體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固施工中的應(yīng)用

摘要 橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其安全性與耐久性至關(guān)重要。然而，由于各種因素的影響，許多橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了損傷和老化現(xiàn)象，需要進行加固維修。該文結(jié)合某橋梁加固工程實際，確定了體外預(yù)應(yīng)力加固布束方案，通過對梁體承載能力、應(yīng)力和撓度的計算分析，得出該方案體外預(yù)應(yīng)力加固效果良好的結(jié)論，最后對施工工藝流程進行了分析與探究。

關(guān)鍵詞 體外預(yù)應(yīng)力；橋梁加固；布束方案；應(yīng)力計算

中圖分類號U4456 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0141-03

0 引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，公路橋梁事業(yè)也步入了發(fā)展的快車道。連續(xù)剛構(gòu)橋是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式，其具有跨越能力強、結(jié)構(gòu)性能好、施工方便等優(yōu)點。隨著服役時間的增加，連續(xù)剛構(gòu)橋會出現(xiàn)各種損傷和病害，需進行加固和維護處理。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)通過在橋梁體外施加預(yù)應(yīng)力，可有效加固橋梁結(jié)構(gòu)，調(diào)整橋梁內(nèi)部應(yīng)力分布，提高橋梁的承載能力和穩(wěn)定性。為此，開展體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固施工中的應(yīng)用研究具有重要意義[1]。

1 工程概況

某大型橋梁工程，全長1 362 m，主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑組合為140 m+240 m+140 m。設(shè)計荷載：汽超-20級，掛車-120級，人群-3.5 kN/m2。主橋箱梁為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，頂板及底板寬分別為22 m、11.5 m，且有1.5%雙向橫坡設(shè)于箱梁頂面。主橋設(shè)橫隔板，共6道，主墩采用雙薄壁墩、群樁基礎(chǔ)。橋梁運營使用多年，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，主橋存在跨中下?lián)稀⑾淞洪_裂、混凝土表觀缺陷等病害，且病害日趨加重。經(jīng)調(diào)查研究分析，施工誤差引起的箱梁恒荷載過大及汽車超載等因素導(dǎo)致箱梁預(yù)應(yīng)強度不足，是箱梁下?lián)系闹饕颉?/p>

2 體外預(yù)應(yīng)力加固布束方案

檢測結(jié)果顯示，主橋邊跨承載能力可滿足規(guī)定，同時，邊跨未見明顯下?lián)希瑸榇耍瑹o需加固邊跨。由于中跨跨中存在過度下?lián)希兄c—中跨L/4區(qū)段內(nèi)的極限承載能力儲備明顯較差，且存在梁體裂縫問題，因此，可采取體外預(yù)應(yīng)力束加固施工。

在連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固施工中，體外預(yù)應(yīng)力束的轉(zhuǎn)向位置極為重要。轉(zhuǎn)向板是體外預(yù)應(yīng)力束轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵，保證轉(zhuǎn)向板位置準(zhǔn)確、合理，可起到優(yōu)化體外預(yù)應(yīng)力束線形的作用[2]。基于此，該文基于連續(xù)剛構(gòu)橋的受力特點，提出了3種布束方案，具體如表1所示。

體外預(yù)應(yīng)力加固的原理在于兩點：其一，體外索抗剪作用；其二，增大主梁壓應(yīng)力儲備，以此達(dá)到減小主拉應(yīng)力的目的，同時還可延緩及控制裂縫發(fā)展[3]。因此，在連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固效果評價分析中，主拉應(yīng)力是一個十分關(guān)鍵的指標(biāo)，根據(jù)上述3個布束方案，可獲取各方案控制截面的最大主拉應(yīng)力，如表2所示。

根據(jù)表2可見，在3個方案當(dāng)中，控制截面的最大主拉應(yīng)力都符合相關(guān)規(guī)定，其中方案3加固效果最好，最終判定方案1為最佳方案。

