體外預應力技術在50 m T梁加固工程中的應用

胡 鷹，盧孟陽

(1.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040；2.海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室，武漢 430040)

開封黃河公路大橋位于開封市東北30公里處的黃河干流上，是S213上一座跨越黃河的特大型橋梁，大橋于1988年2月開工建設，于1989年12月建成并通車。該橋由北引道、主橋、南引道三部分組成，北引道全長195 m，主橋全長4 475 m，南引道全長852 m，總長5 522 m。

主橋上部結構為20 m、50 m預應力混凝土簡支T梁，橋面連續，橋孔布置由北向南為：1×(10×20 m)+1×(11×20 m)+12×(5×50 m)+1×(9×50 m)+1×(8×50 m)+1×(10×20 m)，共108孔。其中50 m T梁梁高2.6 m，腹板厚18 cm，馬蹄底寬50 cm，每跨共7片梁，梁間距2.5 m，縱向設6道中橫隔板和2道端橫隔板，梁間采用鋼板連接。

開封黃河公路大橋修建的年代較早，同時車流量較大、特別是重載車較多，50 mT梁腹板普遍存在開裂現象，以斜向裂縫和豎向裂縫為主，對預應力混凝土橋梁來說，此種裂縫為嚴重的受力裂縫[1]。為保證橋梁安全運營，需要對50 mT梁進行加固。

1 加固方案

針對S213線開封黃河公路大橋50 mT梁，隨機選取該橋三跨T梁作為試驗對象進行檢測。結合試驗過程中的裂縫觀測情況，檢測結果表明大橋50 m T梁橋各試驗跨原設計狀態下橋梁承載能力能夠滿足設計荷載等級要求，而橋梁現狀的承載能力不能滿足設計荷載等級要求。

通過權衡各加固方案，最終選擇采用體外預應力法對50 m T梁實施加固，以提高梁體的抗彎和抗剪承載能力，改善梁體的應力狀態，使梁體承載能力滿足規范要求，并具有適當的安全儲備。

體外預應力索布置于50 m T梁的腹板上，腹板兩側各布置1束體外預應力索。體外預應力索的線型位置如圖1所示。

體外預應力索的轉向塊和錨固塊均采用鋼結構，利用錨栓和注膠粘貼技術錨固在T梁腹板上。體外預應力索材料為鋼絞線，是采用環氧涂覆無粘結鋼絞線成品索，每束規格為6-φs15.2 mm，標準強度fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，錨下控制張拉應力σcon=0.50fpk=930 MPa。

2 加固工藝

針對開封黃河大橋50 m T梁體外預應力加固，總體施工流程為：首先搭設梁底吊架作為施工平臺，再進行錨固塊、轉向塊的制作與安裝，然后穿成品鋼絞線預應力索及張拉。張拉前完成T梁裂縫等缺陷的修復工作，先單根預張拉后同步分級張拉，然后完成減震器安裝，以及錨頭防護罩安裝并填充非硫化密封膠。

2.1 錨固塊、轉向塊制作

錨固塊和轉向塊由專門的鋼結構加工廠家進行分塊制作，運輸至現場后焊接拼接，并且按相關規定進行焊縫檢測，確保焊接質量合格。

2.2 錨固塊、轉向塊安裝

1)定位放線

按照設計圖紙要求，在T梁上定位放線出錨固塊和轉向塊安裝位置，以及體外預應力索的線型位置。

2)混凝土表面處理

采用角向磨光機對混凝土表面進行打磨處理，除去錨固塊和轉向塊安裝位置表面松散的浮渣，直至露出混凝土新面，并進行清潔和干燥處理。

轉向塊的安裝位置還要進行鑿毛處理：利用鑿子或風鎬等將需要灌注C50混凝土界面的T梁腹板及馬蹄形倒角處的老混凝土表面層鑿去，并形成毛面，鑿毛深度以老混凝土表面有1/3～1/2石子裸露為準。

3)鋼筋探位及鉆孔：用地質雷達對T梁腹板鉆孔范圍內預應力筋及鋼筋進行現場探測并做出標記?？孜粦_保嚴禁損傷預應力筋，箍筋損傷率在30%以下?？孜煌瓿珊罄盟@進行鉆孔，鉆孔孔徑25 mm。

