桥梁体外预应力加固技术研究

贾宝成

商丘市公路管理局，河南 商丘 476000

随着我国的经济建设迅猛发展，重载车辆逐年增多，超载频繁，桥梁的运营环境严重恶化，再加上设计、施工中一些环节注意不够，导致桥梁出现各种病害，主要表现为：

1）桥面铺装层出现以沿板间企口缝的纵向裂缝、坑槽和塌陷为主要形式的病害；

2）梁板间企口缝结构混凝土破碎、脱落、塌陷，荷载有效的进行横向传递，出现单板受力现象。同时该桥型桥面的病害，虽经管养单位的多次维修与养护，仍不能有效防止其产生，桥面的病害在维修后，很快便又发生。

通过对16m、20m等跨径的空心板进行核算分析，认为造成这些病害的原因很大程度上是空心板设计理论应用不当引起的。本文从分析理论着手，结合一种新型的“自流式灌缝高强材料”，采用了横向体外索预应力技术（HVM可换式体外索），使空心板横向下缘处在受压状态，平衡了横向弯矩，消除了应力集中的薄弱环节，与以前国内外同类病害的处治方法相比，横向预应力技术处治斜交空心板桥梁病害的方法是治本的办法，且工艺新颖独特，方便实用。

该桥型系列结构病害的产生严重影响了桥梁正常使用功能的发挥，直接降低了桥梁结构的承载能力，危及到了桥梁的结构安全，是交通安全运输的重大隐患。研究该桥型此系列结构病害的产生、发展的机理以及采用横向体外索预应力技术防治、加固措施对病害进行处理，对于保证该桥型桥梁的结构安全和正常使用具有重大的现实意义和直接的工程应用价值。

高速公路、国道、省道上该桥型此系列的结构病害，是近来随着我国大量重载交通和公路建设的发展而出现的新情况。由于其桥型的特点，当前对该类病害的产生机理和防治措施进行系统研究的较少，本文就是针对该桥型的系列结构病害，从工程实践和理论分析两方面，对其产生和发展的机理，及其根本防治措施进行系统研究，进而研究出针对该桥型的同类结构病害的整套防治技术措施，同时也为该桥型的结构设计提供技术建议。

商丘市民权立交桥为2001年修建的跨径20m的斜交15°空心板桥，因铰缝混凝土脱落，桥面铺装沿铰缝位置出现纵向裂缝，形成了明显的单板受力现象，对该桥的第一跨进行了体外预应力加固技术，该种方案很好的改善了本桥的使用性能，杜绝了病害的发生，本文对已经实施过的民权立交桥为例说明一下主要的加固施工工艺及要点：

在对桥面系进行改造前，应对原桥面标高进行测量，以便新的桥面铺装做好后可以与之进行校验复核，拆除过程中尽量以人工和小型机械方式进行，清除空心板铰缝之间的破损混凝土，并在铰缝中灌注高强无收缩灌浆料，灌缝料顶面预留1cm～2cm，以便养生及观察铰缝混凝土有无透水现象，高强无收缩灌浆料应满足如下要求：

1）应遵照产品要求选择适宜的用水量控制流动度，采用传统灌浆方法时，对于≧10mm的板缝，流动度以≧30cm为宜；对于≧5mm的板缝，流动度以≧32cm为宜。采用顶部打孔和底部减震微创灌浆方法时，流动度以≧33cm为宜，灌浆料拌制用水宜用饮用水；

2）由于市场上目前供应的灌浆料只有极少数能够达到《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T 50448-2008）中规定的竖向膨胀率的要求，因此在采购灌浆料时，应向生产厂家提出明确要求，从而保证所购灌封料即具备硬化前膨胀，又具备硬化后膨胀的性能；

