论文部分内容阅读
【摘 要】 桥梁长时间使用会发生裂缝等问题，危及结构的使用安全，特别是在重载交通甚至超载的情况下，病害发展会更加迅速，因此需要进行必要的加固维修。本文主要介绍体外预应力技术在桥梁加固中的应用，混凝土增设体外预应力在新建和旧结构中得到广泛应用。
【关键词】 体外预应力；技术；桥梁加固；应用
体外预应力加固技术布置灵活、安全可靠、施工较为简单，可以大幅度有效提高桥梁的承载能力，而且还能随时实现调索和换索作业，这些优点是非常具有实用性的。
1 工程概况
某高速公路大桥为25 m小箱梁桥，第 5 跨共有 15 片小箱梁，桥面宽 22.7m。其主要病害表现为预应力小箱梁的底板横向开裂、腹板竖向开裂、腹板斜向开裂。梁体底板普通存在横向裂缝，根据荷载试验、结构验算结果分析该裂缝为受力裂缝，试验跨梁体预应力存在不足。针对结构病害现状，通过加设预应力的方式对梁体进行加固，以提高梁体尤其是小箱梁跨中截面正应力储备和改善梁体的受力性能。对蚌湖大桥R5跨张拉体外预应力，即在箱梁的端部和四分点位置设置锚固块和转向块，通过穿设成品钢绞线，待锚固块和转向块达到设计强度后，张拉体外预应力（图1）。
2 体外预应力加固技术施工
2.1 锚固块和转向块施工
体外预应力结构在锚固区截面应力分布是不均匀的，承受着极大的局部压力，为了防止产生应力集中，造成锚固区拉裂破坏，锚固体系不仅要承担预应力筋传递的力，还将可能产生的集中应力分散传递到锚固块中。因此锚固块施工的质量将影响整个锚固系统的工作。转向块是体外预应力钢绞线在箱梁纵向保持曲线配筋形状并传递索力垂直分力的重要部件，转向块为体外预应力钢绞线提供坚固可靠的转向支撑，使预应力钢绞线顺利转向和传递预应力。
2.1.1 植筋施工
由于转向块与箱梁腹板的粘结很难保证，为了加强转向块与箱梁之间的粘结，采用植筋技术将钢筋进行锚固。（1） 弹线定位：根据设计图纸的钢筋数量及位置，标注出钻孔位置、型号，若孔位碰到结构中已有的钢筋，钻孔位置可适当调整，但均应植在箍筋内侧，且尽可能靠近预计接长的已有钢筋。（2） 钻孔：用冲击钻钻孔，钻孔深度锚筋埋设深度相同，孔径比锚筋大2～4 mm左右。孔位避免构造筋，孔道应顺直。（3） 清孔：孔道用硬鬃毛刷清理，再以高压干燥空气吹出孔底灰尘、碎片和水分，孔内应保持干燥，自检合格后报监理验收，验收合格后方可注胶。（4） 灌胶：锚固胶要选用合格的植筋专用胶水，灌胶要从孔底开始，孔内灌胶达到孔深的2/3 处。（5） 植筋（图 2）：锚筋插入前要清除插入部分的表面锈迹及其他污物，直至露出钢筋表面。然后缓慢将钢筋插入孔内，同时要求钢筋旋转，使结构胶从孔口溢出，排出孔内空气，钢筋外露部分长度保证工程需要，孔口多余的胶应清除，污物先用钢刷清除，再用丙酮擦净，并予以擦干。（6） 养护：植筋施工完毕后注意保护，严禁有任何扰动，以保证结构胶的正常固化。（7） 检测试验：在植筋前，要对所用钢筋及植筋胶进行现场拉拔试验，以确定钢筋及植筋胶是否符合设计要求。
2.1.2 自密实混凝土施工
在锚固块和转向块施工之前需要对桥梁结构表面松散的混凝土去除，进行必要的清理工作。在加大截面前需对界面进行处理，要求界面采用高压水冲洗。为保证了混凝土的浇筑质量新增混凝土采用C50自密实混凝土，新增混凝土用定型钢模板支模浇筑。
2.2 体外预应力加固施工
2.2.1 预应力钢绞线下料和穿束
