道路橋梁項目中體外預應(yīng)力加固工藝的實踐探索

蘭東東

摘要 當前，我國的道路交通體系越發(fā)完善，橋梁工程的數(shù)量持續(xù)增長，對于橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。在這種情況下，做好老舊橋梁的加固處理十分重要。文章結(jié)合具體的工程案例，分析了體外預應(yīng)力技術(shù)的特點，對加固方案設(shè)計以及加固工藝、注意事項進行了討論。

關(guān)鍵詞 道路橋梁;體外預應(yīng)力加固;應(yīng)用實踐

中圖分類號 U445.72 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0153-03

0 引言

道路橋梁在實際運行中，因為運行環(huán)境、承受荷載等因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的問題，導致橋梁主體耐久性和承載能力下降。體外預應(yīng)力加固技術(shù)能夠?qū)蛄旱慕Y(jié)構(gòu)性能進行改善，提高橋梁主體的承載力、耐久性和抗裂性，對構(gòu)件內(nèi)部的壓力進行釋放，以此來實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的調(diào)整。

1 工程概況

某道路橋梁全長1.6 km，采用雙向六車道設(shè)計，橋面總體寬度為18.8 m，在對橋梁的橫截面結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，選擇了箱梁結(jié)構(gòu)，采用的是雙室體系，箱梁規(guī)格控制在（11.8×10.3×4.5）m，工程于2017年4月完工，并于當年6月投入使用。從保障橋梁運行安全的角度，在橋梁結(jié)構(gòu)運行中，安排專人定期對橋梁進行維護和檢查，2021年初，在檢查中發(fā)現(xiàn)橋梁部分區(qū)域出現(xiàn)了開裂問題，裂縫的最大長度和寬度分別為40 cm和1.5 cm，對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性威脅巨大，需要做好相應(yīng)的處理工作。

2 體外預應(yīng)力技術(shù)特點

在既有橋梁工程主體中，合理的應(yīng)用體外預應(yīng)力加固技術(shù)，能夠消除橋面不均衡問題，減少橋梁裂縫的出現(xiàn)，對橋梁的性能結(jié)構(gòu)進行改善（見圖1）。體外預應(yīng)力加固技術(shù)具備幾個顯著特點。

一是施工影響小。相比較常規(guī)的橋梁加固技術(shù)，在應(yīng)用體外預應(yīng)力加固技術(shù)來對橋梁結(jié)構(gòu)進行加固的過程中，只需要對交通進行短暫限制，不需要長期阻斷交通，而且在加固施工作業(yè)環(huán)節(jié)，不會對橋梁梁體造成損傷，也不會影響路面標高和橋下凈室;二是加固效果好[1]。體外預應(yīng)力加固技術(shù)的合理使用，能夠有效地減少人力及設(shè)備成本，加固效果十分顯著，可以通過較小的重量施加，實現(xiàn)對于橋梁結(jié)構(gòu)的靈活調(diào)整。而在借助體外預應(yīng)力加固技術(shù)進行加固處理后，橋梁的結(jié)構(gòu)剛度能夠得到顯著提升，降低了裂縫等病害發(fā)生的概率，也可以顯著提升橋梁的承載能力;三是后期維護方便。道路橋梁工程維護中，體外預應(yīng)力加固技術(shù)有著較為明顯的優(yōu)勢，維護人員只需要通過更換應(yīng)力筋的方式來對橋梁進行維護，而且維護期間通過定期巡查的方式，可以準確把握應(yīng)力筋的實際情況，及時更換出現(xiàn)問題的鋼筋或者其他構(gòu)件;四是施工簡單。構(gòu)件內(nèi)部不需要對預應(yīng)力筋進行設(shè)置，體外預應(yīng)力筋的預應(yīng)力對于混凝土有著明確的外部作用，不會受到預應(yīng)力混凝土標準的束縛，不管是設(shè)計、計算還是施工都可以依照普通混凝土構(gòu)件的要求進行，縮小截面尺寸的同時，保證了混凝土部分的施工質(zhì)量。

