橋梁工程體外預應力施工技術分析

王學智 宋照宇

（西峽縣農村公路管理所，河南 南陽 474550）

改革開放40多年來，我國經濟迅速騰飛，路橋事業得到了長足發展，并取得了令人矚目的成績，是見證中國速度的一抹重彩。然而，在路橋工程建設數量不斷增加的同時，大量早期修筑的橋梁工程因運營使用時間長，出現了大量病害。據不完全統計，我國現有路橋工程超過30%使用年限已達到30年，存在安全隱患的三、四類橋梁所占比例高達40%，危橋數量超過幾十萬座。若全部拆除重建是不切合實際的。因此，解決此類問題關鍵在于加固與維修改造。常見橋梁加固方法包括體外預應力法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維片材加固法等。本文以體外預應力加固技術為研究對象，將其用于橋梁結構加固，可以改善混凝土的應力狀態，提升橋梁承載力，達到抗裂理想效果。

1 體外預應力法加固原理

于大量在役病害橋梁而言，體外預應力法加固，可有效提升原有結構承載力，改善結構抗裂性能，增強其耐久性，以此實現緩解或解決病害的效果。相比其他加固方法，體外預應力加固法屬于一個整體系統，而非單一構造，其包括錨固裝置、轉向裝置、減震裝置、體外鋼束、孔道管及漿體等。當前體外預應力加固橋梁主要分為有黏結余無黏結兩種體系，具體如下：其一，有黏結體外預應力體系是指先張拉穿入孔道內的預應力筋，隨后把漿體注入孔道內部；其二，無黏結體外預應力體系是指按照平行的方法先把一定量的單根無黏結體外預應力束向孔道內穿入，隨后將漿體注入，在漿體作用下進行所有預應力筋定位，完成上述作業后，即可進行張拉施工。

2 工程概況

某橋梁工程為三跨連續剛構體系，共468m，具體跨徑為124m+220m+124m。本橋主梁為單箱單室箱形截面，澆筑C55混凝土，箱梁頂板、底板總寬度分別為12m、6.5m。橋面寬度為12.5m，具體布置情況如下：人行道1.25m+行車道10.00m+人行道1.25m，本橋為雙向兩車道，荷載等級屬于公路-I級，2.5KN/㎡為人群荷載集度。橋梁自建成通車后，因交通量增大，長期超載超重影響，逐步出現橋梁整體剛度不足，橋面線形不平順，且部分位置裂縫過多等現象，這些病害的存在，將對橋梁結構整體性、耐久性等造成嚴重影響，為此，需做加固處理。經實地勘察分析，橋梁病害主要包括以下幾點：

1）主梁開裂情況。（1）箱外底板裂縫。縱橋向開裂為主橋箱梁外底板裂縫的主要表現形式，縱橋向裂縫共檢查出86條，54.65m為裂縫的總長度，0.35mm為裂縫寬度最大值，橫向裂縫共2條。按照相關規范規定，0.20mm為縱向裂縫允許寬度，0.35mm＞0.20mm，則說明箱外底板裂縫部分寬度均在允許范圍以外，且大于允許值。（2）箱外腹板、翼緣板裂縫。經檢查可見，此部位豎向開裂共2處，縱向裂縫共1處。3m為裂縫總長度，0.25mm為裂縫最大寬度。（3）箱內底板裂縫。經檢查，共有3條縱向裂縫，8.5m為裂縫總長度，0.40mm為裂縫最大值。（4）箱內腹板、翼緣板裂縫。經檢查，共有7條縱向裂縫，8.1m為裂縫總長度，0.25mm為裂縫最大寬度。（5）箱內齒板裂縫。共檢查出180處裂縫，56.77m為開裂總長度，1.00mm為最大寬度。因本部位屬于局部受壓區，具有極為復雜的應力情況，導致該區域出現裂縫的直接原因在于設計時考慮局部配筋不足或張拉預應力時混凝土強度較低等。2）跨中下撓。根據檢測可見，大橋中跨跨中部位，即179.0～2.89m范圍內，有不同程度下撓現象，其中中跨跨中合攏段為最大下撓處，同時，相比原設計值，最小實測高程少了13.2cm；且相比原設計線形，兩邊跨橋面實測線形有高有低，兩邊跨距兩端30m位置為最大負偏差處，與原設計值相比，此位置橋面實測高程略低，基本低出-0.2～-10.4cm。根據檢測分析，大橋其他區域橋面高程均在原設計值以上。跨中下撓的直接原因在于2點，第一，因主梁混凝土收縮徐變產生；第二，于結構內力而言，頂板懸臂施工束與地板預應力束損失對其影響較大，因此出現下撓。