下料长度除了按照设计长度和施工工艺的选择来计算确定，还应考虑两张拉端的张拉长度。钢绞线切割后平放地面上，用胶带缠包好钢绞线的端头。钢绞线下料完成后，把每根钢绞线编号，以便能清楚区分。采用人工逐根进行穿束。 将每一束的钢绞线利用单根穿索法进行穿束，第一根穿布完畢由人工牵引顺直，锚固端外露长度必须满足张拉工艺要求。为防止在施工过程中损伤钢绞线上的环氧涂层和外包PE层，在穿束过程中要做好钢绞线的保护工作，以免破坏PE 保护层，从而影响钢绞线的防腐蚀能力。
2.2.2 预应力钢绞线的张拉
预应力张拉工艺流程：钢绞线穿束→安装工作锚→安装配套限位板→安装千斤顶→安装配套工具锚→两端对称张拉→张拉力15%→张拉力30%→张拉力 100%→张拉力 103%→持荷 2 min锚固→校对伸长值合格后进行下一束张拉→张拉作业完成。预应力钢束张拉控制力为1 116 MPa，预应力钢束必须待混凝土立方体强度达到混凝土设计强 度 等 级 的 90% ， 弹 性 模 量 达 到 设 计 值 的100%，且混凝土龄期不小于 7 d，方可张拉，钢束采用两端张拉。通过对千斤活塞的伸长量进行量取便可对张拉伸长量进行推算。施加预应力应采用张拉力与伸长量双控，当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际伸长量值与理论伸长量值得误差应控制在6%以内。钢束张拉完毕后严禁撞击锚圈、锚塞及钢铰线，钢铰线多余部分用氧炔切割，严禁用电弧切断。钢束张拉完成并切去多余部分后，在箱梁两端锚头设置连接带阀门压浆嘴的接口和排气孔。
2.2.3 管道注浆
浇筑前应检查波纹管是否密封，防止浇筑混凝土时阻塞管道。本项目注浆采用C50水泥浆。张拉完钢束后应及时压浆，用空压机对钢束孔道进行清理，吹去孔道内积水、杂物后用活塞式压浆机向孔道内压浆。水泥浆由525#硅酸盐水泥和水组成通过试验可掺入适量的膨胀剂，水泥的强度等级不宜低于40 MPa，施工中严格控制水泥浆的水灰比，稠度控制在14～18 s之间，压浆应饱满，不得有空隙。压浆时需让出口孔冒出与压入的水泥浆浓度相同的浆液，并且流出浆液的喷射时间≮11 s后，才能将出浆口封闭。然后继续压浆待压力最少升至0.5～0.7 MPa，封闭进浆口。在水泥浆初凝前，不得松动 封闭的进出口。
3 应用体外预应力的优缺点
体外预应力钢绞线布置在箱梁截面之外，对原结构影响小，需增设的锚固块和转向块尺寸小、重量轻（本项目锚固块厚50 cm，转向块厚40cm）。能大幅提高承载力，可以有效防止桥梁裂缝的产生，减少桥梁挠度；且施工周期短，对交通影响不大。利用体外预应力加固技术方便后期检查、检测和维护，如有需要可随时对预应力筋进行更换。体外预应力筋的布置灵活，可以根据桥梁病害进行局部桥梁加固或对全桥梁进行加固。
体外预应力加固技术的缺点：（ 1） 体外钢索长期置于外部空气中，易受到外部环境的影响，防腐及其他保护工作较为繁多；（ 2） 锚固和转向部位易产生应力集中现象，局部应力过大，对锚固施工的要求较高；（ 3） 对锚具和夹片的质量及施工要求较高，不然体外钢索强度大的优点难以发挥；（ 4） 体外预应力筋的变形难以与混凝土结构变形保持一致，这就会造成预应力损失。
4 结语
现阶段我国已建设了大量的公路桥梁，随着使用时间的推移以及重交通运输的发展，未来将有大量桥梁需进行维修和加固，体外预应力是一种灵活的施工方案，在节省材料的同时能有效的对桥梁进行加固维修，并不会妨碍交通运行。运用体外预应力技术还可以配合裂缝修补、粘贴钢板等施工方案对桥梁进行维修加固，体外预应力技术在经济上能节省造价，技术上能满足桥梁使用要求。
参考文献：
