混凝土連續橋梁中體外預應力加固技術應用

沈青青

（新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

在施工技術日益成熟和機械設備推廣使用的背景下，現代工程建設中大跨度連續橋梁的數量越來越多[1-2]。這類橋梁大多采用大體積混凝土澆筑而成，由于混凝土自重和車輛荷載等諸多因素的影響，隨著使用年限的增加，在荷載壓力作用下容易發生緩慢彎沉、變形，導致橋梁混凝土構件出現開裂，帶來安全隱患[3-4]。因此，無論是為了預防橋體裂縫的出現，還是控制已經發生彎曲變形的部位繼續惡化，都必須采取加固措施。體外預應力加固是一種國際通用的連續橋梁加固方法，經過多年的實踐和改良，已經形成了較為成熟的技術規范。其原理是確定橋梁上應力集中、荷載過大的部位，在其外側布置預應力筋，從外部施加一個預應力，該預應力產生的反彎矩抵消荷載產生的內力，進而達到提高橋梁極限承載能力、保障橋梁結構安全的目的[5]。在工程實踐中，除了掌握體外預應力加固的流程外，還要根據現場情況采取嚴密的技術管控措施，才能達到預期的加固效果。

1 工程背景

某混凝土連續橋梁總長度1 633 m ，為雙向六車道形式，橋面總寬度17.8 m。橋梁橫截面采用雙向雙室結構，箱梁規格為12.4 m×10.0 m×4.8 m。該工程于2017年建成并投入使用。最近一次常規檢測時，在橋梁第二、三跨之間的梁體出現了若干處縱向裂縫，其中有四處較為嚴重，裂縫最大寬度超過1 cm，最大長度超過了50 cm。這些裂縫的存在已經對橋梁的結構穩定和使用安全帶來了嚴重隱患，必須要盡快處理。

根據現場檢測以及開展的荷載試驗，所得數據表明出現裂縫處的橋梁控制斷面，應力校驗系數在0.8～1.1之間，說明橋梁整體結構較為穩定，但是局部承載力不足；而撓度校驗系數均大于1，說明橋梁剛度已經達不到設計標準。經過分析，傳統加固方法雖然能夠達到預期效果，但是具有操作難度較大，作業成本較高等弊端，采用體外預應力加固是一種更為理想的選擇方案。

2 混凝土連續橋梁中體外預應力加固技術

基于體外預應力加固的技術方案，明顯的優勢在于施工單位可以根據實測結果，包括彎曲變形程度、裂縫長度寬度等，靈活配置方案內容，直到符合加固要求。除此之外，體外預應力加固不僅可以簡化施工難度，而且方便后期進行預應力檢測，在質量驗收和動態監測等方面也提供了一定便利。在明確了選擇體外預應力加固后，根據現場勘查所得數據，編制完整的體外預應力加固施工方案，完成技術交底后開始正式施工。

2.1 箱梁內增設體外預應力設施

結合橋梁施工資料，可知錨固段使用C50混凝土澆筑而成。因此，在體外預應力加固時，同樣選擇C50混凝土齒板。現場調查發現，在錨固段與主箱梁連接的部分，原來的混凝土已經因為荷載、振動等原因出現了裂縫，結構變得十分松散。借助工具將這部分混凝土清理干凈。在錨固段與主箱梁的空隙處植入數根直徑為20 mm的HRB335型鋼筋。在錨固段，鋼筋插入深度不得低于20 cm，保證固定效果。另外，布置直徑為16 mm的無黏結型鋼絞線，數量與鋼筋保持相同，該鋼絞線的最大抗拉強度不低于2 000 MPa。完成布置后，進行單端張拉試驗。在試驗中達到最大張拉力時，保證張拉端鋼束長度不低于60 mm，錨固段鋼束張拉長度不低于20 mm。張拉試驗結束后，裸露鋼筋、鋼絞線均涂抹黃油，避免出現腐蝕。最后，找到預應力鋼束兩端固定位置，在固定點下方約10 cm處，安裝放松脫裝置，避免出現預應力鋼束在受力后脫落的情況。

