再谈T梁体外预应力加固办法初探应用

◎ 大同御通勘测设计咨询有限公司总经理、工程师 黎蜀雁

一、项目依据及旧桥技术现状

1、设计目的及旧桥的病害成因

项目的依据交通部第二公路勘测设计研究院于1999年对该桥进行实际观察、检测和通行载重进行制定设计规范确定指标。以一列运煤车辆的主车+挂车总重量92吨做为设计指标进行测算、设计、施工。

2、南洋河大桥T梁裂缝产生原因

近年来，山西省交通基础建设得到迅猛发展，目前，国道、省道公路网已基本形成，交通运输业日益繁荣。据公路管理部门大量调查结果分析，现有公路桥梁存在两大方面的问题。一方面，相当一部分桥梁服务期限已有10年～20年，梁体已出现混凝土破损、剥落、钢筋锈蚀、产生裂缝的现象，桥梁承载能力受到影响。另一方面，由于现在交通量增多，车辆载重增大，部分桥梁承载力明显不足，急需采用加固措施提高其承载力以适应交通需要。还有一方面在桥梁建造和使用过程中，因重型交通和偶然荷载使使用中的桥梁出现裂缝而影响工程质量甚至导致桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强对混凝土T梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝。加固旧桥将是桥梁工程界一个非常迫切的任务。

二、T梁体外预应力加固的技术分析施工工艺

山西省目前采用T梁体外预应力加固的施工工艺，加固主要集中在钢筋混凝土结构。采用T梁体外预应力加固的施工工艺加固混凝土结构主要有钢筋混凝土结构的抗弯加固、抗剪加固。本项目基于目前公路桥梁多采用混凝土以及T桥梁本身的受力特征，仅以T桥梁梁式桥的抗弯与抗剪加固作为研究主要内容。

采用T梁体外预应力加固的施工工艺加固钢筋混凝土T梁桥的抗弯加固，主要是利用预应力粗钢筋良好的抗拉性能。在设计基本原理上与采用贴钢法类似，但由于预应力粗钢筋特性又不同于贴钢法。由于公路T梁桥是一种以受弯为主的结构，存在结构受拉的一侧，具备利用T梁体外预应力加固的施工工艺利用预应力粗钢筋良好的抗拉性能。所以本项目仅以梁式桥梁作为主要研究对象。采用T梁体外预应力加固利用预应力粗钢筋良好的抗拉性能。对钢筋混凝土公路T梁桥进行抗剪加固，同样是利用T梁体外预应力加固的施工工艺增加良好的抗拉性能。T梁体外预应力加固的施工工艺在T梁抗剪加固中受力特征与普通钢筋混凝土T梁剪跨区箍筋的受力特征大体相同。以大张线省道天镇境内南洋河大桥加固为实体进行做项目研究进行技术对比分析。

1、主要加固方案比选：

方案一：采用梁体T梁体外预应力加固增强抗弯能力。

方案二：采用增大梁体横截面增强抗弯能力。

方案一施工工期短，施工工作面小，所需原材料少。且对桥梁下部结构的影响小，对桥梁原有结构变化小。但造价较方案二低。

方案二施工工期长，施工工作面大，所需原材料繁多。且由于梁体构件的增大加大了桥梁下部结构的荷载。减小了桥下净空。但造价较方案高。

根据综合考虑由于南洋河大桥位于天镇大张线的交通咽喉，年平均交通量达6000次/昼夜，而且重型车量多，交通任务十分繁重若采用“方案二”用增大截面来提高工字量的承载力和梁的抗弯拉能力，不仅需要长时间阻断交通，且造价十分昂贵，增加桥梁本身的自重，对原来的梁体破坏较重。认为加固后的通行持续年限时间有较大影响。

“方案一”施工也是本文的重点研究的内容。公路桥梁在采取T梁体外预应力加固修复补强技术措施后，在确保了桥梁的安全、完整、耐久、适用的同时没有改变桥梁横截面尺寸及其重量。经过采用T梁体外预应力加固修复补强技术措施加固后。加固后的T梁的整体承载能力，经过观察已经超过汽车--20、挂车--100的荷载标准。满足了公路交通营运要求。

