路橋梁預(yù)應(yīng)力加固新技術(shù)的設(shè)計(jì)分析

李 江

(西安中交土木科技有限公司，陜西 西安 710075)

1 工程概況

預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)被應(yīng)用于路橋工程后，可以取得較好的加固維護(hù)效果，充分發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力筋的補(bǔ)強(qiáng)作用，保證橋梁維持正常使用狀態(tài)，車輛過(guò)往通行更加安全，具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

渭河特大橋建設(shè)于臨潼粉劉村南東側(cè)，圣力寺村南西側(cè)，全橋總長(zhǎng)2 425.4 m，建設(shè)于左偏圓曲線、直線、右偏圓曲線上。結(jié)構(gòu)組成方面，渭河特大橋上部結(jié)構(gòu)采取連續(xù)箱梁+T梁+變截面箱梁相組合的方式，下部橋墩包含矩形墩和柱式墩，橋臺(tái)設(shè)置為肋式臺(tái)。

2 預(yù)應(yīng)力加固的主要應(yīng)用方法

2.1 橫向收緊張拉法

梁兩端僅存在微小的間隙，此條件下通常以橫向收緊張拉法為主，預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置于梁的下緣對(duì)稱梁中線處，在與梁端合理距離處彎起，此處所用錨固鋼板呈“U”形，穩(wěn)定安裝在梁端的下翼緣處。設(shè)置適量撐棍，以便將預(yù)應(yīng)力筋劃分為多個(gè)均等的節(jié)段，布設(shè)在兩端的撐棍還具有支撐的效果[1]。各節(jié)段中點(diǎn)處安裝拉緊螺栓，在其作用下將兩對(duì)稱筋收緊，此時(shí)拉桿則會(huì)提供預(yù)應(yīng)力。

2.2 縱向張拉法

沿預(yù)應(yīng)力筋軸線施加預(yù)應(yīng)力，將施工所用的預(yù)應(yīng)力筋統(tǒng)一布設(shè)在梁底，梁兩端布設(shè)導(dǎo)向塊并彎起，沿梁底縱向張拉，以達(dá)到減小梁端剪力的效果。現(xiàn)階段，縱向張拉錨固構(gòu)造中較為典型的是梁頂錨固和腹板錨固兩種形式。不同的構(gòu)造形式所對(duì)應(yīng)的體外預(yù)應(yīng)力筋張拉方法存在差異，除了在梁頂沿斜筋張拉外，還可以視實(shí)際情況轉(zhuǎn)為在梁底沿水平方向張拉的方式。

2.3 豎向張拉法

部分施工條件下無(wú)法順利完成縱向張拉作業(yè)，此時(shí)可采取豎向張拉法，所用預(yù)應(yīng)力筋統(tǒng)一布設(shè)在梁肋兩側(cè)，通常在梁端肋側(cè)錨固，選用適量小橫梁并將其置于梁肋底部，作為不可或缺的裝置，橫梁的安裝具有必要性，可有效固定鋼筋預(yù)應(yīng)力。

2.4 預(yù)彎梁法

部分橋梁結(jié)構(gòu)中還伴有梁上緣開裂的情況，此時(shí)以預(yù)彎梁法較為合適。例如：某簡(jiǎn)支鋼板梁橋施工中，其荷載處于相對(duì)較大的狀態(tài)，應(yīng)合理改善鋼板梁的受力條件，從而達(dá)到提高橋面板剛度的效果[2]；受體外索張拉的作用，橋面板內(nèi)部形成較明顯的拉應(yīng)力，可有效緩解因混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力。施工中應(yīng)搭設(shè)穩(wěn)定的支架，將主梁頂起并到達(dá)指定位置，檢驗(yàn)新澆橋面板的強(qiáng)度，滿足要求即可落下支架，此時(shí)橋面板將充分發(fā)揮出主梁的自重作用，由此形成壓應(yīng)力，在此基礎(chǔ)上張拉體外預(yù)應(yīng)力筋，按照要求對(duì)橋面施加軸力和彎矩。

