李鵬

摘 要：作為一種高效、經(jīng)濟的主動加固方法，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在危舊橋結(jié)構(gòu)加固中具有良好的應(yīng)用效果。為此，本文在全面了解體外預(yù)應(yīng)力加固優(yōu)點的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程案例，對橋梁加固體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)要點進(jìn)行了分析與探討，以期全面提升橋梁加固質(zhì)量，推進(jìn)橋梁工程建設(shè)事業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;加固方法;體外預(yù)應(yīng)力技術(shù);優(yōu)點

中圖分類號：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

隨著我國交通運輸事業(yè)的迅速發(fā)展，橋梁工程也得到了長足的發(fā)展。然而，在行車荷載和自然因素的長期作用下，大量橋梁均出現(xiàn)了不同程度的病害，這些病害的產(chǎn)生，將會橋梁運輸帶來嚴(yán)重的安全隱患。為恢復(fù)橋梁工程使用性能，必須采取科學(xué)、有效的加固方法。常見加固方法包括：粘貼鋼板加固、體外預(yù)應(yīng)力加固、增大截面加固等。作為一種簡單、高效、有效的加固方法，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)加固施工中具有顯著效果，可改善結(jié)構(gòu)安全性能，延長橋梁工程使用壽命。

1 體外預(yù)應(yīng)力加固優(yōu)點

體外預(yù)應(yīng)力加固是指利用轉(zhuǎn)向塊或錨固塊進(jìn)行定位、錨固，將體外索在加固橋梁上進(jìn)行張拉處理，從而增強橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，改善正常運行條件下橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和下?lián)铣潭取Ｔ谖Ｅf橋加固當(dāng)中，相比其他加固技術(shù)，體外預(yù)應(yīng)力法加固自重不大，可節(jié)約成本，且不會過多影響原橋梁結(jié)構(gòu)，不僅可以當(dāng)做臨時加固措施使用，還能用于永久加固。于橋梁結(jié)構(gòu)而言，體外預(yù)應(yīng)力加固的卸載作用良好，加固施工之后，將會大幅提升橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。作為一種主動加固法，體外預(yù)應(yīng)力加固的優(yōu)點如下：

（1）通過對梁體外預(yù)應(yīng)力束施加預(yù)應(yīng)力，可以建立一個完整的加固體系，進(jìn)而提升加固材料的使用率，可看做是一種施工效果良好的主動加固法。

（2）通過體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的應(yīng)用，可以對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生間接卸載，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的承載力和抗彎剛度。

（3）能夠減小橋梁結(jié)構(gòu)下?lián)希苊猱a(chǎn)生裂縫，或修復(fù)結(jié)構(gòu)，促使裂縫閉合。

（4）施工作業(yè)簡單，工期短，對交通影響小，投入少，具有良好經(jīng)濟性。

（5）體外預(yù)應(yīng)力體系自重較輕，于墩臺、基礎(chǔ)來講受力不大，可大大節(jié)省加固成本。

（6）便于體外預(yù)應(yīng)力束應(yīng)力調(diào)整和體外預(yù)應(yīng)力筋的更新，預(yù)應(yīng)力變化不大，不會出現(xiàn)疲勞等情況。

2 工程概況

某橋梁工程全長468 m，為三跨連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑為124 m+220 m+124 m。采用單箱單室箱形為主梁截面，澆筑C55混凝土，12 m、6.5 m分別為箱梁頂板寬度和底板寬度。經(jīng)橋梁安全性能檢測發(fā)現(xiàn)，橋梁整體剛度不足，部分位置存在大量裂縫。為此，需做相關(guān)試驗驗證，根據(jù)具體情況，采取科學(xué)、合理的方案進(jìn)行病害處治。

