大跨径桥梁体外预应力加固工程施工方法

蒋志强

(广西高速公路投资有限公司，广西 南宁 530021)

大跨径桥梁体外预应力加固工程施工方法

蒋志强

(广西高速公路投资有限公司，广西 南宁 530021)

对桥梁施加体外预应力的加固方法，从结构上可改善桥梁的受力性能，并恢复和提高桥梁的强度、刚度和耐久性，能防止和控制桥体的裂缝生成，避免或阻止钢筋受蚀，使桥体线形达到设计要求。文章结合洛维大桥加固工程实例，介绍了大跨径桥梁体外预应力加固施工方法，并阐述了该工程加固方法的优越性。

体外预应力加固；自密实混凝土浇筑；体外预应力钢索施工

0 引言

体外预应力是指布置与承载桥梁结构本体之外的钢束张拉而产生的应力。对桥梁施加体外预应力主要是指在桥梁结构的受压区施加体外预应力，使其产生与原桥中的不利弯矩方向相反轴向压力和弯矩,以抵消部分自重应力并且减少活载应力，从而提高桥梁的承载能力。由于桥梁施加体外预应力具有结构自重轻，预应力损失和应力变化幅度小，施工工期短，维修方便等优点，已被广泛应用在新时期的桥梁建设及加固过程中。

洛维大桥位于国家高速公路(G72)的柳州至南宁高速公路路段，起点桩号K1267+318.82，终点K1268+016.82，总长698 m，桥跨组合为(3×30+80+125+80+10×30)m，主桥为(80+125+80)m单箱单室连续刚构，桥面总宽28 m。主桥桥墩为双肢薄壁墩，箱梁顶横坡为2%，箱梁宽度分别为：顶13.5 m，底7.0 m， 悬臂3.25 m； 支点处高6.80 m，底板厚度0.8 m，跨中高2.5 m，底板厚度0.32 m，悬臂部分箱梁采用变截面，箱梁高及底板厚度均采用2次抛物线渐变完成。该桥1998年投入使用以来，随着经济的发展，交通量迅猛发展。经过16年的运营，由于种种原因，连续刚构的主箱梁出现了以下病害：箱梁边跨内现浇段至L/2和主跨L/4至3L/4的腹板内外表面斜裂缝，裂缝增长速度较快，同时也存在较多的已修补裂缝重新开裂的情况，可见裂缝有不断扩展的趋势。箱梁顶板底面存在较多纵向裂缝，新的裂缝增长速度较快，已修补裂缝存在重新开裂的情况，顶板底面裂缝也有不断扩展的趋势，裂缝最大宽度为0.2 mm。由于该桥梁存在以上病害，经过方案比选及论证，拟采用在箱体内部布置体外纵向预应力钢束，以提高桥梁的承载力使其达到公路-Ⅰ级标准，适当降低腹板主拉应力，并遏制裂缝的施工措施。文本就此进行了该类型桥梁病害的分析和探讨[1]。

1 维修加固措施

本次加固采用的体外预应力钢束均为腹板弯起束，中跨设置6束19φs15.2mm规格的低松弛钢绞线束(见图1)，边跨设置8束12φs15.2mm规格的低松弛钢绞线束(见图2)。

体外预应力索由环氧钢铰线和外护套、防腐材料、转向装置及锚固体系组成。外护套主要起防腐作用，为高密度聚乙烯管(HDEP)，在转向块处设置转向钢管，锚固体系采用可调索换索的锚具。张拉应力取钢绞线标准强度的45%(σk=837MPa)，边跨钢束12φs15.2mm的张拉力为140.6t，中跨钢束19φs15.2mm的张拉力为222.6t。

2 施工工艺流程[2]

施工准备→体外预应力钢束预放线→齿板、隔板位置放样→横隔板开孔→凿毛、开剪力槽→植筋→钢筋安装→预埋件安装→模板安装→自密实混凝土浇筑及养护→钢束穿束及锚具安装→钢束对称均衡张拉→测量桥梁线型(监控单位)→减震器及保护罩安装。