2.2 錨塊施工

錨塊除了提供支撐、加固作用外，還能夠對混凝土結構中已經出現的裂縫起到遏制作用，避免裂縫在應力作用下繼續發育、擴張。根據錨塊材質不同，分為混凝土錨塊、鋼錨塊，其施工技術也不盡相同。（1）混凝土錨塊。選擇與橋梁原混凝土構件相同的混凝土材料加工制作錨塊。混凝土錨塊安裝前，需要對其原混凝土表面進行打磨和鑿毛處理，一是保證錨塊的各個端面能夠保持平整；二是有利于錨塊固定。對于打磨與鑿毛處理中掉落的灰渣，也要及時進行清掃。選擇鉆機，根據之前標記出的錨固位置進行鉆孔，清理鉆孔內的灰渣，檢查成孔效果。確定孔深、孔徑、孔斜率等均符合要求的情況下，在孔內植入鋼筋，然后澆筑混凝土，待養護結束后拆除模板，完成混凝土錨塊的施工。（2）鋼錨塊。鋼錨塊必須提前預制然后進行現場安裝。在不同橋梁工程中，鋼錨塊按照其功能差異分為兩種，分別是摩擦力鋼模塊和剪力鍵鋼錨塊。前者適用于新建橋梁，后者適用于已經投入運行多年的橋梁。在本次工程中，橋梁建成投運時間較短，因此，在體外預應力加固時選擇摩擦力鋼錨塊。

施工流程及技術要點：（1）根據體外預應力加固方案，確定摩擦力鋼錨塊的基本參數，然后進行提前預制。（2）將預制鋼錨塊按照順序放置到標記好的位置，通過澆筑混凝土的方式進行固定。為了保證加固效果，所用混凝土應符合《公路橋梁加固施工技術規范》（JTGT J23—2008）中的相關規定。（3）進行混凝土養護，使混凝土與鋼模塊牢牢固定。（4）在鋼錨塊和橋梁橫截面支架植入鋼筋，鋼筋一端采用焊接方式與鋼錨塊連接，另一端則穿過橫截面，在另一側使用螺絲進行固定。螺栓設計標準見表1。

表1 螺栓設計標準值

2.3 體外預應力測定

運用體外預應力加固技術處置橋梁荷載裂縫時，在加固施工結束之后要及時開展預應力檢測，根據檢測結果判斷加固效果是否達到預期。以往加固經驗表明，即便是按照標準方法完成了體外預應力加固，也會受到諸多因素的干擾，導致加固效果達不到預期。例如，未做防腐措施、未設置放松脫裝置、或者安裝錨具時忘記加裝夾片等。因此，通過精確測定預應力，若檢測結果表明未達到預期，需要現場技術人員檢查加固施工中哪個環節出現了差錯，從而及時改正，消除質量隱患，保證加固效果。預應力檢測的對象多樣，體外索張拉力是其中影響較大的因素之一。本次工程中檢測索力張拉效果采用的是磁通量定法。原理為鋼索在受到外部壓力作用后，由于內力發生變化，進而導致電流頻率也出現相應的改變。此時利用相應的儀器密切檢測電流、磁通量的變化值，然后利用軟件完成分析，直觀展示跨中部位或者主梁斷面的索力。通過對第二跨和第三跨的跨中下緣、支點上緣進行預應力檢測，得到檢測結果見表2。

表2 主梁斷面預應力檢測結果

由表2可知，第二跨、第三跨體外索張拉力均達到了施工方案中預設的理論值，說明加固效果良好。除此之外，對比跨中、支點的體外預應力檢測結果也可以發現，無論是第二跨還是第三跨，均出現主跨跨中截面壓應力儲備明顯高于主跨支點的情況，說明橋梁荷載主要集中在跨中部位。根據受力分布特點，在體外預應力加固時，著重對兩跨中間位置采取加固措施，使橋梁主體結構保持相對穩定。在檢測預應力變化的過程中，發現第二、三跨之間出現幾處裂縫，沒有繼續加寬、延伸，也沒有新裂縫的出現，說明本次體外預應力加固方案取得良好效果，保障了連續橋梁的結構安全。

3 結語

在大跨度、連續梁投入使用一段時間后，因為混凝土自身重力作用，以及車輛超載等原因，橋梁跨中部位因為荷載較大、應力集中，較大概率會出現變形、裂縫。在日常檢測中，若發現裂縫出現、變形嚴重，應引起重視，并立即采取措施予以處理。體外預應力加固作為一種成熟技術，通過在箱梁內增設體外預應力設施，在應力集中部分加裝混凝土錨塊或鋼錨塊等方式，能夠顯著提升橋梁結構的承載力，對延長橋梁使用壽命和保障其使用安全有積極作用。