3 加固方案及設(shè)計

結(jié)合施工現(xiàn)場勘察、荷載試驗等措施，確定了裂縫所處位置橋梁斷面的應(yīng)力校驗系數(shù)，該系數(shù)在相關(guān)規(guī)范允許值的范圍內(nèi)，也表明橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定可靠，承載能力薄弱的現(xiàn)象只發(fā)生在局部區(qū)域[2]，不過裂縫區(qū)域結(jié)構(gòu)的剛度無法很好地滿足設(shè)計標準的要求。經(jīng)技術(shù)人員研究，采用常規(guī)的加固技術(shù)可以達到預期加固目標，但是作業(yè)的難度較大，而且需要投入大量的資金，還會引發(fā)長時間的交通阻斷問題。對此，在經(jīng)過技術(shù)人員和專家的研究討論后，最終決定采用體外預應(yīng)力加固技術(shù)。

4 體外預應(yīng)力加固工藝分析

4.1 放樣定位

一是應(yīng)該將滑塊墊板和錨固支座的實際位置作為參考基準，做好相應(yīng)的放樣和定位工作。從實踐的角度分析，墊塊在橋梁加護作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，工作人員在加固前的測量環(huán)節(jié)，需要從錨固中心投影點開始向跨中方向測量，將測量得到的結(jié)果標注在梁體兩側(cè)，于梁底面繪制墊塊圖案，做好螺栓孔洞標記[3];二是應(yīng)該依照確定好的上錨固點來實施定位作業(yè)，合理分析不同錨固點的具體位置，保證定位方法的科學性。以梁端面上梁底部分的錨固點為例進行分析，可以直接對縱軸線進行測量，測量方向選擇從縱橋到錨固點位置。如果是以梁端為載體設(shè)置錨固點，則選擇的基準應(yīng)該是梁底面垂直。橫向距離測量環(huán)節(jié)，需要參照橫橋方向，保證位置定位的精準性。

4.2 預應(yīng)力設(shè)施設(shè)置

對照橋梁本身的具體情況，在錨固端預應(yīng)力設(shè)置和加固環(huán)節(jié)，采用的都是C50混凝土。而考慮主箱梁與錨固端對接區(qū)域，存在混凝土結(jié)構(gòu)開裂的問題，導致結(jié)構(gòu)變得十分松散，因此在箱梁內(nèi)設(shè)置體外預應(yīng)力設(shè)施時，需要先做好清理工作，將松散的混凝土清除[4]。在錨固段和主箱梁空隙處植入鋼筋，型號為HRB335，直徑為20 mm。錨固段鋼筋插入的深度不能小于20 cm，這樣才能最大限度地保障加固效果。鋼絞線采用的是無黏結(jié)型，直徑16 mm，數(shù)量與鋼筋數(shù)量保持一致，其最大抗拉強度必須超過2 000 MPa。在完成前期布置工作后，技術(shù)人員應(yīng)該開展相應(yīng)的張拉試驗，確保張拉端預應(yīng)力鋼束的長度在達到最大張力的情況下，能夠在60 mm以上，錨固段鋼束的張拉長度則不能低于20 mm。等到張拉作業(yè)結(jié)束后，需要使用黃油對裸露的鋼筋和鋼束進行涂抹，起到防腐蝕的效果。應(yīng)該找出預應(yīng)力鋼束在兩端的固定點位置，然后在其下方10 cm左右的區(qū)域，設(shè)置好防脫裝置，確保預應(yīng)力鋼束在受力后能夠保持穩(wěn)定連接。

4.3 錨塊施工

依照材質(zhì)可以將錨塊分為幾種不同的類型：一是混凝土錨塊。混凝土錨塊應(yīng)該選擇與橋梁主體結(jié)構(gòu)相同類型和強度的混凝土，做好預制工作。等到混凝土達到設(shè)計強度等級后，對其表面進行處理，包括清理、打磨、鑿毛等[5]，這樣一方面可以確保錨塊各個端面的平整性，另一方面也可以為錨塊的固定提供支撐。鉆孔環(huán)節(jié)，需要保證鉆頭直徑合理，鉆孔深度恰當，保證鉆孔垂直度達標，然后清孔，確認無誤后，安放鋼筋籠，澆筑混凝土?；炷吝_到設(shè)計強度等級后，可以將模板拆除;二是鋼錨塊。鋼錨塊一般采用的都是工廠預制然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝的方式，其在不同橋梁中扮演了不同的角色，發(fā)揮著不同的作用。鋼模塊可以細分為兩種，一種是摩擦力鋼錨塊，常見于新建橋梁或者投運時間較短的橋梁，如該工程，另一種是剪力鍵鋼錨塊，適用于一些老舊橋梁的加固作業(yè)。