[1] 李晨光.体外预应力结构技术与工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2] JTG/T J23—2008，公路桥梁加固施工技术规范[S]
【关键词】 体外预应力；技术；桥梁加固；应用
体外预应力加固技术布置灵活、安全可靠、施工较为简单，可以大幅度有效提高桥梁的承载能力，而且还能随时实现调索和换索作业，这些优点是非常具有实用性的。
1 工程概况
某高速公路大桥为25 m小箱梁桥，第 5 跨共有 15 片小箱梁，桥面宽 22.7m。其主要病害表现为预应力小箱梁的底板横向开裂、腹板竖向开裂、腹板斜向开裂。梁体底板普通存在横向裂缝，根据荷载试验、结构验算结果分析该裂缝为受力裂缝，试验跨梁体预应力存在不足。针对结构病害现状，通过加设预应力的方式对梁体进行加固，以提高梁体尤其是小箱梁跨中截面正应力储备和改善梁体的受力性能。对蚌湖大桥R5跨张拉体外预应力，即在箱梁的端部和四分点位置设置锚固块和转向块，通过穿设成品钢绞线，待锚固块和转向块达到设计强度后，张拉体外预应力（图1）。
2 体外预应力加固技术施工
2.1 锚固块和转向块施工
体外预应力结构在锚固区截面应力分布是不均匀的，承受着极大的局部压力，为了防止产生应力集中，造成锚固区拉裂破坏，锚固体系不仅要承担预应力筋传递的力，还将可能产生的集中应力分散传递到锚固块中。因此锚固块施工的质量将影响整个锚固系统的工作。转向块是体外预应力钢绞线在箱梁纵向保持曲线配筋形状并传递索力垂直分力的重要部件，转向块为体外预应力钢绞线提供坚固可靠的转向支撑，使预应力钢绞线顺利转向和传递预应力。
2.1.1 植筋施工
由于转向块与箱梁腹板的粘结很难保证，为了加强转向块与箱梁之间的粘结，采用植筋技术将钢筋进行锚固。（1） 弹线定位：根据设计图纸的钢筋数量及位置，标注出钻孔位置、型号，若孔位碰到结构中已有的钢筋，钻孔位置可适当调整，但均应植在箍筋内侧，且尽可能靠近预计接长的已有钢筋。（2） 钻孔：用冲击钻钻孔，钻孔深度锚筋埋设深度相同，孔径比锚筋大2～4 mm左右。孔位避免构造筋，孔道应顺直。（3） 清孔：孔道用硬鬃毛刷清理，再以高压干燥空气吹出孔底灰尘、碎片和水分，孔内应保持干燥，自检合格后报监理验收，验收合格后方可注胶。（4） 灌胶：锚固胶要选用合格的植筋专用胶水，灌胶要从孔底开始，孔内灌胶达到孔深的2/3 处。（5） 植筋（图 2）：锚筋插入前要清除插入部分的表面锈迹及其他污物，直至露出钢筋表面。然后缓慢将钢筋插入孔内，同时要求钢筋旋转，使结构胶从孔口溢出，排出孔内空气，钢筋外露部分长度保证工程需要，孔口多余的胶应清除，污物先用钢刷清除，再用丙酮擦净，并予以擦干。（6） 养护：植筋施工完毕后注意保护，严禁有任何扰动，以保证结构胶的正常固化。（7） 检测试验：在植筋前，要对所用钢筋及植筋胶进行现场拉拔试验，以确定钢筋及植筋胶是否符合设计要求。
2.1.2 自密实混凝土施工
在锚固块和转向块施工之前需要对桥梁结构表面松散的混凝土去除，进行必要的清理工作。在加大截面前需对界面进行处理，要求界面采用高压水冲洗。为保证了混凝土的浇筑质量新增混凝土采用C50自密实混凝土，新增混凝土用定型钢模板支模浇筑。
2.2 体外预应力加固施工
2.2.1 预应力钢绞线下料和穿束
下料长度除了按照设计长度和施工工艺的选择来计算确定，还应考虑两张拉端的张拉长度。钢绞线切割后平放地面上，用胶带缠包好钢绞线的端头。钢绞线下料完成后，把每根钢绞线编号，以便能清楚区分。采用人工逐根进行穿束。 将每一束的钢绞线利用单根穿索法进行穿束，第一根穿布完畢由人工牵引顺直，锚固端外露长度必须满足张拉工艺要求。为防止在施工过程中损伤钢绞线上的环氧涂层和外包PE层，在穿束过程中要做好钢绞线的保护工作，以免破坏PE 保护层，从而影响钢绞线的防腐蚀能力。