3 橋梁工程體外預應力施工技術要點

1）加固方案。通過分析橋梁病害，為改善主梁應力情況，增強橋梁承載力，必須做好橋梁加固處理工作。經分析決定選用增設縱向體外預應力鋼束的加固方案，通過這種加固方式，可提升加固箱梁承載力極限狀態，促使加固箱梁跨中上移，且對橋梁下撓起到抑制作用。2）體外預應力加固。根據橋梁具體情況，可將通長的體外預應力鋼束設置到較高主拉應力值的中跨與邊跨部位，確保開裂梁段一定剪力能夠向根部梁段傳遞。其中選取25-φs15.2鋼絞線對中跨加固，需布設12束；同時選用17-φs15.2鋼絞線對邊跨加固，需布設8束，1860MPa為標準抗拉強度值。根規定，以1116MPa為體外預應力張拉應力值，60%為鋼絞線設計強度。因體外預應力加設量大，因此，布設方式可選用沿箱梁內部頂底板分散法。通過可調可換式錨具進行體外預應力施工，以此為橋梁后期維修提供便利。在錨固體外預應力束時，可通過邊跨端部橫隔板與墩頂位置橫隔板施工。在錨固邊跨橋臺位置橫隔板時，為方便放置錨具與張拉施工，需去除局部橋臺背墻。因箱內空間不足，可選取混凝土橫隔板作為轉向裝置。3）中跨跨中箱梁底板抗彎加固。為對底板裂縫進行封閉，可將鋼板粘貼到中跨跨中箱梁底板底面或邊跨、次邊跨箱梁底板底面，從而保證截面抗彎承載力有效提升。

4 橋梁工程體外預應力加固效果分析

1）通過計算，在承載力能力極限狀態下，橋梁體外預應力加固，可有效提高橋梁正截面抗彎與斜截面抗剪能力。將檢測可知，加固后，主梁抗彎承載能力驗算與規范要求相符，1.14為其最小安全系數，位于墩頂部位，相比加固前安全系數1.10，提升了0.04。主梁抗剪承載力驗算中，1.01為最小安全系數，位于中跨1L/8、7L/8部位，相比加固前0.95，提升了0.06.由此表面，在承載能力極限狀態下，加固后此橋梁安全性能良好。2）在正常使用極限狀態，經檢測，加固后橋梁箱梁截面上下緣主拉應力都有所下降。梁內安設的體外預應力筋的彎起部分，可產生豎向分力，從而降低剪力及混凝土主拉應力。開裂部位主拉應力的降低，將有效抑制已有裂縫。3）針對連續剛構橋跨中下撓情況，經加固施工后，可整體提升橋梁剛度。經計算，在汽車荷載作用下，可減小大橋中跨跨中下撓情況，原有下撓值為69.90mm，加固后57.31mm，降低了12.59mm，邊跨撓度也隨之下降。

5 結束語

綜上所述，伴隨我國交通運輸事業的快速發展，預應力混凝土連續剛構橋得到了廣泛應用。此類橋梁具有伸縮縫少、受力能力強等特點。然而，隨著剛構橋使用時間的不斷增加，橋梁病害愈加突顯。其根本原因在于交通量的不斷增加，大幅增加了行車荷載，加之自然因素、橋梁設計及施工方面的問題，嚴重降低了橋梁承載能力，影響了橋梁的使用安全性。為更好地提升橋梁質量，確保行車安全，必須做好橋梁加固施工。體外預應力法作為一種主動加固法，可對梁體外預應力束施加預應力，從而構建一個完整的加固體系，增加加固效果。