在錨塊施工過程中，一是應(yīng)該依照具體的體外預應(yīng)力加固施工方案，對錨塊的相關(guān)參數(shù)進行明確，保證其預制的質(zhì)量和效果;二是對于預制完成的鋼錨塊，需要做好檢查，確認其質(zhì)量良好、參數(shù)準確后，對錨塊進行安放和固定[6]。為了能夠最大限度地保障橋梁結(jié)構(gòu)加固的效果，在錨塊固定環(huán)節(jié)必須依照《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T J23—2008）的相關(guān)要求來對混凝土進行選擇;三是需要于相應(yīng)的支架位置，進行鋼筋植入操作，確保鋼筋的兩端能夠分別連接鋼錨塊和橫截面，并使用專用螺栓做好固定工作。螺栓的設(shè)計標準值如表1所示。

4.4 轉(zhuǎn)向裝置

在應(yīng)用體外預應(yīng)力加固技術(shù)的過程中，可以設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)向裝置，以達到最佳的加固效果（見圖2）。結(jié)合該工程的實際情況，通過對轉(zhuǎn)向裝置的合理設(shè)置，可以顯著改善和優(yōu)化預應(yīng)力加固的效果，促進預應(yīng)力筋性能的提高。以混凝土結(jié)構(gòu)為依托，轉(zhuǎn)向裝置能夠改變預應(yīng)力筋的方向[7]。想要確保轉(zhuǎn)向裝置作用的充分發(fā)揮，工程技術(shù)人員在施工過程中需要對轉(zhuǎn)向裝置的精度進行嚴格把控，這樣才能避免因為轉(zhuǎn)向裝置精度失準引發(fā)的各種質(zhì)量缺陷。在這種情況下，即使結(jié)構(gòu)中因為局部硬化引發(fā)了附加應(yīng)力，體外預應(yīng)力筋也不會受到影響。

4.5 壓漿施工

從保障壓漿作業(yè)質(zhì)量的角度，應(yīng)該對照相應(yīng)的設(shè)計標準，做好壓漿密度以及壓漿時間的嚴格管控，運用模型試驗的方法，確定工程的最佳壓漿密度和壓漿作業(yè)時間。在使用模型進行試驗的過程中，需要采用1∶1還原模型，確定好達標后的壓漿密度，并以此為基礎(chǔ)參數(shù)，對預應(yīng)力張拉后的壓漿試驗進行計算，待試驗結(jié)束24 h并確認無誤后，才能對照試驗結(jié)果，開展實際壓漿作業(yè)。在具體施工中，為了保證壓漿效果，使得施工壓力可以達到設(shè)計標準的要求，可以使用手動壓漿劑，保持勻速穩(wěn)定壓漿，保證壓漿的最終效果[8]。

5 體外預應(yīng)力加固施工注意事項

5.1 做好前期清理

在實施體外預應(yīng)力加固前，需要將表面松散的混凝土清除，可以使用鋼絲刷進行沖刷，去除銹蝕后，以同型號的混凝土進行修補，以此來保證橋面結(jié)構(gòu)的完整性。

5.2 確定橋梁承載力

加固作業(yè)前，需要確定好橋梁的實際承載能力，依照橋梁結(jié)構(gòu)的額定參數(shù)，確定好最佳的預應(yīng)力支點以及梁端錨點距離。施工環(huán)節(jié)，需要重視鉆孔控制，避開橋梁內(nèi)部的受力鋼筋，在孔口粘貼能夠滿足要求的碳纖維，提高混凝土的抗壓能力。鉆孔完成后，可以進行預應(yīng)力的張拉作業(yè)，這個環(huán)節(jié)需要保證位置準確可靠。施工人員在整個施工過程中都不能忽視對于錨固體系的保護工作，這樣才能最大限度地保障施工體的安全性和完整性[9]。