3 預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)分析

3.1 預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)的基本原則

預(yù)應(yīng)力組成示意圖見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力組成示意圖

橋梁底部分布數(shù)量較多的橫向裂縫，此病害的出現(xiàn)與結(jié)構(gòu)剛度不足有關(guān)，此時(shí)結(jié)構(gòu)撓度明顯增加，隨之產(chǎn)生較明顯的橫向裂縫。針對(duì)此問(wèn)題，宜采取主動(dòng)加固的方式，使結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力恢復(fù)至正常水平，布設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束，以達(dá)到有效加固橋梁的效果，此時(shí)橋梁具有承受荷載的作用[3]。主動(dòng)加固方案的具體內(nèi)容如下：①封閉既有裂縫，以免外界的有害物質(zhì)進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部而引發(fā)鋼筋銹蝕等質(zhì)量問(wèn)題；②采取局部補(bǔ)強(qiáng)處理措施，盡可能阻止裂縫的擴(kuò)展，以確保結(jié)構(gòu)維持安全使用狀態(tài)；③預(yù)應(yīng)力不足是引發(fā)結(jié)構(gòu)病害的主要成因，在加固時(shí)則要重點(diǎn)補(bǔ)充預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)能夠與設(shè)計(jì)要求相同。

3.2 預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)方案

第五聯(lián)連續(xù)梁橋病害較為明顯，根據(jù)其實(shí)際情況提出體外預(yù)應(yīng)力主動(dòng)加固的方案，具體做如下分析。

1)處理連續(xù)箱梁內(nèi)部，對(duì)其采取體外預(yù)應(yīng)力加固措施，經(jīng)過(guò)張拉后將形成附加預(yù)應(yīng)力，具體如圖2所示。

圖2 體外預(yù)應(yīng)力加固示意圖(單位：cm)

2)結(jié)束箱梁內(nèi)部的處理后再轉(zhuǎn)向箱梁底部，對(duì)該處的裂縫采取局部補(bǔ)強(qiáng)措施，若裂縫寬度<0.1 mm，此時(shí)應(yīng)有效封閉裂縫。

4 橋梁預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的施工方法

4.1 合理選擇預(yù)應(yīng)力鋼絞線

材料材質(zhì)對(duì)預(yù)應(yīng)力加固的效果具有明顯影響，常見有鋼絞線、冷拉鋼絲等多種形式，其中以鋼絞線的應(yīng)用最為廣泛，兼具便捷、美觀的特點(diǎn)，是道路橋梁建設(shè)領(lǐng)域的首選形式。不同于其他建筑工程的是，橋梁預(yù)應(yīng)力施工所需的鋼絞線總量相對(duì)較少，在保證橋梁預(yù)應(yīng)力加固效果的同時(shí)可有效減少成本投入，具有較顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的選擇問(wèn)題，需高度注重材料的性能參數(shù)，保證其在尺寸、延展率、耐久性等方面可滿足使用要求。

4.2 合理選擇預(yù)應(yīng)力錨具

錨具可選形式豐富，不同錨具所產(chǎn)生的損失具有差異性，因此，合理選擇錨具至關(guān)重要。工程經(jīng)驗(yàn)表明，道路橋梁預(yù)應(yīng)力加固施工中的錨具選擇應(yīng)兼顧機(jī)械錨固和摩擦錨固兩方面因素，從而做出合適的選擇，充分發(fā)揮出錨具的效用。

4.3 鋼筋混凝土中的應(yīng)用

混凝土裂縫是橋梁結(jié)構(gòu)中發(fā)生概率較高的病害，且在大型橋梁中體現(xiàn)得更為明顯，而通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用可有效減少混凝土裂縫問(wèn)題，在維持混凝土結(jié)構(gòu)完整性方面具有良好的作用。從預(yù)應(yīng)力技術(shù)在裂縫中的作用原理來(lái)看，可向受拉區(qū)混凝土施加壓力，此時(shí)鋼筋在張拉作用下將有所回縮，充分發(fā)揮出受拉區(qū)內(nèi)鋼筋預(yù)應(yīng)力的作用。

4.4 混凝土路面中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力技術(shù)也可應(yīng)用于橋梁混凝土路面中，其作用原理與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。施工之前應(yīng)做好全面的準(zhǔn)備工作，如檢測(cè)混凝土路面的溫濕度情況、摩擦約束力等，以此為依據(jù)合理優(yōu)化預(yù)應(yīng)力技術(shù)，盡可能避免裂縫和收縮現(xiàn)象，恢復(fù)橋梁混凝土路面的完整性。

