体外预应力加固技术在桥梁加固中的应用

摘 要：由于服役多年的连续刚构桥梁大多表现出跨中下挠过大、主梁混凝土普遍开裂等病害，本文结合工程实例对体外预应力加固技术在桥梁加固中的具体应用进行介绍分析，为类似桥梁加固工程设计、施工提供参考。

关键词：体外预应力 张拉 维修加固

1.体外预应力体系

1.1体外预应力加固技术的特点

体外预应力加固技术就是利用增加设置在原有混凝土结构外部的预应力筋给混凝土施加额外的预应力（如图1）。在桥梁加固中该技术的优点主要体现在：

（1）预应力筋布置简单，结构受力清晰，预应力筋仅通过锚固块和转向块与桥梁结构连接，预应力损失小。

（2）可根据需要灵活布置预应力筋，既进行全桥加固，也可进行局部加固。

（3）体外预应力锚固结构一般尺寸较小，相对增加截面加固法整个体系自重轻，桥梁加固后带来的自重载荷小，结构承载能力提高空间大。

（4）新型体外索可进行整体更换，便于维护，同时了降低再次更换的费用。

（5）与其它加固技术相比较，需要的人力物力资源更少，需要的设备较少，成本低。

（6）对于现有桥梁结构的负面影响较小，不仅适用于简支梁桥梁结构，也符合大型连续桥梁结构施工要求。

1.2体外预应力体系的组成

常规体外预应力体系包括：预应力筋，锚具，锚固、转向装置，减震装置，防护体系。预应力筋包括钢丝绳（网）、预应力钢筋、光面钢绞线、无粘结钢绞线、环氧喷涂钢绞线、平行钢丝、成品索等。无粘结钢绞线，环氧喷涂钢绞线耐腐蚀性能好。预应力筋作为体外预应力体系的主要构成部分，应具备高强度及低松弛、优良的塑性和使用性能、可靠的耐腐蚀性及耐久性能等特性。

1.3体外预应力筋的张拉

针对不同的体外预应力筋材料类型及布置形式，有不同的张拉收紧方式。根据张拉收紧的机具不同可分为千斤顶张拉法，电热张拉法，手拉葫芦张拉法，横向收紧张拉法。对于常用的钢绞线通常采用千斤顶张拉法。根据锚具的不同及具体的要求，又可分为单根钢绞线张拉法和整体张拉法。

1.4体外索的防护

采用体外预应力加固一旦体外索出现破坏情况，桥梁将出现不能承受的破坏。体外索对结构的安全显的尤为重要。对于普通钢绞线，常设置在PE套管内，张拉结束后，在套管内灌注水泥浆进行防护；对钢丝绳（网），在张拉锚固完成后，常用喷涂水泥砂浆进行防护；而对喷涂环氧钢绞线及成品体外索，一般不需进行额外的防护。

2.加固实例

2.1桥梁简介

浙江某大桥全长304.86m，跨径布置：3×20m+（20+40+60+40+20）m+3×20m，横向布置：2×（护栏0.5+非机动车道3.0+护栏0.25+行车道8.5+中央隔离带2.5/2）=27m。桥型布置见图2。

两侧引桥上部结构均采用三孔T型截面连续梁，横向由五片预应力混凝土T梁组成，梁高1.45m，梁间中心距为5.3m。每个腹板纵向设6束7φj15.24高强低松弛钢绞线，Rby=1860MPa，张拉控制力1368.7KN，锚具型号为OVM15-7。T梁采用40#混凝土。经过多年运营、引桥腹板、翼板都存在较多裂缝，其中腹板裂缝以竖向、斜向为主，在T梁端部和中部均有分布，长度介于25cm～158cm之间，宽度介于0.03mm～0.26mm之间。

2.2加固方案

本项目采用体外预应力技术加固引桥上部结构，每片T梁两侧各增加2束9*φj15.24-1860级钢绞线，张拉控制应力1395MPa，锚具采用OVM15-9。钢绞线沿T梁侧面按设计曲线线形布置。预应力筋3跨连续布置。通过张拉新增加的预应力筋实现桥梁体外预应力加固。为保证曲线线形并固定钢绞线位置，在T梁侧面跨中梁底位置设置二个转向块。钢绞线的两端头穿过梁端新增的齿板进行锚固。张拉时采用两端分级张拉的方式进行，以减小预应力损失。

