法

梁體結構兩側的間隙比較小的情況下，可以選擇使用橫向收緊張拉法進行施工，該方法是在梁體下部位置上對稱橋梁中線設置預應力筋的形式，然后在相應距離的梁端位置上彎起使用支點直接錨固在錨固鋼板上，以U 型的形式存在。水平段的預應力筋可以使用撐棍將其分為比較多的段落部分，兩側撐棍能夠起到支撐作用，各個部分需要使用螺栓進行對稱張拉收緊施工，拉桿就能夠形成預應力。

3.2 縱向張拉法

縱向張拉法是根據在預應力筋的軸線中施加預應力的方式。預應力筋需要沿著梁底的方向上進行設置，到量體兩側的位置上布置導向塊位置上彎起，直接錨固在梁體的腹板與頂板的結構上，再根據這些位置的需要進行縱向張拉施工，有效降低梁端剪力。縱向張拉錨固的結構主要包含梁頂錨固和腹板錨固。體外預應力筋張拉施工方式和結構組成有著明顯的關系，張拉位置需要從梁頂按照斜筋的方向進行張拉作業，也可以在梁底的位置上進行水平方向張拉施工，此時要和預制混凝土梁保持一致性。

3.3 豎向張拉法

如果選擇縱向張拉施工的方式不能有效開展施工，就要更換為豎向張拉的方式。該方式主要是通過在梁肋兩側對稱設置預應力筋的方式，一般都會選擇梁端肋的錨固施工方式，預應力筋可以利用豎直方向中進行張拉作業，依照項目的實際狀態，橫梁可以根據需要設計成為錨固梁肋內的滑動預應力筋的固定支點或者梁底的結構部分進行活動支點布置。

3.4 預彎梁法

上述幾種方式的應用之下，能夠有效改善梁體下緣開裂的問題，避免上緣部位出現開裂的問題，主要是通過預彎梁法進行施工。比如某簡支鋼板梁橋的項目，因為荷載逐步的提升，改善鋼板梁受力情況，保證橋梁的面板剛度符合要求。體外預應力加固作業方式符合技術標準，利用增加厚度的方式保證承載性能的提升，可以有效抵消外索張拉施工后的面板拉應力，消除混凝土收縮所產生的應力問題。在澆筑施工前，應該先進行搭設支架部分的主梁結構，和新澆筑的橋面組合成為整體的結構[2]。

4 加固實例

4.1 橋梁簡介

某橋梁項目的總長度為304．86m，跨徑尺寸是：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。該橋梁在經過多年的交通運營后，引橋腹板、翼板都會有很多問題。腹板裂縫主要以豎向、斜向的形式為主，在T 梁端部和中部的位置上都存在有該裂縫問題，其長度處于25cm～158cm，寬度處于0．03～0．26mm。

4.2 加固方案

結合項目的具體狀況，該工程中應用的體外預應力技術完成加固作業施工，每片T 梁兩側各增加2 束9×φ15．24-1860 級鋼絞線，張拉控制應力1395MPa，鋼絞線需要按照該梁體結構的側面設計成為曲線形式，同時把預應力筋按照3 跨的方式合理設置，利用張拉施工增設的預應力筋結構達到體外預應力的加固要求，保證結構的性能符合要求。為了讓曲線線形固定到鋼絞線的具體位置上，在T 梁測量需要設計成為分級的張拉施工方式，能夠有效防止出現預應力損失過大的情況。

4.3 加固施工工藝

加固施工需要按照設計方案和施工工藝進行，保證預應力施工效果，滿足當前的橋梁交通運行工程的要求。

4．3．1 種植鋼筋。體外預應力加固技術在應用中，通過使用錨固齒塊和轉向塊直接錨固在合理的位置上，有效避免給當前橋梁的預應力管道產生影響。根據橋梁工程的竣工圖實現現場的探查和分析，確定預應力筋的施工具體位置。在施工環節，要隨時了解鉆孔的實際情況，如果發現有預應力要立即上報給主管部門。梁體鉆孔結束時，立即開展清孔作業，然后進行植筋施工，防止存在鉆孔數量過多的情況。鉆孔中如果遇到鋼筋，就會造成深度不足，進而導致該孔成為廢孔，應使用高強度環氧膠進行填塞處理。

4．3．2 齒塊、轉向塊混凝土澆筑。澆筑施工開始前要進行齒塊、轉向塊模板安裝狀態的分析，齒塊為體外預應力施工中的錨固具體位置，能夠承載結構的壓應力與剪切應力。在該位置上，需要進行植筋施工，混凝土澆筑、振搗施工都要達到密實度的要求，不能存在蜂窩、孔洞等缺陷問題，也不能有漏漿、脹模的情況，如果有情況，要立即采取措施處理[3]。

