公路橋梁工程中預應力混凝土橋梁的檢測與加固

王博

甘肅省公航旅建設集團 甘肅 蘭州 730030

引言

預應力混凝土結構在公路橋梁工程中具有較長的使用壽命和優異的結構性能，然而在當今大貨車普遍超載、個別施工質量不符合標準的情況下，預應力混凝土橋梁依然會出現開裂等問題。為了避免因橋梁結構損傷造成較大的交通隱患，相關單位需要積極研究預應力混凝土橋梁的檢測方法，在強化檢測力度、精準定位缺陷部位的同時，也需要針對性地開展加固處理工作，將各種技術方法應用于公路橋梁維護工作中，避免造成不必要的事故。

1 公路橋梁工程中預應力混凝土橋梁檢測技術分析

1.1 鋼筋應力釋放技術

鋼筋應力釋放技術的原理為依靠加載的方式改變橋梁結構應力，同步完成鋼筋切割工作，將應力釋放，此時所釋放的應力即為自重、加載共同作用下形成的應力數值，依靠截面平衡原理與檢測到的應力釋放數值實現鋼束或結構預應力數值的分析，進而完成對預應力混凝土橋梁狀態的評價[1]。該技術適用于在役橋梁普通鋼筋檢測工作，應用時需注意在結構受力部位的檢測，鋼筋應力釋放測點需為靠近混凝土保護層的主要受力鋼筋，測試期間需盡可能降低損傷范圍；常用的測試儀器主要為靜態測試儀（TDS602）、鋼筋應變片、混凝土剝除裝置、砂輪切割機、導線；測試期間需做好切割力度、速度、距離以及鋼筋溫度的控制工作，同時也需要做好檢測儀鋼筋應變片精度的檢測與控制。

1.2 靜力測試技術

靜力測試技術主要根據力的平衡進行檢測分析，實際操作時需要借助應力檢測設備對張拉錨固預應力后的測試長度、提升距離、橫向作用力等進行測量，預應力混凝土橋梁鋼絞線的預應力數值即為0.25*橫向作用力*測試長度/提升距離，測試原理如圖1所示[2]。該檢測技術適用于在役混凝土橋梁預應力筋檢測工作，測試期間需要注意減小損傷范圍，盡可能在結構受力的控制部位檢測；常用的檢測儀器主要為應力測試儀（LCZL-50）以及混凝土剝除等各類輔助儀器；測試期間需要注意做好夾持部位的穩固處理工作，增強圖1所示各類參數的檢測精度。

圖1 靜力測試技術原理圖

1.3 超聲回彈綜合檢測技術

超聲回彈綜合檢測技術是現階段常用的無損混凝土檢測技術，能夠在混凝土橋梁構件表面完成內部混凝土強度等相關的檢測工作。在實際應用時，該技術手段能夠綜合檢測混凝土橋梁結構的彈性和塑性，對其內部結構與表層狀態進行同步檢測，該技術實現了回彈值與超聲值的融合應用，降低了其他因素的干擾性。檢測期間，工作人員需要至少將10個測區布置于需檢測的混凝土構件，對于2m以下的構件可以適當縮減至3個測區，測區尺寸為200mm的正方形，相鄰測區的間距應在2m以內，同時需要避免在預埋件或鋼筋密集區域布置測區測試的順序為先回彈后超聲[3]。此外，超聲法還適用于檢測混凝土結構裂縫等異常情況，主要有單面平測、鉆孔對測、雙面斜測等應用方法。

1.4 工程案例中的預應力混凝土橋梁檢測

1.4.1 橋梁概況。某公路橋梁工程一段為30m箱梁預制結構，箱梁底板寬度、頂板寬度、梁高分別為1.1m、2.41m和1.61m，斷面為單室單箱，預應力鋼束應用的鋼絞線具有較低的松弛度與較高的強度（1865Mpa），鋼絞線單根直徑為15.2mm。

1.4.2 檢測方法及儀器。檢測之前需做好測試槽口預留工作，將重點部位的波紋管剝離，將需檢測的鋼絞線露出，通過張力測試儀對橫張位移增量情況進行測定，實現對預應力數值的計算。橫張位移增量檢測技術主要根據鋼絞線橫向位移與橫向張力確定有效應力，與1.2所述的靜力測試技術一致，需應用儀器包括數顯儀、張力測試儀等。

1.4.3 測點選取。測試目標為N4底板鋼束，各鋼絞線直徑均為15.2mm，將壓力傳感器裝設于鋼束錨下方。測試預留槽口的尺寸為20cm×100cm，需將預應力鋼束波紋管裸露出來，避免對鋼絞線的鎖定造成干擾。

1.4.4 關鍵工序。施工人員需要在橋梁主梁鋼筋綁扎期間做好測試槽口的預留工作，槽口可以依靠木模板后澆筑工藝成形，在測試期間通常選擇截斷槽口中的定位以及構造鋼筋，檢測完畢后再補強處理并封閉槽口，但實際操作時發現無須切割所有的普通鋼筋，僅需要切出一個倒U形完成開槽工作（1.4.4所述20cm×100cm槽口改為2個30cm×40cm槽口），并做好槽口封閉處理工作，以避免測試區流入混凝土等導致槽口封堵，在預應力測試期間，再結合檢測需求切割相關鋼筋并在測試完成時快速進行焊接處理工作，現場測試孔預留情況詳見圖2。