5 橋梁預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的主要問(wèn)題

5.1 預(yù)應(yīng)力張拉

為充分提高預(yù)應(yīng)力早期強(qiáng)度，可通過(guò)摻入適量早強(qiáng)劑的方式而實(shí)現(xiàn)。正常情況下，完成混凝土的灌注施工且經(jīng)過(guò)3 d后便可組織預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)，此時(shí)混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)上升至較高的水平，但其彈性模量依然相對(duì)較低，兩項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)增長(zhǎng)沖突問(wèn)題。早期混凝土可塑性較好，若采取的是預(yù)應(yīng)力提早張拉的方式，此時(shí)預(yù)應(yīng)力增長(zhǎng)速度明顯加快，導(dǎo)致橋梁承受能力不足，隨之出現(xiàn)裂縫等病害。

5.2 張拉力控制

在張拉力不合理的情況下，預(yù)應(yīng)力加固效果將大打折扣，出現(xiàn)橋梁施工質(zhì)量欠佳等質(zhì)量問(wèn)題。預(yù)應(yīng)力張拉期間應(yīng)兼顧各項(xiàng)質(zhì)量影響因素，同時(shí)控制張拉力和預(yù)應(yīng)力鋼筋，使其處于相協(xié)調(diào)的狀態(tài)。在各類影響因素中張拉力的影響較為顯著，通常采取的是15級(jí)油壓張拉的方式，施工人員欠缺專業(yè)技能，在實(shí)際操作中易出現(xiàn)不同程度的誤差。若遇到多束預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)，該問(wèn)題將更為明顯。由于每束張拉力具有差異性，因此，預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長(zhǎng)值難以完全一致，產(chǎn)生的彈性模量無(wú)法統(tǒng)一，預(yù)應(yīng)力張拉反而出現(xiàn)適得其反的局面，發(fā)生預(yù)應(yīng)力張拉能力失控的現(xiàn)象。

5.3 預(yù)應(yīng)力管道堵塞

部分施工人員的專業(yè)水平偏低，未依據(jù)規(guī)范完成混凝土灌注作業(yè)，或是缺乏行之有效的防護(hù)措施，明顯加大預(yù)應(yīng)力管道堵塞的概率，導(dǎo)致鋼絞線受到阻礙而無(wú)法順利通過(guò)，張拉力的作用難以得到有效發(fā)揮，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用效果欠佳，在影響橋梁施工質(zhì)量的同時(shí)存在工期延長(zhǎng)、成本增加等問(wèn)題。針對(duì)預(yù)應(yīng)力管道堵塞問(wèn)題，最為關(guān)鍵的是依據(jù)規(guī)范將管道安裝到位，經(jīng)過(guò)計(jì)算后確定管道鋼筋的具體位置，由此避免管道鋼筋彎曲現(xiàn)象，使預(yù)應(yīng)力管道足夠通暢。

5.4 體外施工的技術(shù)要點(diǎn)

1)定位滑塊墊板和錨固支座，于橋梁底部錨桿重心處設(shè)置滑塊墊板，在橋梁兩端確定螺栓孔的位置并做好標(biāo)記。

2)做好上錨固定的放樣定位工作，具體應(yīng)以單梁頂面縱橫向?yàn)榛鶞?zhǔn)而確定，經(jīng)過(guò)檢測(cè)后確定錨固點(diǎn)與兩端的間距。

3)設(shè)置上錨固點(diǎn)，若采取的是端面上錨固定的方式，則要分析預(yù)應(yīng)力鋼筋的合適安裝位置，在橋面鑿出兩個(gè)斜孔(角度應(yīng)與斜筋保持一致)，隨后再鑿去橋面鋪裝層，在該處均勻涂抹環(huán)氧膠液，以不影響混凝土保護(hù)層厚度為基本前提，完成橋梁頂部的上錨固定作業(yè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，公路橋梁工程中易出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、失穩(wěn)等質(zhì)量問(wèn)題，為營(yíng)造安全的車輛通行環(huán)境，可引入預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，以實(shí)際施工情況為準(zhǔn)，依據(jù)規(guī)范合理應(yīng)用該技術(shù)，以達(dá)到改善橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的效果，充分發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力的作用，保證橋梁的穩(wěn)定性。

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