2.2.2 预应力钢绞线的张拉
预应力张拉工艺流程：钢绞线穿束→安装工作锚→安装配套限位板→安装千斤顶→安装配套工具锚→两端对称张拉→张拉力15%→张拉力30%→张拉力 100%→张拉力 103%→持荷 2 min锚固→校对伸长值合格后进行下一束张拉→张拉作业完成。预应力钢束张拉控制力为1 116 MPa，预应力钢束必须待混凝土立方体强度达到混凝土设计强 度 等 级 的 90% ， 弹 性 模 量 达 到 设 计 值 的100%，且混凝土龄期不小于 7 d，方可张拉，钢束采用两端张拉。通过对千斤活塞的伸长量进行量取便可对张拉伸长量进行推算。施加预应力应采用张拉力与伸长量双控，当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际伸长量值与理论伸长量值得误差应控制在6%以内。钢束张拉完毕后严禁撞击锚圈、锚塞及钢铰线，钢铰线多余部分用氧炔切割，严禁用电弧切断。钢束张拉完成并切去多余部分后，在箱梁两端锚头设置连接带阀门压浆嘴的接口和排气孔。
2.2.3 管道注浆
浇筑前应检查波纹管是否密封，防止浇筑混凝土时阻塞管道。本项目注浆采用C50水泥浆。张拉完钢束后应及时压浆，用空压机对钢束孔道进行清理，吹去孔道内积水、杂物后用活塞式压浆机向孔道内压浆。水泥浆由525#硅酸盐水泥和水组成通过试验可掺入适量的膨胀剂，水泥的强度等级不宜低于40 MPa，施工中严格控制水泥浆的水灰比，稠度控制在14～18 s之间，压浆应饱满，不得有空隙。压浆时需让出口孔冒出与压入的水泥浆浓度相同的浆液，并且流出浆液的喷射时间≮11 s后，才能将出浆口封闭。然后继续压浆待压力最少升至0.5～0.7 MPa，封闭进浆口。在水泥浆初凝前，不得松动 封闭的进出口。
3 应用体外预应力的优缺点
体外预应力钢绞线布置在箱梁截面之外，对原结构影响小，需增设的锚固块和转向块尺寸小、重量轻（本项目锚固块厚50 cm，转向块厚40cm）。能大幅提高承载力，可以有效防止桥梁裂缝的产生，减少桥梁挠度；且施工周期短，对交通影响不大。利用体外预应力加固技术方便后期检查、检测和维护，如有需要可随时对预应力筋进行更换。体外预应力筋的布置灵活，可以根据桥梁病害进行局部桥梁加固或对全桥梁进行加固。
体外预应力加固技术的缺点：（ 1） 体外钢索长期置于外部空气中，易受到外部环境的影响，防腐及其他保护工作较为繁多；（ 2） 锚固和转向部位易产生应力集中现象，局部应力过大，对锚固施工的要求较高；（ 3） 对锚具和夹片的质量及施工要求较高，不然体外钢索强度大的优点难以发挥；（ 4） 体外预应力筋的变形难以与混凝土结构变形保持一致，这就会造成预应力损失。
4 结语
现阶段我国已建设了大量的公路桥梁，随着使用时间的推移以及重交通运输的发展，未来将有大量桥梁需进行维修和加固，体外预应力是一种灵活的施工方案，在节省材料的同时能有效的对桥梁进行加固维修，并不会妨碍交通运行。运用体外预应力技术还可以配合裂缝修补、粘贴钢板等施工方案对桥梁进行维修加固，体外预应力技术在经济上能节省造价，技术上能满足桥梁使用要求。
参考文献：
[1] 李晨光.体外预应力结构技术与工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2] JTG/T J23—2008，公路桥梁加固施工技术规范[S]