橋梁維修加固中預應力加固技術的應用

王俊萍

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧沈陽 110136）

0 引言

近年來我國經濟蓬勃發展，交通運輸量不斷激增，而橋梁工程作為交通運輸體系中的主要構成部分，承擔著重要職責。部分橋梁工程的使用年限較長，老化程度較為嚴重，頻繁出現各類質量通病，成為交通安全隱患。但是它們尚未達到最大使用壽命，如果將其拆除重建，不僅會承擔較大負擔，還會造成資源浪費。因此，普遍采用預應力加固技術對橋梁工程進行維修加固處理，不僅不會改變橋梁結構體系，同時還會強化橋梁結構性能質量。

1 預應力加固技術在橋梁維修加固中的作用

在早期部分橋梁工程建設階段，受設計局限性因素影響，橋梁荷載值相對較低，再加上受環境因素干擾和影響，部分橋梁工程頻繁出現各類質量通病，難以滿足交通運輸需求，并存在一定的安全隱患。為解決這一問題、恢復橋梁結構性能質量，預應力加固技術在橋梁維修加固工程中得到了廣泛應用。通過施加外加預應力，可以有效消除橋梁結構的應力滯后現象，從而改善結構承載性能、切實滿足工程使用需求、控制橋梁維修加固成本。這也是應用預應力加固技術的意義所在。

2 橋梁體外預應力加固技術應用分析

2.1 加固方法及技術特點

在應用體外預應力加固技術時，工作人員于橋梁結構外部區域中設置適當數量的預應力筋，以鋼絲繩等材料作為受力件，并對預應力筋開展張拉操作。在張拉過程中，梁體結構將產生一定的反彎矩來抵消外部荷載，從而調整橋梁結構的內力分布情況，實現強化橋梁結構抗變形以及承載性能的維修加固目的。其技術特點如下：

（1）可以抵消部分的橋梁結構原有外荷載，在一定程度上強化橋梁剛度以及承載性能。

（2）工藝流程較為簡單，僅需配置少量人員及設備，即可在短時間內完成橋梁維修加固作業。

（3）在施工過程中，不會對橋梁工程的正常使用造成明顯影響。

（4）結合實際施工情況，可以適當調整原有橋梁結構的受力狀態以及幾何形狀，從而控制橋梁撓度使部分裂縫得到閉合處理，進而延長橋梁工程的使用壽命。

目前這項技術主要用于維修加固T形梁等結構的橋梁工程。

2.2 工藝流程及應用要點

以某橋梁維修加固工程為例，在應用體外預應力加固技術時：①施工人員優先對表面結構進行處理、清除污漬雜質；②開展施工測量作業，對錨板以及預應力筋的施工位置進行測量、標記；③依次對各處預應力筋與錨板進行安裝；④開展預應力筋的張拉操作，在張拉完畢后對其進行錨固處理；⑤對錨具與各類配件進行保護處理，如在錨具表面涂刷適當厚度的防腐漆層。

在應用過程中技術人員應注意：①注重提前沿橋梁側面結構設置鋼絞線等受力材料；②在橋梁結構體外設置索錨，并采取固定處理措施，如利用若干定位裝置將索錨固定；③結合實際情況選擇適當的拉桿加固方式（常用的加固方式有復合式、直線式等），當原有橋梁結構的正截面抗彎性能與承載性能較差時優先采取復合式拉桿加固方式，下弦桿拉應力較差時則采用直線式拉桿加固方式；④準確算量橋梁工程的水平鋼筋拉力，主要參照計算結果來合理制定橋梁體外索錨配置方案。

2.3 優劣勢分析

優勢：①在應用體外預應力加固技術時，不會對橋梁工程的原有結構與截面尺寸參數進行調整，可以將橋梁結構自重荷載增量值控制在較小范圍以內；②在施工條件允許前提下，通過設置鋼索，將梁體結構與錨固處進行連接處理，將不會對周邊構筑物造成粘結影響，同時預應力變化幅度較小，實際使用效率較高，并不會損失過大的摩阻力；③在后續橋梁維護保養過程中，可根據實際加固需求，對所設置鋼索進行調整；④鋼索布置靈活度較高，技術人員可結合橋梁性能質量與結構情況，合理選擇預應力筋布置點位。同時，在預應力筋布置過程中，不影響工程的正常使用；⑤可以重點控制橋梁結撓度以及結構縫隙。

劣勢：①在技術應用過程中，將面臨環境因素與過往車輛振動因素的干擾影響，以此為誘因引發各項施工問題的出現；②在橋梁結構的轉向以及錨固部位，往往會出現應力過于集中的現象，要求所配置夾片、錨具等配件具有良好的性能質量與預應力筋強度相匹配，導致工程施工成本有所提高。

3 兩種典型的橋梁預應力加固技術

3.1 預應力高強鋼絲抗彎加固技術

3.3.1 技術特點

預應力高強鋼絲抗彎技術屬于有粘結預應力加固技術體系：通過在橋梁結構上設置適當數量的預應力筋，將梁體預應力提升到一定標準，再依次開展錨固、噴漿操作，確保橋梁結構、預應力筋與所噴灌復合砂漿在粘結力作用下，形成較為穩定的整體結構、保持變形協調一致，從而實現強化橋梁承載性能與抗裂性能的施工目的。

3)振動流化床離析混合模式控制機制研究。床層顆粒流化會發生粒度離析、密度離析或混合等不同模式，直接影響振動流化床脫灰功效和傳熱傳質干燥特性，離析混合模式控制機制是振動流化床動力學模型的重點，目前還是空白。