4．3．3 管道安裝。采用HDPE 管道，安裝施工應該保證位置精度合格，牢固性、穩定性達標。

4．3．4 預應力筋準備。下料長度要嚴格控制，符合工作長度的標準，通過使用鋼筋切斷機進行鋼筋的長度切割，不能使用電弧焊進行鋼筋切斷處理。

4．3．5 預應力束安裝。為了全面提升施工的效率和速度，單根鋼絞線可以通過工裝進行整束的固定，在工裝中安裝牽引吊耳。鋼絞線要合理進行編號，兩側都需要進行錨具孔的編號處理。鋼絞線安裝后根據其對應關系實現錨具的安裝，不能存在交叉、干涉等問題。在T 梁的端部位置上設置1t 卷揚機，鋼絲繩需要進行穿越金屬波紋管，然后連接工作中的牽引吊耳。開啟卷揚機，利用牽引實現整束鋼絞線的穿越施工。

4．3．6 預應力束的張拉。鋼絞線長度為56m，以曲線的形式分布設計，張拉施工環節可以同時進行兩側張拉施工，嚴格控制應力參數，保證鋼絞線伸長量達到技術標準。本次工程中所應用的張拉力為1390MPa，單束張拉力為2289KN。從現場的施工技術參數分析可以發現，伸長量與理論值偏差為2%，滿足規范6%的要求。

4．3．7 管道注漿。注漿施工需要在預應力筋張拉施工結束的48h 中開展施工。預應力管道的各個波峰的位置上進行排氣閥的安裝施工，每個波谷的位置上都需要設置排水閥。相同的預應力管道中，應該連續進行注漿施工，保證排水孔、排氣孔全部都涌出相同濃度的漿液后，進行封閉處理，連續穩壓2min 結束注漿施工。

4．3．8 錨頭防護。體外索張拉施工后，應該根據設計方案的標準進行澆筑封錨砂漿來做好錨頭的防護處理[4]。

5 加固效果

施工全部結束后進行橋梁的檢測，和加固前進行對比分析，橋梁整體性得到提升，梁體強度與剛度都能夠滿足要求，從而提升加固施工效果，保證橋梁符合標準要求。體外預應力加固施工技術有著如下優勢：

5．1 操作簡單、受力效果比較好，經濟性非常強，能夠應用到多數的橋梁工程中。

5．2 可以提升橋梁加固施工效果，有效預防混凝土裂縫，減小寬度，橋梁耐久性得到提升。

5．3 體外索轉向塊、齒塊的設計、施工中體外索加固效果得以提升，避免出現錨固失效的情況。

5．4 按照使用的材料不同，體外索防護是提升結構耐久性的關鍵，要結合不同材料選擇合適的防護方法。

6 應用前景分析

體外預應力加固施工已經成為目前的橋梁加固主要方式，極大促進了橋梁領域的發展和進步。1979年所建設的格朗梅爾大橋項目，在1986年正式投入使用，跨中撓度為300mm，因為季節的產生影響導致其出現了很大的變化。管理公司確定在1991年對于該橋梁實施必要的加固施工，完成后實施撓度檢測，伴隨著時間的發展有著非常高的穩定性，撓度得到了有效控制，說明加固效果是非常好的。法國的Oleron高架橋，承載性能比較差，難以滿足交通運行的需要，于1990年采用4 束35×0．6 預應力鋼索實施必要的加固處理，能夠滿足整個系統的運行需要[5]。我國是在20 世紀80年代就開始全面深入研究，同時在具體的應用中合理應用體外預應力技術實施橋梁的加固處理，得到了非常高的實踐應用價值，產生了極高的社會效益。該發展階段內，橋梁加固施工中所應用的是普通鋼筋材料，通過預應力的方式進行加固處理，主要是通過橫向收緊或者豎向頂撐的施工方式。因為在施工中所選擇的加固方式主要是針對中、小跨徑的鋼筋混凝土簡支梁的體系形式。伴隨著預應力技術的發展和進步，我國的體外預應力技術被大量的應用到很多工程中取得了非常好的效果。從實際經驗分析能夠發現，通過體外預應力方式進行加固，所產生的效果是非常好的，未來必然會有更加廣闊的發展空間，也能夠帶來巨大的綜合效益。

7 結語

體外預應力應用到橋梁加固中有著非常高的實踐價值，使用效果也非常好，能夠促進承載力性能的提升，保證橋梁達到使用的標準。很多橋梁項目在投入使用比較長的時間，都會出現一定程度的損壞，所以需要選擇合適的加固施工技術。而體外預應力技術就是主要方式，可以使結構總體性能得到提升，保證橋梁的應用效果滿足要求，為交通領域的發展和進步起到一定的促進作用。