4)清孔

逐個清孔，先吹入潔凈氣體，再用硬毛刷往返旋轉清刷3次，最后再將噴嘴伸入孔內吹氣，確保孔內干凈、無灰塵。

5)注膠植筋

采用專用注膠器進行植筋膠灌注，灌注量控制在孔深的2/3，植入鋼筋后有少許植筋膠溢出[2]。植筋膠完全固化前，不得觸動或振動已植入的鋼筋，以免影響其黏結性能[3]。

6)加強鋼板安裝

在錨固塊加強板兩端T梁翼緣板處安裝膨脹螺栓作為提吊受力點，利用1 t手拉葫蘆將加強鋼板從地面起吊至待安裝位置附近，并套接在植筋后螺桿上。加強鋼板與混凝土接觸面每間隔20 cm塞墊3 mm墊片，提前預留出壓力注膠的空間。

7)后裝結構整體安裝

后裝結構部分提前整體焊接成整體，端頭空間有限，利用安裝加強板的手拉葫蘆將放置在地面端的后裝結構起吊至待安裝位置附近，并插入對應植筋孔中，初步定位。后裝結構起吊至待安裝位置附近，并插入對應植筋孔中，初步定位?；摪迮c加強鋼板接觸面每間隔20 cm塞墊3 mm墊片，提前預留出壓力注膠的空間。焊接時，在3 mm墊片處不焊接，作為后期壓力注膠粘貼鋼板的注膠孔和排氣孔。

8)壓力注膠

嚴格按照灌注粘鋼法的施工工藝和要求進行壓力注膠，注意檢查有無脫空和漏膠等現象，確保黏結質量。

9)C50混凝土施工

對于轉向塊的安裝，還需要對轉向塊的側板和T梁腹板的間隙澆灌C50混凝土?？蓮纳戏焦嗳隒50混凝土，橫橋向利用轉向塊的側板作為模板，順橋向兩側設置木模板。

2.3 穿預應力索，安裝錨具和夾片

穿預應力索前，先完成斜拉索的進場檢驗及橫隔板鉆孔施工，再根據孔位從T梁的第3與第4個橫隔板中間穿入。穿索前，沿著預應力索設置臨時拖輪支撐，使索體沿著拖輪穿入，同時在橫隔板開孔處利用土工布或橡膠板進行臨時防護，嚴禁索體護套在地板上拖動，同時注意其他位置索體的防護。體外索穿孔工作示意如圖2所示。

預應力束安裝完成后，依次安裝兩端端頭的錨具、夾片等結構。安裝過程中做好防護，保障夾片的完好性，避免磕碰損傷錨具的防腐鍍層。

2.4 張拉及錨固

1)單根預張拉：利用小型穿心式千斤頂在梁端同步進行預緊，預緊力暫定控制在設計張拉力的15%。

2)同步分級張拉：體外索應采用一端整體同步分級張拉，張拉力分為50%、80%、100%三級。張拉過程中對錨固塊、轉向架及其周邊的混凝土應力進行觀測，以防止出現混凝土開裂現象。

3)同步性控制：張拉時，由現場技術負責人統一指揮，每級張拉之后安排專人對梁體外觀、梁端支座位移情況等進行觀測；預應力同步智能張拉設備系統進行整跨張拉的同步性控制；每級同步加載完成后，持荷5 min，進行應力與伸長量的檢查。實際伸長量與理論伸長相比較誤差不超過±6%[4]。

4)錨固：張拉力值經測量達到預定的力值后，張拉千斤頂持荷5 min，使工具夾片主動受力錨固住預應力束，有效減少預應力損失[5]。

2.5 后續施工

1)減震器安裝 安裝前對T梁及體外索的位置進行實測復核，確定鉆孔植筋的位置。然后參考產品的安裝說明依次安裝減震器內側哈弗結構、外側哈弗結構，最后將螺栓緊固，完成減震器的安裝。

2)安裝錨頭防護罩并填充非硫化密封膠 施工結束后，在密封筒內填充非硫化型密封膠，并在保護罩內涂抹非硫化型密封膠，最后安裝端頭錨頭防護罩。

3 加固效果

開封黃河公路大橋體外預應力加固施工完成后，再次針對試驗跨進行了荷載試驗以驗證加固實施后的效果。試驗結果表明：靜載試驗的剛度、強度、抗裂性等指標及動載試驗的振動特性均滿足規范要求，結構基本處于彈性工作狀態，加固后的實際承載能力能夠滿足設計荷載的正常使用要求，采用體外預應力技術加固的效果良好。