據(jù)大量實踐證明，改善結(jié)構(gòu)線形、阻止跨中下?lián)习l(fā)展、減小主拉應(yīng)力是連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固的主要特點，為此，在體外預(yù)應(yīng)力加固評價中，橋面標(biāo)高上撓值也是一項關(guān)鍵指標(biāo)[4]。該文基于上述3個加固方案，通過檢測分析，可得出加固后控制截面的橋面標(biāo)高上撓值，如表2所示。由此可見，無論哪一個加固方案，其跨中截面上撓值均大于2 cm，可滿足設(shè)計要求。然而，隨著體外預(yù)應(yīng)力束自由長度的不斷增加，其與梁體的變形協(xié)調(diào)性越差。因此，綜合考慮最終確定選擇方案1進行體外預(yù)應(yīng)力加固。即體外預(yù)應(yīng)力束增設(shè)于中跨處，且錨固于0號塊橫隔板邊跨側(cè)，體外預(yù)應(yīng)力束共12根，利用4個轉(zhuǎn)向板分三批按照9.1 °、7.6 °、5.7 °三個角度下彎。

3 體外預(yù)應(yīng)力加固計算

為驗證體外預(yù)應(yīng)力加固是否合理，需進行計算分析，該文主要從三方面進行計算與評價研究，具體如下：

（1）承載能力方面

加固設(shè)計是為了提高結(jié)構(gòu)的承載能力，從而達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)受力要求，提高結(jié)構(gòu)的安全[5]。為此，需計算連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固前以及加固后的抗彎承載能力，計算結(jié)果如表3所示。

由表3可見，主梁加固后，各個控制截面的抗彎承載能力均有不同程度的提升，其中4L/8中跨的抗彎承載能力提升最多，達(dá)4.9%，整體來講，體外預(yù)應(yīng)力束改善了整個橋梁的受力情況，主梁截面的抗彎拉承載能力可達(dá)到規(guī)定要求。

（2）應(yīng)力方面

在連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固中，如何降低結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力，進而提高壓應(yīng)力儲備很重要。因此，需計算各控制截面的正應(yīng)力和主拉應(yīng)力，表4為加固前后的計算結(jié)果。

根據(jù)上表4可知，主梁結(jié)構(gòu)加固后，壓應(yīng)力儲備有所提升，4/8中跨處提高幅度最大，為2.12 MPa，整體來講，橋梁結(jié)構(gòu)受力情況得到了很好的改善。此外，在主拉應(yīng)力計算分析中，中跨主梁的主拉應(yīng)力呈下降趨勢，下降最為嚴(yán)重的位置為4/8中跨處，下降了1.91 MPa，主拉應(yīng)力的下降，能夠起到延緩及控制主梁開裂的作用。

（2）撓度方面

橋梁加固的另一個重要目標(biāo)是控制結(jié)構(gòu)的撓度。在橋梁的使用過程中，由于負(fù)載和環(huán)境因素的影響，橋梁可能會發(fā)生撓曲變形。過大的撓曲變形可能會影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。因此，在應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)時，需要對橋梁的撓曲變形進行控制；需要在進行橋梁設(shè)計時，對結(jié)構(gòu)的撓度進行詳細(xì)的計算和控制。假設(shè)設(shè)計橋面的標(biāo)高為0，表5為加固前后控制節(jié)點的撓度值，圖1為加固前后的撓度變化圖。

通過上述分析可知，連續(xù)剛構(gòu)橋利用體外預(yù)應(yīng)力束加固施工后，能夠有效控制橋跨中持續(xù)下?lián)希铱筛纳茦蚪Y(jié)構(gòu)線形。

4 施工工藝流程

按照施工要求，規(guī)范施工工藝流程，完成連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固施工作業(yè)，主要施工技術(shù)要點如下：

（1）施工準(zhǔn)備

在開始體外預(yù)應(yīng)力加固連續(xù)剛構(gòu)橋的施工之前，需要進行充分的施工準(zhǔn)備，包括對施工現(xiàn)場的勘察、施工設(shè)備的檢查、施工人員的培訓(xùn)以及施工材料的采購等。除此之外，還要將施工孔開設(shè)到箱梁頂板位置，便于后期材料倒運，可將進人孔分別開設(shè)到左右幅箱梁。沿橋長方向，通過50 m皮尺測量放樣縱向布設(shè)的新增齒板、轉(zhuǎn)向塊、加勁肋板。橫向測量時，采用5 m卷尺，測量順序為“中心線—兩側(cè)”。