與無粘結預應力加固技術相比，預應力高強鋼絲抗彎加固技術采取主動加固的原理，大量使用高強鋼絲等補強材料，組合后的截面將有效承載外界壓力。此外，它還可以有效解決傳統橋梁維修加固施工中面臨的多項難題，如結構自重荷載增量過大、施工工期過長、鋼筋等材料易腐蝕破損等，橋梁結構的實際加固效果與整體性能較為良好。

3.1.2 工藝流程及操作要點

該技術的具體工藝流程為：施工人員對橋梁梁體表面進行處理，清除灰塵、雜質與污漬→對錨具、錨座以及鋼絲繩的施工位置進行測量、標記→依次安裝錨座、錨具以及鋼絲繩→施工人員對鋼絲繩開展張拉操作，并對其錨固處理→于各處錨固點澆筑適量的混合砂漿，并在砂漿表面采取防護措施、開展養護作業→定期對橋梁維修加固成果進行檢查、維護。

在加固環節應注重結合實際施工情況，科學編制技術方案，如準確算量梁體極限承載力、橋梁結構需提升的抗彎承載力、預應力鋼絲繩布置數量及位置等，控制錨具制作質量。例如，在某橋梁維修加固工程中，端部錨具采取外側開口結構形式，首先要視焊接作條件與鋼絲繩錨固情況，合理設定錨具的厚度、開口深度等參數。其次，將錨具于適當寬度的鋼板上進行焊接處理。再次，確保梁底結構與所設置鋼絲繩保持緊密貼合狀態，對鋼板以及錨具的結合面開展打磨操作，并于表面涂刷適量膠體，使用螺母等連接件對鋼板進行加固處理。然后，配置張拉器，將鋼絲繩一端伸入張拉器中、另一端穿過錨具開口。最后，施工人員應嚴格遵循“對稱張拉”原則，依次開展預應力鋼絲繩張拉操作，嚴格控制鋼絲繩張拉應力。

3.1.3 技術優勢

（1）采取主動加固原理，在梁底區域設置若干數量的預應力鋼絲繩，再加上砂漿粘結作用的影響，橋梁錨固部位出現應力集中問題的概率極小。

（2）加固工序流程較為簡單，僅需配置一定數量的小型張拉器即可在短時間內完成預應力鋼絲繩張拉等施工作業，工期較短、施工成本較低。

（3）復合砂漿、橋梁結構、預應力鋼絲繩以及錨具之間在粘結力作用下，將形成較為穩定的整體性結構，橋梁加固效果較為顯著。

（4）在形成穩定的共同受力加固體系后，可以確保橋梁混凝土結構、預應力鋼絲繩保持變形協調一致，有效發揮所使用補強材料以及加固體系的加固作用，將預應力損失程度控制在較低范圍內。

（5）所設置預應力鋼絲繩外側分布有復合砂漿防護層，環境與人為等因素對預應力鋼絲繩造成的影響系數較低，減少了鋼絲繩腐蝕破損問題。

（6）大幅降低了橋梁混凝土結構的碳化速度，延長了橋梁工程的實際使用壽命。

3.2 預應力碳纖維板加固技術

近年來，各類高強度纖維材料在橋梁工程維修加固領域得到廣泛應用。對碳纖維板進行張拉處理，可以在結構內部產生一定的預應力，確保橋梁結構穩定保持平衡恒載狀態，并加強對橋梁裂縫與撓度擴展程度的控制力度，最終改善橋梁結構的極限承載性能。同時，該技術可以大幅強化橋梁結構的抗腐蝕性，在我國沿海區域的橋梁維修加固工程中得到了廣泛應用。

3.2.1 工藝流程及操作要點

預應力加固技術的工藝流程為：施工人員對梁體基表層進行處理→測量、校正碳纖維板的具體安裝位置→于指定位置安裝錨具，并將張拉器等設備安裝就位→在所配置碳纖維板表面涂刷適量粘結膠→遵循施工順序，依次對各碳纖維板開展張拉操作→向錨具與預應力碳纖維板表面涂刷適量的封閉劑。

在橋梁加固過程中，應注意做好碳纖維板與錨具的選材工作。例如，首先對錨具開展各項性能驗證試驗、優先配置寬厚比較小的碳纖維板，隨后對錨具與碳纖維板的性能質量進行檢測：如果碳纖維板平直度較差，在后續張拉環節極易出現板材受力不均的問題；選擇合理的張拉支架安裝方式；保證兩端錨具保持在相同水平面以內；定期測量、校正兩端錨具中心線。

3.2.2 技術優勢

（1）補強材料具有極為優異的耐疲勞性以及耐腐蝕性，適用于沿海等特殊地區的橋梁工程。

（2）碳纖維板彈性模量較小，預應力損失程度較低。

（3）橋梁混凝土結構將與所設置預應力碳纖維板保持共同受力狀態，可以有效預防橋梁撓度變形等質量問題的出現。

（4）所加固橋梁工程的后期質量病害出現率較低、整體維修成本較為低廉。

（5）工序流程簡單、施工難度低，在短時間內即可完成橋梁維修加固施工。

4 結束語

對于使用時間過長、質量病害頻繁出現的橋梁工程來說，預應力加固技術是一項效率較高且成本低廉的處理方式，可以有效強化橋梁結構的承載性、抗疲勞性等性能質量。因此，施工技術人員應加強對預應力加固施工各個環節的深入研究實踐，全面掌握技術工藝流程及操作要點，結合橋梁工程實際情況科學編制預應力加固技術方案，進一步提高橋梁維修加固工程質量。