3.加固施工工艺

加固施工工艺流程如下：齿块、转向块放样种植钢筋齿块、转向块混凝土浇筑安装HDPE外套管预应力筋准洹安装预应力筋安装预应力锚具张拉预应力筋管道压浆封锚。

（1）种植钢筋。在外预应力锚固齿块及转向块锚固钢筋位置设计时应避开桥梁现有的预应力管道的位置。可参考桥梁竣工图纸或者进行现场探查以确定现有预应力钢筋的位置。在施工时应随时注意钻孔情况，发现梁体内的预应力应及时停止施工并汇报。梁体上钻孔完成的孔，应及时进行清孔、植筋施工，避免梁体上同时钻孔过多。对钻孔过程遇到钢筋而导致深度不够产生的废孔，应尽快使用高强环氧胶进行填塞，封堵。

（2）齿块、转向块混凝土浇筑。浇筑前应检查齿块、转向块模板安装情况。齿块为体外预应力体系的锚固位置，承受较大的压应力和剪切应力。该位置钢筋、植筋布置较为密集，混凝土浇筑、振捣时应尤其注意控制混凝土的密实度，不得出现孔洞、蜂窝现象。浇筑过程中有漏浆、涨模情况时应及时处理。

（3）管道安装。采用HDPE管道，安装时应利用定位箍筋固定牢固。管道对接时接口应密封。

（4）预应力筋准备。下料长度应考虑工作长度，千斤顶长度，张拉施工长度等。应用钢筋切断机截断应力筋，不得使用电弧焊烧断预应力筋。

（5）预应力束安装。为提高安装效率，单根钢绞线通过工装固定为整束，工装上设置牵引吊耳。对钢绞线进行编号，并对两端的锚具孔进行编号。在钢绞线安装完成后按照同样的对应关系安装锚具，以避免出现钢绞线交叉、打搅的情况。在T梁端部设置1t卷扬机，钢丝绳通过导向穿过金属波纹管后，连接工装上的牵引吊耳。启动卷扬机，通过卷扬机牵引整束钢绞线穿过预应力波纹管。

（6）预应力束的张拉。钢绞线长度为56m，且为曲线布置，张拉过程中采用两端同时张拉的方式，张拉以应力控制为主，以钢绞线伸长量为校核。本项目张拉控制应力为1390MPa，单束张拉力为2289KN，施工中采用300t液压千斤顶采用漂浮体系进行整体张拉。通过现场测量，伸长量与理论值偏差为2%，满足规范6%的要求。

（7）管道注浆。注浆在预应力筋张拉完成后48h内进行。在预应力管道每个波峰位置安装排气阀，在每个波谷位置安装排水阀。同一预应力孔道压浆应持续进行直至完成注浆。注浆时在排水孔、排气孔有与注入浆液同浓度的浆液流出后封闭排气孔，稳压不少于2min后完成注浆。

（8）锚头防护。体外索张拉完成后，按照设计要求浇筑封锚砂浆以保护锚头。

4.加固效果

施工完成后对桥梁进行了检测，通过与加固前对比发现，桥梁整体性能得到了改善，梁体强度和刚度得到了提高，达到了加固目的，加固后桥梁满足使用要求。总结体外预应力加固技术，其优点如下：

（1）施工简单，受力明确，经济合理，适用于大多数桥梁。

（2）能有效的加固桥梁，混凝土裂缝发展得到了抑制甚至宽度减小、T梁扰度明显减小，桥梁耐久性得到增强。

（3）体外索转向块、齿块的设计、施工是体外索加固技术的重点，是避免体外索断丝、锚固失效的关键。

（4）根据选用的材料不同，体外索的防护是体外索加固体系耐久性的关键，应根据不同的材料选用合适的防护方法。

参考文献：

[1]GB50367-2013.混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]尚守平，张宝静，吕新飞.预应力碳纤维板加固梁桥长期徐变性能的试验研究[J].公路交通科技，2015，32（5）：68-74.