圖2 預留測試孔

測試期間，測試人員需將張力測試儀對準槽口架設，將待檢測鋼絞線與抓拔器連接牢固，避免張力測試儀出現晃動等影響檢測精度的問題。由于張力測試儀為鋼材制作，建議在制造過程中選擇具有相同強度性能的輕質鋁合金材料替換鋼材，并將V形架支點間距變更為更短的600mm，使其更加輕便；同時也可以改進橫張力加力部件，采用液壓動力并將數顯儀改進為同步顯示橫向位移與張力的狀態，減少測量讀數誤差。

2 公路橋梁工程中預應力混凝土橋梁加固技術

2.1 混凝土裂縫處理

針對預應力混凝土橋梁存在的結構裂縫問題，加固處理人員通常需要采取修復措施避免鋼筋裸露在空氣中出現腐蝕情況，具體可以應用灌漿法修復，將出現裂縫的混凝土結構利用黏接劑重新修復為整體，不同裂縫寬度、尺寸需要應用的處理方法詳見表1。

表1 常用裂縫修補方法

2.2 被動加固技術

2.2.1 增加橋梁構件截面尺寸。工程單位可以對存在缺陷的橋梁構件進行截面尺寸優化提升的方式進行加固處理，截面尺寸提升的同時做好受力鋼筋的布設工作，確保新結構整體受力穩定，完成橋梁構件承載力、剛度等性能參數的優化提升[4]。在實際應用時，工程單位通常可以針對梁肋下緣進行高度和寬度等尺寸的擴增，也可以針對橋梁面板進行厚度的提升。由于截面尺寸的提升會導致橋梁的恒載彎矩以及自身重量大幅度提升，應盡可能將該加固技術應用于π形梁、T形梁（跨徑?。┑葮蛄航Y構。

2.2.2 粘貼纖維復合材料。工程單位可以應用黏性較高的結構膠將具有較高強度的纖維復合材料與橋梁較為薄弱的結構區域粘連，兩者以整體結構的形式承受自重和載荷，避免因承載能力不足出現較多結構裂縫。這種加固處理方法所應用的材料具有無形狀限制、質輕、防水效果強、強度高等性能優勢，適用于加固橋梁結構的抗剪與抗彎能力，多用于梁板區域，也可以對配筋較少的混凝土結構性能進行有效改善。

2.2.3 增設鋼板。工程單位可以針對抗剪性能不佳或受拉嚴重的橋梁結構部位增設鋼板加固處理，利用鋼板增強原有結構的剛度，改善受力情況的同時避免產生更多結構裂縫。鋼板加固具有施工效率高、成本低、堅固耐用、簡潔靈活等性能優勢，適用于加固橋梁結構的抗剪、抗壓與抗彎能力，也可以對配筋較少的混凝土結構性能進行有效改善，還能夠改善混凝土橋梁構件的剛度[5]。

2.3 主動加固法技術

2.3.1 增加預應力。工程單位可以在橋梁構件抗剪性能較差、受拉嚴重的區域新增預應力材料，借助預加力構件能夠抵消外部載荷形成內力的抵消處理，改善橋梁的應力狀況，避免出現承載能力無法滿足運行需求的情況。在實際應用時，工程單位可以將預應力束設置于箱內或橋梁外部；也可以將強度較高的纖維復合材料粘貼或錨固在箱內或橋梁外部，利用材料的高強特性對應變滯后問題進行緩解乃至消除；還可以在橋梁增固定高強度小直徑鋼筋或鋼絞線（2-3股），在張拉鋼筋/鋼絞線的同時在表面噴注砂漿黏結橋梁與預應力筋，實現對橋梁的加固處理。

2.3.2 改變結構體系。工程單位可以通過優化橋梁結構的方式將其原有的受力情況概述，實現橋梁承載力的強化處理，常用的結構改善方式主要有增設斜撐、簡支轉連續、增設大邊梁等技術措施。其中，增設斜撐這種結構改善方式在實施過程中，工程單位需要將斜撐增設于墩臺部位，通過托起橋梁的方式形成撐架結構體系，利用兩個新增的彈性支撐降低橋梁跨徑和內部應力；簡支轉連續在應用過程中，工程單位需要在支點部位將臨跨的梁板連接，利用多跨連續體系替代原有的多跨簡支體系，這種結構改進方式能夠將彎矩縮小為原有的1/3，適用于建成時間不久且受損較輕的橋梁加固處理，改造成本相對較低；增設大邊梁法適用于具有較強安全性能和承載力的墩臺地基改造工作，工程單位可以增設具有較強承載力和剛度的主梁形成新的受力結構，借助橫向聯系將新舊主梁的受力統一，實現加固處理目標。

3 結束語

綜上所述，預應力混凝土橋梁的結構穩定性關系到公路交通的安全可靠性，工程單位需要合理應用應力釋放、靜力測試、超聲回彈檢測相關技術手段對橋梁結構的應力、混凝土強度等相關情況進行檢測分析，及時采取裂縫修復、預應力加固、結構優化等方式解決橋梁存在的缺陷問題，確保公路橋梁的平穩可靠運行。