图1 中跨体外预应力钢束布置图

图2 边跨体外预应力钢束布置图

3 主要施工方法

3.1 体外预应力钢束预放线

按设计图纸尺寸，对钢束按坐标进行预放线，以确定原箱梁中是否存在无法逾越的障碍。

3.2 齿板、隔板位置放样

根据图纸，现场放出箱梁内齿板、隔板的位置，包括：边跨的B、C齿板，中跨的A齿板，边跨A、B、C、D、M隔板，中跨E、F、G、H隔板。放样时，从箱梁4#、5#桥墩中心线分别往两侧放线，同时以距离箱梁端部的尺寸进行校核，具体尺寸见图3和下页图4。

图3 体外预应力体系构造图(边跨)

图4 体外预应力体系构造图(中跨)

3.3 横隔板开孔

按照设计图纸，B1、B2、B3、B4钢束需要穿越4#、5#墩墩顶横隔板，Z1、Z2、Z3钢束需要穿越4#、5#墩顶横隔板以及跨中横隔板。由于在穿越横隔板处需要安装转向钢管，转向钢管最大外径B1～B4为16cm，Z1～Z3为18cm(均在喇叭口处)，故横隔板开孔直径直线段均取20cm，B1～B4曲线段均取22cm，Z1～Z3曲线段均取25cm。

3.4 钢筋及预埋件安装

按照设计图纸安装齿板及隔板钢筋，钢筋安装时，必须预留出预埋件的位置。齿板钢筋与植筋连接采取双面焊接形式，焊接长度：φ16mm钢筋8cm，φ12mm钢筋6cm。隔板钢筋与植筋连接采用搭接的形式，搭接长度必须满足规范要求。

在A齿板处，必须考虑预埋件安装与钢筋安装的互相冲突，宜采取从内侧(腹板)往外侧(箱梁中心)按照钢筋按照→Z1预埋件安装→钢筋安装→B1、B3预埋件安装→钢筋安装→Z2预埋件安装→Z2预埋件安装→钢筋安装B2、B4预埋件安装→钢筋安装→Z3预埋件安装的顺序进行施工。

按照表1的坐标定出锚垫板、转向钢管的中心位置，以中心位置为转点，调整锚垫板、转向钢管的纵向姿态以及角度，以保证钢束的平弯和竖弯平顺。在放线过程中，距离顶板较近的钢束宜以顶板为基准面，距离底板较近的钢束宜以底板为基准面，以保证钢束与原箱梁的最小距离满足设计及施工要求。

预埋件安装到位后，两端开口必须进行可靠的临时封闭处理(防止混凝土进入)，并与植筋或钢筋骨架进行焊接固定，以保证浇注混凝土时不发生变形或移位。

3.5 自密实混凝土浇筑及养护

模板安装完成经验收合格后，采用自密实C55混凝土进行浇筑，单个A齿板至少需要开4个孔，B齿板、C齿板和所有隔板均开1个孔，开孔位置选在模板内的箱梁顶面最高点处。

除M隔板分两次浇筑外(先浇筑下面的横向部分，待横向部分强度满足要求后，界面进行凿毛处理后浇筑上面部分)，其余齿板和隔板均一次浇筑成形。A齿板浇筑时，先浇两端锚头处，再浇筑中间段。

自密实混凝土浇筑过程中，必须控制浇筑速度，速度不宜过快，应慢速浇筑，但同时又要确保混凝土的扩展度和流动性满足要求。浇筑过程中严禁采用振动棒直接振捣，以防止混凝土离析，可采用橡胶锤或木槌敲击模板以保证混凝土的密实性。

按照《公路桥涵施工技术规范》进行混凝土养护，在混凝土强度达到2.5MPa后，拆除侧模板，并采取洒水养护的方式进行养护，养护时间≥7d。

体外预应力张拉必须在混凝土的养护期≥7d且强度达到设计强度的95%后方可进行。

3.6 钢束下料、穿束及锚具安装

3.6.1 钢束下料

体外预应力钢束下料长度考虑锚垫板之间的曲线计算长度、锚杯外露长度、工作锚板厚度、张拉撑脚高度、工具锚厚度、钢束下垂长度、图纸计算误差等，钢束下料在工厂加工，成品索运至现场。