3）由于灌浆料的强度与膨胀性相互制约，因此灌浆料的初凝时间应≧3h，即选择缓凝早强型灌浆料，当板缝狭窄灌浆困难时，现场可用2mm筛网将≧2mm骨料筛除后使用；

4）施工后的机具应及时用水清洗干净，以备下次使用，材料运输过程中，应采取防雨措施；

5）材料应置于阴凉、干燥处储存，保质期3个月，超出保质期复检合格后方可使用；

6）现场使用时，严禁在灌浆料中掺入任何外加剂、外掺料。

顺桥向间距10cm种植钢筋，梁板之间的钢筋搭接在一起，以便更好的增加整体性，植筋钻孔宜采用水钻成孔，为了在植筋过程能保持干燥，故应先植筋，后处理新老混凝土的结合面。植筋工艺：定位-钻孔-清孔-钢筋除锈-锚固胶配制-植筋-固化、保护-检验。

在板底进行横桥向粘贴碳纤维布，按产品生产厂提供的工艺规定配制树脂并均匀抹于所要粘贴的部位，表面不平的位置采用专用找平材料修补，用特制的滚筒沿纤维单一方向滚压时不得损伤碳纤维布，多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面指触干燥时即进行下一层的粘贴，在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹树脂，碳纤维布加固施工要注意的几点：

（1）基面处理

基面处理的好坏直接影响到碳纤维的加固效果，因此对于粘贴部位的混凝土表面必须反复打磨平整，去除混凝土表面的劣化部分并于涂刷底层树脂前用吹风机清理干净。

（2）碳纤维布裁剪

碳纤维布采用现场裁剪，分段粘贴的方式，在碳纤维布的搭接部位做好标志，确保碳纤维布之间的搭接长度不少于10cm。

（3）粘贴滚压

粘贴过程中要用专用滚筒沿纤维单一方向反复滚压，挤出气泡使树脂充分侵润碳纤维布。

（4）温度影响

要注意环境温度变化对树脂固化的影响，如气温低于要求则停止施工或采取必要的保温措施。

在该跨两侧植筋绑扎模板，现场浇注牛腿，在钢筋骨架内安装套管，无粘结预应力筋按照计算长度下料，将无粘结预应力筋穿入套管内，最后浇注混凝土，当混凝土强度达到95%时，安装单孔工作锚具，用高压油泵和单根张拉千斤顶配套使用将无粘结预应力筋（体外索采用国产高强低松弛钢绞线，外包HDPE及防腐油脂保护层，其标准强度为1860MPa）张拉至设计张拉力（每根钢绞线控制张拉力为169.3kN），然后锚固，各束钢绞线的张拉顺序为以跨中为准，对称张拉，张拉时钢绞线伸长量的误差范围内应控制在计算值的±6%之内，本桥牛腿设置间距为自板端纵向间隔1-2-3m设置，共设置7道横向预应力筋。

浇注防水混凝土，混凝土施工前必须做好配合比试验，综合考虑施工程序、工期安排、环境影响等各种因素，通过试验，避免混凝土强度减小及混凝土收缩徐变的不良影响。拌制混凝土的原材料要求：水泥应使用同一厂家同一品牌的普通硅酸盐水泥，粗骨料采用碎石，水灰比不大于0.42，砂宜用中粗砂，外加剂只允许用行之有效的减水剂。混凝土试件要求在同等环境条件下进行养护。混凝土的内在质量和外观均应严格控制。混凝土浇筑时应保证浇筑进度和振捣密实，所有工作缝应认真凿毛清洁，确保新老混凝土的结合强度，并应注意混凝土的养护。所有混凝土外表面均应做到平整、光洁。

在本桥进行体外预应力加固处理后，本桥至今未发现铰缝混凝土脱落及单板受力现象的发生，预应力砼梁（板）加固方法的选择直接影响桥梁质量、营运安全和使用寿命，务必引起各从业单位及从业人员的高度重视，切实抓好每道工序，每个环节的质量控制，确保梁板加固工程质量。

[1]公路桥涵施工技术规范.

[2]公路工程质量检验评定标准.

[3]公路工程技术标准.