5.3 體外預應(yīng)力測定

加固結(jié)束后，需要進行預應(yīng)力檢測工作，依照檢測結(jié)果判斷加固效果是否達到預期。如果沒有達到預期，則應(yīng)該明確出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，及時進行改正，將存在的質(zhì)量隱患消除，以此來保證加固效果。結(jié)合該工程的實際情況，在對預應(yīng)力張拉效果進行測定時，采用的是磁通量定法，其基本原理，是鋼索在外力作用下本身的內(nèi)力會發(fā)生相應(yīng)的變化，繼而引發(fā)電流頻率波動，如果借助專業(yè)的儀器設(shè)備，可以就電流和磁通量的變化情況進行檢測和分析，將跨中位置又或者橋梁主梁斷面的應(yīng)力呈現(xiàn)出來。針對主梁斷面的預應(yīng)力進行檢測，結(jié)果如表2所示。

由表2可以明確，第二跨和第三跨位置體外預應(yīng)力鋼束張拉的數(shù)值都達到了預期，呈現(xiàn)出了較為理想的加固效果，能夠保障橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性[10]。另外，對比跨中下緣和支點上緣體外預應(yīng)力的檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在第二跨及第三跨，主跨跨中截面的壓應(yīng)力儲備都超過主跨支點的數(shù)值，表明橋梁整體荷載集中在跨中位置。而依照相應(yīng)的受力分布特點，在實施體外預應(yīng)力加固的過程中，應(yīng)該重點關(guān)注兩跨中間位置的加固措施設(shè)置，這樣可以確保橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。在檢測預應(yīng)力變化情況時，對照加固前的數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)裂縫的數(shù)量保持不變，也沒有出現(xiàn)延伸和加寬的情況，表明方案實施取得了良好的成效。

6 結(jié)語

新形勢下，道路橋梁項目質(zhì)量問題受到了廣泛的關(guān)注。對于一些既有橋梁的加固，體外預應(yīng)力加固技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中，需要技術(shù)人員結(jié)合工程的實際情況，選擇恰當?shù)募庸谭椒ǎ龊檬┕し桨冈O(shè)計，把握好具體的施工流程，總結(jié)出施工要點和需要注意的事項，以此來將體外預應(yīng)力加固技術(shù)的作用充分發(fā)揮出來。

參考文獻

[1]汲港升，馬士賓，陳曉光，等.基于MIDAS Civil的公路簡支T梁體外預應(yīng)力加固設(shè)計與研究[J].河北水利電力學院學報，2021（4）：1-7+36.

[2]高明.體外預應(yīng)力技術(shù)在開封黃河大橋改造中的應(yīng)用[J].建筑機械，2021（12）：90-92.

[3]沈青青.混凝土連續(xù)橋梁中體外預應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用[J].山東交通科技，2021（5）：63-65.

[4]李晉.體外預應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁中的施工方法[J].交通世界，2021（30）：26-27.

[5]朱戰(zhàn)偉，張鴻志，韓永超.變截面曲線連續(xù)梁橋體外預應(yīng)力加固研究分析[J].黑龍江交通科技，2021（10）：76-77.

[6]孫晉城，陸樹榮.兩種預應(yīng)力主動加固橋梁技術(shù)分析[J].西部交通科技，2021（9）：110-115.

[7]翁嘉福.預應(yīng)力碳纖維板加固T梁橋應(yīng)用分析[J].福建交通科技，2021（9）：41-46.

[8]伍乾坤.不等跨連續(xù)剛構(gòu)橋體外預應(yīng)力加固法結(jié)構(gòu)受力分析[J].交通世界，2021（21）：28-31.

[9]張帥珂.T型梁橋體外預應(yīng)力加固關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工程技術(shù)研究，2021（12）：85-86.

[10]吳志昌.公路橋梁施工中體外預應(yīng)力加固技術(shù)[J].中國公路，2021（11）：166-167.