3 外觀檢測及分析

通過安全檢測發(fā)現(xiàn)，本橋梁存在大量裂縫問題，具體情況如下：

3.1 主梁開裂檢測

（1）箱外底板裂縫。根據(jù)外觀檢測結(jié)果顯示，縱橋向開裂是主橋箱梁外底板裂縫的主要表現(xiàn)形式，檢測結(jié)果如表1所示。

根據(jù)現(xiàn)階段我國相關(guān)規(guī)范要求，0.20 mm是縱向裂縫允許寬度最大值，本工程裂縫最大寬度為0.39 mm，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范要求。究其原因在于：①箱梁內(nèi)外溫差大;②底板自重和薄壁箱梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)情況，將會出現(xiàn)附加應(yīng)力;③曲線預(yù)應(yīng)力布設(shè)于張拉箱梁底板部位時，極易產(chǎn)生徑向力，導(dǎo)致底板中部下緣產(chǎn)生大量裂縫。

（2）箱內(nèi)齒板裂縫。通過檢查可見，箱梁內(nèi)部齒板處也產(chǎn)生了大量裂縫，共檢測出175條裂縫，裂縫總長度高達(dá)58.2 m，裂縫最大寬度為0.97 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定值。究其原因在于，在橋梁主梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中，①齒板屬于嚴(yán)重受壓區(qū)域，存在極為復(fù)雜的應(yīng)力作用;②設(shè)計當(dāng)中，部分配筋存在問題;③張拉預(yù)應(yīng)力過程中，混凝土強度存在問題，這些問題的存在，均會導(dǎo)致齒板開裂。

除了箱外底板、齒板處產(chǎn)生裂縫外，在箱外腹板、翼緣板及箱內(nèi)底板、腹板等位置也發(fā)現(xiàn)了開裂情況，但相對較少。除了裂縫病害之外，在箱外部分混凝土還存在其他病害，比如空洞、錯臺、麻面等。

3.2 跨中下?lián)蠙z測

通過現(xiàn)場外觀檢測，本橋梁中跨跨中處存在下?lián)锨闆r，集中存在于179 m～289 m之間，中跨跨中合攏段為最大下?lián)喜课?。通過測量分析，相比原設(shè)計值，高程較小，最低高程低出了13.2 cm。且兩邊跨橋面實測線形和原設(shè)計線形也不相符，測量的最大負(fù)偏差值在兩邊跨與梁端相距30 m處，該部位的橋面實測高程同樣低于原設(shè)計值。則在其他部位，實測高程則在原設(shè)計值以上?？缰邢?lián)袭a(chǎn)生的根本原因在于以下幾點：①因為主梁混凝土收縮徐變，導(dǎo)致跨中下?lián)蠂?yán)重;②頂板懸臂施工束、底板預(yù)應(yīng)力束損失，均會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力，導(dǎo)致跨中下?lián)袭a(chǎn)生。

4 加固方案的確定

作為橋梁整體剛度及強度的主要檢測方法，靜載試驗更直觀、更準(zhǔn)確、更可靠。經(jīng)靜載試驗檢測可知，相比理論狀況，本工程局部橋跨箱梁實際工作狀況較差，對于裂縫較多的部位，撓度校驗系數(shù)大于1，由于裂縫過多，極易出現(xiàn)剛度折減情況，說明結(jié)構(gòu)剛度已無法達(dá)到設(shè)計要求。此外，在荷載作用下中跨跨中部位下?lián)锨闆r嚴(yán)重，不僅會對橋梁的使用性能造成不利影響，甚至?xí)：蛄喊踩?。為保障橋梁運行安全，決定進(jìn)行箱梁補強加固處理，通過分析橋梁病害原因，為達(dá)到改善主梁應(yīng)力狀態(tài)，提高橋梁承載能力的目的。應(yīng)采用增設(shè)縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束的施工加固方案。