2、主要的施工工艺的对比：

I、T梁体外预应力加固主要施工工艺有：桥面铺装凿除改换C40钢筋混凝土、重新焊接横隔板、在原有T梁上悬挂预应力钢筋施加应力、用环氧混凝土进行铆固、焊接、涂刷优质防锈漆、养护。与传统加固方法相比，采用T梁体外预应力加固补强公路桥梁所需施工工作面小，材料种类少，不需要大型施工机具而且需要的施工人员也较传统加固方法少。现有的采用T梁体外预应力加固补强公路桥梁施工工艺的对比和进行大量的试验，本项目对现有的施工工艺进行了如下完善：①桥面钢筋网的布置和普通网有非常严格的界限，布置时应考虑受T梁施加预应力的影响决定具体位置；②横隔板的焊接钢板的搭接长度必须满足设计要求。而且要求是电焊，不能有焊伤；③预应力钢筋的下料长度须有很高的精度（因为受张拉应力控制和预应力钢筋伸长量的控制）；④张拉架的制作必须满足预应力施加时的刚度要求；⑤手持应力应变仪必须按规定进行标定；⑥根据纵向张拉力129KN、横向张拉力50KN控制应力拌手的扭矩和伸长量；⑦预应力粗钢筋的焊接和铆固可采用电弧弧焊。

a、水平筋与斜筋：由高强螺纹粗钢筋组成，其作用是施加预应力提高梁的承载能力。

b、梁端锚固：先将梁端部分混凝土桥面板凿掉，将梁端顶面上角凿成与斜筋倾斜方向相垂直的斜面（避开局部架立钢筋和箍筋），在T梁梁勒上开凿与斜筋方向相同的穿孔，然后，将用钢板制作的支承垫座用环氧砂浆固定在已凿好的梁端斜面上。斜筋下穿过横隔梁，再用张拉架进行张拉并用螺母锚固在支承垫座上，最后用电焊将锚头封闭。

c、水平滑块（钢契）：由联接斜筋和水平筋的活动滑块支承座和固定在梁底的支承钢垫组成，其主要功能是通过滑块的水平滑动，以调整斜筋与水平筋之间的内力分配比例，并使表面受力趋于均匀。

II、体外预应力筋梁在外荷载作用下，表现出良好的非线性特性，在一般情况下，不必考虑预应力筋的应力增量，同时，体外预应力筋梁具有良好的位移延性，且具有优良的恢复力特性。

III、由于南洋河大桥位于天镇大张线的交通咽喉，交通任务繁重，如果用传统加固方法施工工期过长将对交通带来诸多麻烦，且桥墩基础为扩大基础，桥下有流水，增大桥墩的承重尚许考虑地基承载力的要求，整体加固造价提高，且会进一步延长工期。增加施工成本。

3、得出相关结论

①采用T梁体外预应力加固混凝土T梁进行抗弯加固能够有效提高公路桥梁的抗弯性能，增大公路桥梁的承载能力。

②采用T梁体外预应力加固混凝土T梁在变形控制方面，能抑制裂缝的进一步扩展和挠度的进一步扩大的结论

③采用T梁体外预应力加固混凝土T梁的抗剪加固能有效提高梁体的抗剪性能，提高梁体承载能力。加固后的T梁的整体承载能力，经过数年观察已经超过汽车--20、挂车--100的荷载标准。目前运行良好。

三、经济、社会效益分析

1、经济效益

预应力粗钢筋、钢板、垫圈、环氧树脂、乙二胺、二酊脂、电焊条、加工车床、空压机、张拉架、纽力拌手、手持应力应变仪、钢筋探测器等一些常用的施工机械进口的、国产化的都比较多容易购买，因此整个工程造价非常廉价，就可以满足现在的交通通行能力，按照2000年加固决算来看，全桥的加固费用在130万元以内。比用“方案二”加固节约资金在70%以上。而且工期短、有利于环保，具有非常广阔的应用和推广前景。

2、社会效益

采用T梁体外预应力加固修复补强公路桥梁由于其施工简便、加固截面变化小、耐腐蚀等优越特点，有效提高既有桥梁使用寿命，使修复补强工程工期短，缩短了由于桥梁的修复补强工程施工而需的交通封锁的时间，并且最大限度地降低了修复补强对桥下净空的影响。同时，本项目为采用T梁体外预应力加固补强高强度混凝土T梁、工字梁提供了参考。可有效减少补强材料的浪费。积极响应了国家“建设节约型社会”的号召。