小议体外预应力加固施工要点

摘 要：现行的桥梁加固补强方法很多，如粘贴钢板或高强复合纤维、预应力加固法、补强混凝土等。其中预应力加固法通过施加预应力、改变结构体系和结构受力，改善桥梁荷载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形，是一种有效的加固方法。下面分析了桥梁加固的目的及加固的原理，并对体外预应力进行了阐述。

关键词：桥梁加固；预应力；加固法

Abstract: The current bridge reinforcement method, such as pasting steel plate or composite fiber, prestressed reinforcement, reinforced concrete. The prestressed reinforcement method by prestressing, the structure system change and the structure stress, improve the bridge internal force distribution, increased bridge stiffness, crack closure, and adjust the deformation, is an effective reinforcement method. The following analyzes bridge reinforcement and strengthening principle, and the external prestress is discussed.

Key words: prestressed concrete bridge reinforcement; reinforcement method;

中图分类号：TU74

前言

作为交通干线的重要组成部分，桥梁的使用性能对整个交通的畅通性有直接影响作用，在经济迅速发展，公路交通的运输量大大增加的背景下，受材料、设计、施工等方面的影响，很多桥梁已满足不了现有荷载的受力要求，影响桥梁荷载的原因有：

1.重型车辆的超载现象较为突出；

2.交通运输量呈明显增长；

3.建筑构件、材料等的老化；

4.诸多地质灾害的影响等。桥梁的承载能力是有限的，部分桥梁不堪重负出现了沉陷、裂纹等破损现象，基于道路安全考虑，应对桥梁进行加固。

1、桥梁加固目的 

随着我国国民经济的日益发展，交通运输量的迅速增长，我国危桥总长已达2万余延米。若将其拆除重建，不仅要耗费大量资金，而且工期也较长；若有计划、有步骤的对现有旧桥进行加固改造，桥梁加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性,为国家带来巨大的经济和社会效益。因此,加固设计必须本着“牢固可靠、简便耐用、经济适用”的基本原则。

2、桥梁加固的原理

桥梁加固改造是运用有效可行的技术手段对桥梁结构物进行补强加固及拓宽，其根本目的是恢复和提高其承载能力及耐久性。目前，常用的桥梁加固方法很多，从大的方面划分可分为上部结构补强加固和下部结构补强加固。桥梁上部结构补强加固方法又分为改变结构受力体系方法和不改变结构受力体系方法两类。从后加补强材料是否具备预应力及基本受力原理来看，桥梁上部加固又可划分为两大类，即主动加固和被动加固。

2.1 桥梁主动加固原理：在受拉区(或抗剪薄弱区)直接增设补强材料，例如：补焊钢筋、粘贴钢板、粘贴高强复合纤维材料(碳纤维、芳纶纤维)等。这种加固方法从作用原理上讲属于被动加固范畴。实际上设计时必须考虑带载加固及分阶段受力特点，构件自重及恒载由原梁承担；活载由加固后的组合截面承担，后加补强材料强度发挥程度受原梁变形的限制。

2.2 桥梁被动加固原理：为解决后加补强材料“应变滞后”，提高后加补强材料利用率，对后加补强材料施加预应力，采用预加力原理进行加固补强。从作用原理上讲预应力加固属于主动加固范畴。后加补强材料主动受力，由于预加力的作用，改善了原梁的应力状态，以达到提高原梁承载力和抗裂性的目的。

3、体外预应力在桥梁加固中的应用

在桥梁加固方法中，对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁板桥采用在梁体下缘设置预应力拉杆或预应力束，对受拉区施以体外预应力的加固方法，可以抵消自重及外荷载产生的内力，大幅提高其承载能力。

体外预应力法有如下优点：

①自重增加少，但可大幅提高承载能力；

②由于上部自重增加少，因而对下部影响小；

③施工简单，工期短，经济效益明显；

④施工过程不中断或少中断交通；

⑤对原结构损伤小，不影响桥下净空；

⑥应力可调整，预应力束可更换。

体外预应力加固体系由水平筋、斜筋、上锚固点、滑块、承托、水平筋固定支座等部件组成。体外束桥梁加固结构的预应力筋构造形式及施工方法与常规的体内有粘结或无粘结预应力筋有较大的差异。因而其预应力损失的计算方法也有所不同。经计算表明。与一般的预应力混凝土结构比较，体外束加固结构的预应力损失要小得多，针对这一点，预应力钢筋的控制应力应适当降低．以避免体外预应力筋长期处于高应力状态，对改善体外束结构的受力状态有利。