5 加固施工要點

5.1 體外預(yù)應(yīng)力加固

由于中跨、邊跨部位的主拉應(yīng)力值較高，因此，可將體外預(yù)應(yīng)力鋼束布設(shè)于中跨、邊跨處，便于裂縫梁段的一部分剪力向根部梁段傳遞。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，中跨、邊跨所使用的加固鋼絞線型號、數(shù)量均有所不同，具體如表2所示。并將1 860 MPa作為抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值。一般情況下，體外預(yù)應(yīng)力束的張拉應(yīng)力可控制在鋼絞線設(shè)計強度的60%左右，即1 116 MPa。

由于體外預(yù)應(yīng)力束使用量較大，布設(shè)時，可按照箱梁內(nèi)部頂?shù)装宸稚⒌姆椒ㄟM(jìn)行分布。為便于后期橋梁養(yǎng)護(hù)維修，需采用可調(diào)可換式錨具。

錨固時，可采用邊跨端部橫隔板、墩頂位置的橫隔板錨固體外預(yù)應(yīng)力束。若錨固邊跨橋臺部位的橫隔梁時，則必須先去掉部分橋臺背墻，這樣可以為更方便地放置錨具，并便于張拉施工?；谙鋬?nèi)空間不足，需選取混凝土橫隔板作為轉(zhuǎn)向裝置。

5.2 中跨跨中箱梁底板抗彎加固

為達(dá)到底板裂縫有效封閉的效果，可將鋼板粘貼到中跨跨中、邊跨、次邊跨處的箱梁底板底面上，用于抗彎加固。

5.3 加固有效性分析

為檢驗體外預(yù)應(yīng)力的加固效果，在承載能力極限狀態(tài)下，經(jīng)計算分析可見，對于本工程體外預(yù)應(yīng)力加固在正截面抗彎、斜截面抗剪等方面具有良好的施工效果。具體試驗檢測結(jié)果為：

（1）正截面抗彎安全系數(shù)分析。在墩頂處，檢測所得的正截面抗彎安全系數(shù)從1.12增至了1.16。

（2）斜截面抗剪安全系數(shù)分析。在中跨2L/8、6L/8處，檢測所得的斜截面抗剪安全系數(shù)從0.95增至了1.03。

由此說明，在承載能力極限狀態(tài)下，通過體外預(yù)應(yīng)力加固施工可以對橋梁安全儲備發(fā)揮積極的效應(yīng)。

在正常使用極限狀態(tài)下，經(jīng)計算分析可見，橋梁工程采用體外預(yù)應(yīng)力加固施工后，箱梁截面上、下緣主拉應(yīng)力均存在不同程度的下降。究其原因，梁內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)，將會產(chǎn)生一定豎向分力，促使剪力減小，最終起到降低混凝土主拉應(yīng)力的效果。于裂縫區(qū)域而言，主拉應(yīng)力的減小將會有效抑制裂縫產(chǎn)生。

于橋梁中跨跨中下?lián)锨闆r來講，利用體外預(yù)應(yīng)力加固施工能夠有效提升橋梁的整體剛度。經(jīng)試驗檢測結(jié)果可知，本工程中跨跨中部位在行車荷載作用下，其跨中下?lián)犀F(xiàn)象有所改變，下?lián)现祻脑瓉?0.03 mm降至了56.27 mm，邊跨撓度同樣也有所下降。整體來講，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對于橋梁加固施工具有良好的應(yīng)用效果。

6 結(jié)束語

綜上所述，自改革開放以來，我國交通事業(yè)快速發(fā)展，橋梁作為道路橋梁的重要組成部分，其數(shù)量也在成倍增長。然而，隨著橋梁數(shù)量的迅速增加，大量橋梁病害也不斷顯現(xiàn)，尤其是上世紀(jì)80年代修筑的橋梁工程，很多橋梁已變成了危橋、舊橋，其使用性能已無法滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的安全事故。為此，必須采取切實可性的措施，加固橋梁結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性，保證結(jié)構(gòu)安全。相比其他加固技術(shù)，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)更具優(yōu)勢，不僅能夠有效提升橋梁結(jié)構(gòu)承載能力，還對交通干擾小，具有良好經(jīng)濟效益。

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