（2）鉆孔施工

在體外預(yù)應(yīng)力加固連續(xù)剛構(gòu)橋的施工中，需要在橫隔板上鉆孔以安裝預(yù)應(yīng)力筋。在鉆孔過程中，需要確保孔位的準(zhǔn)確性和孔徑的大小符合設(shè)計要求。體外束屬于通長束，全橋橫隔板共設(shè)6道。鉆孔時，要避過預(yù)應(yīng)力，嚴(yán)禁孔口開設(shè)于預(yù)應(yīng)力束通過位置。隨后將新增齒板、轉(zhuǎn)向塊、加勁肋板范圍之內(nèi)的頂板、底板肌膚板混凝土保護層鑿除，清理干凈混凝土塊鑿除后存留的碎屑，將新混凝土表面裸露出來，隨后對露出的鋼筋通過鋼刷進行除銹處理，并通過高壓水進行清洗。按照加固設(shè)計施工圖相關(guān)要求，通過電錘鉆在新增齒板處打盲孔，深度控制在20 cm以上，φ22 mm，孔內(nèi)浮渣可利用壓縮空氣進行清理。種植鋼筋孔深度則保證符合規(guī)定，通常為10 d（d為鋼筋直徑），相比鋼筋直徑，孔徑要適當(dāng)大一些，可大4～6 mm左右。

（3）齒板鋼筋施工

1）齒板鋼筋種植。植錨筋采用種植錨固件膠黏劑處理，向注射器內(nèi)裝入攪拌均勻的膠黏劑，由盲孔底部開始注孔施工。錨筋上的雜質(zhì)清除后，向盲孔底部緩緩插入齒板錨固鋼筋，保證在盲孔內(nèi)，錨固鋼筋的長度在20 cm以上，且按照上述方式植入其余錨筋。

2）齒板鋼筋焊接。待膠黏劑固化之后，可進行鋼筋綁扎及焊接處理，由此構(gòu)成鋼筋骨架。

3）新增齒板澆筑。形成骨架后，根據(jù)齒板、轉(zhuǎn)向塊、肋板的形狀立模，保證錨具和預(yù)埋鋼管位置的準(zhǔn)確，隨后進行混凝土澆筑。在此施工環(huán)節(jié)，要保證混凝土配合比合理，加大振搗力度，保證混凝土密實度符合施工要求，防止出現(xiàn)孔洞、麻面等現(xiàn)象。

4）養(yǎng)護施工。新增構(gòu)造澆筑完成后，需加大養(yǎng)護力度，待其強度滿足規(guī)定（gt;85%），才能進行張拉施工。

（4）體外束安裝

該工程當(dāng)中，采用環(huán)氧涂層鋼絞線為體外束。進入施工現(xiàn)場后，應(yīng)檢驗體外束的質(zhì)量，包括其包裝是否破損，規(guī)格是否正確等，同時，還應(yīng)對其力學(xué)性能等進行抽樣檢驗。按照設(shè)計要求選擇體外束鋼絞線錨具，該工程以專用低回縮量錨具為準(zhǔn)，要求在1 mm以下控制錨具回縮量。安裝鋼絞線時，需采取相應(yīng)措施加大表面環(huán)氧涂層的保護。比如，將橡膠墊設(shè)于箱梁內(nèi)，避免鋼筋線和混凝土直接接觸產(chǎn)生過度摩擦，損壞環(huán)氧涂層。

（5）體外束張拉

根據(jù)設(shè)計要求，每一根體外束鋼絞線張拉可分四級完成，具體如表6所示。每級別張拉時，要進行2 min穩(wěn)壓，校驗伸長值符合規(guī)定后，方可進行下一級別的張拉施工。在張拉時，需采取張拉應(yīng)力控制，并及時檢驗伸長值，保證在±6%以內(nèi)控制實際和理論伸長值的誤差。完成張拉作業(yè)后，需進行全密封保護罩的安裝，并將油脂灌注到防護罩內(nèi)，保證施工效果。

5 結(jié)束語

綜上所述，傳統(tǒng)的橋梁加固方法存在著一定的局限性，而體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為一種新型的加固技術(shù)，通過在橋梁結(jié)構(gòu)外部施加預(yù)應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度，減小裂縫和變形，延長橋梁使用壽命，因此，該技術(shù)在橋梁加固工程中具有重要的應(yīng)用價值。

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收稿日期：2024-02-26

作者簡介：趙盼（1989—），女，本科，研究方向：道路橋梁。