4、体外预应力的施工工艺

4.1 锚固端部横梁与跨中转向横肋、墩顶导向槽的施工

这三部分确定了钢绞线的空间位置，由该索形及张拉应力决定了等效荷载的大小。跨中转向横肋、墩顶导向槽钢绞线存在偏折。承受局部挤压应力，这就要求锚固端横梁处锚垫板预埋位置及方向要准确。转向横肋、墩顶导向槽的制作应严格按照图纸要求进行，既要保证弯折处的曲率半径，又要打磨端部，使之平滑，防止张拉时端部对钢绞线的挤压和卡滑。

4.2 钢绞线下料与穿束

在桥梁加固中，由于张拉完毕后，锚垫板与钢管中要灌浆，形成有粘结段，所以在下料时就应将粘结段的钢绞线的PE层及油脂清洗干净，控制该段的长度和位置是很难的，因为既要预先考虑到穿束过程中钢绞线下垂的影响，保证PE保护层预先进入密封罩，又要考虑张拉伸长的影响，保证两端伸长部分要一致，以确保两粘结段粘结力大致相等。在穿束过程中，由于钢绞线的长度在150m以上，中间要通过多个墩顶导向槽及跨中转向装置，无法在箱梁内进行l2根钢绞线的整束穿索，因此采用单根穿索的方法。钢绞线的缠绕将会影响有效预应力的建立，所以必须保证钢绞线在全桥长范围内不缠绕，在实际施工中，预先将钢绞线、工作锚板孔、密封盖小孔分别编号，每束l2根钢绞线采用单根穿索，每隔一段就用与密封罩小孔对应的橡胶垫限制钢绞线的位置，在张拉完毕后发现，采用该方法使得每束钢绞线顺直且无缠绕现象。

4.3 钢绞线张拉

①预紧：为了达到钢绞线从松散状态到张拉完成后顺直不缠绕，正式张拉前先要进行预紧张拉，预紧的质量决定了整个加固效果的好坏。首先，钢绞线在松散状态下，即使采用了必要的措施，但是由于钢绞线很长，下垂量还是较大，所以，为保证两端粘结段长度大致相等，预紧要两端对称进行；其次，预紧力的大小既要保证在预紧过程中，钢绞线绷紧且不缠绕，又要保证在高应力张拉时钢绞线不错位，预紧力过大或过小都达不到预紧的目的。在加固施工中，预紧张拉力采用l5％设计张拉力。

②高应力张拉：由于桥梁加固采用通长环氧涂层钢绞线，在张拉中需多行程连续张拉，工作夹片要进行多次锚固，在工作夹片进行临时锚固时，环氧涂层保护膜形成的碎屑将附着在夹片的齿间。随着工作夹片的反复多次夹持钢绞线，齿间环氧涂层碎屑增多，将引起滑丝现象，从而影响工作夹片的锚固效果。针对这一情况，研制出一种临时锚固装置，在中间行程中，由临时锚固装置的工具夹片夹持钢绞线，避免了工作夹片的中间临时锚圃，确保锚固效果。

4.4 压浆

体外索锚固横梁采用局部有粘结形式，为了达到设计者和业主对于局部有粘结段钢绞线粘结力的要求，张拉完成后局部有粘结段的压浆工作是一道很重要的工序：施工前进行了1：1的模型试验，在保证压浆密实饱满的情况下，局部有粘结段的粘结力可达到设计张拉力的108％，满足锚固要求：工程中，压浆施工在张拉完成后24 h内进行。压浆采用手动压浆机，保证压浆过程的均匀稳定和压浆压力的要求。

5、施工中的主要技术要点

原桥施工情况与原桥的设计情况有差别，如箱梁翼缘的厚度，墩顶横隔梁的尺寸，在设计中要充分考虑墩顶导向槽的位置与墩顶横隔梁之间的关系，在该桥加固中，由于墩顶横隔梁的宽度大于原设计很多，结果墩顶导向槽无法施工，从而改变加固设计。

由于环氧涂层钢绞线暴露在箱梁中，钢绞线的防窝尤为重要，所以在下料及穿束过程中，严禁在混凝土地面上拖拽钢绞线，穿束用的架立筋要用棉丝包裹，不能破损PE保护层，如有不慎，个别破损处，采用与PE保护层同性质的胶带缠绕。

墩顶导向槽与转向装置的加工应在加工厂进行，严禁在现场加工，现场安装中，要严格按图纸进行，在运输及焊接过程中，应采取措施防止焊接变形，穿束前应拉线确定安装是否合适。

预紧过程中，必须在箱梁中安排人员，在钢绞线绷紧时，进行必要的调整；高应力张拉时，观察在各墩顶导向槽和转向横肋处钢绞线是否有挤破的现象，如有该现象，应进行防护处理。

压浆密实程度将直接影响粘结效果，所以在压浆中应严格控制水灰比，并保持压力均匀。

6、结束语

预应力加固法能较大幅度地提高构件的承载力，且施工简单、合理、方便。目前，预应力加固主要用于旧桥的加固，收到很好的经济和社会效益，是一种有效的主动加固法。