3.6.2 穿束

穿束步骤如下：

(1)钢束及散索架整体运输到桥面后，在距桥面人孔10m处的桥面上安放散索架，将新钢束放在散索架上并安装固定。在钢束存放区增设防护措施及提示标志，以防钢束被损坏。

(2)检查钢束拉索在制作及运输过程有否损伤，做好钢束的进场验收和资料归档工作。

(3)安装之前查明所需钢束的编号。将钢束放索展开，放索过程需在熟练技工的指挥下进行，释放卷盘时产生应力的过程有一定危险，需制作相应放索盘，特别注意防止放索过程中将钢束或人员弹伤。

(4)在3#、4#、5#、6#桥墩顶附近桥面设置散索牵引装置，牵引装置为5T穿束卷扬机。穿束卷扬机钢丝绳先行穿过预埋管到达散索盘处，将钢束与穿束卷扬机钢丝绳相连，连接装置为5T吊带，钢束在桥面及进入箱梁时，均应在钢束下垫行走放索小车，防止钢束损伤。

(5)在散索区和第一个预埋钢管之前设一个转向定位滚轮，使钢束在牵引时能顺利进入预埋钢管。启动穿束卷扬机，将钢束牵引进入预埋钢管。牵引时注意防止新钢束与预埋钢管、混凝土结构之间的刮碰，在可能刮碰的位置用橡胶板做好隔离措施，防止钢束穿过时刮伤钢束PE，并在穿索时派人专门巡查，发现有刮碰现象，立即停止穿索，处理好后才能继续穿索。同时可在钢束上涂油脂以减少摩阻，同时配有留缆措施防止散索伤人。

3.6.3 锚具安装

按产品要求依次穿入密封装置和锚具，避免钢绞线打绞。将钢束螺母锁定在支撑筒中间。在钢束进入预埋管处及其后2m处分别作好牢固标识，作为钢束PE外护套张拉跟进预埋管长度的控制依据。

3.7 钢束张拉的方式、顺序及流程

按照设计要求，张拉应力取钢绞线标准强度的45%(σk=837MPa)，边跨钢束12φs15.2mm的张拉力为140.6t，中跨钢束19φs15.2mm的张拉力为222.6t。因此，边跨采用YCW250千斤顶，中跨采用YCW500千斤顶，千斤顶行程均为20cm。

由于钢束较长，边跨束80m左右，中跨束138m左右，且有平弯和竖弯，故采用两端同时进行整体张拉的方式。

张拉顺序按照设计及相关要求，采取对称均衡张拉：先张拉边跨各一对钢束，再张拉中跨一对钢束，之后再张拉各边跨一对钢束、中跨一对钢束，直至边跨、中跨钢束张拉完。具体顺序：B1-Z1-B2-Z2-B3-Z3-B4。

钢束索张拉时，伸长值从初应力时开始量测，在张拉过程中随时检查延伸量计算值和实际值的差值，如果>6%，立即停止，查明原因后才能继续张拉。伸长值的测量采用100cm长的钢板尺。

钢束的张拉控制应力要符合设计要求。在预应力张拉前，提前按照千斤顶的标定方程计算出各级张拉控制应力对应的每个油泵的油表读数，并制作成表格粘贴于对应油泵上，以方便张拉控制。预应力筋张拉时，应填写施工记录。

3.8 减振器及保护罩安装

(1)待体外束张拉完毕后，进行减震器的安装，减震器位置可以根据现场实际情况适当微调其位置。

(2)张拉锚固完成经验收合格后割除多余的预应力钢索。

(3)在夹片处均匀涂抹防腐油脂，安装防松压板，安装夹片防松装置，用专用扳手将各空心螺栓旋紧，以随时保持对夹片的压紧力。

(4)在锚垫板上将钢束保护罩及密封件与底座用螺检连接，保护罩最下方钻滴水孔，排泄冷凝水。

4 工程质量简述

在施工控制过程中：(1)做好施工方案、技术交底及按图纸施工；(2)把好施工材料、半成品材料的质量关；(3)工程质量的检验，除一般混凝土、钢筋混凝土工程的应有检验项目外，尚应进行钢筋冷拉、施加预应力等项目的施工检验以及预应力筋、张拉机具、锚夹具的质量检查、检验。由于施工技术措施得当，施工质量良好，达到了预测的质量效果。经过对该桥梁施加体外预应力加固，所有梁体裂缝全部合拢，恢复了桥梁设计线形和桥面设计坡度[1]。

5 结语[2]

通过以上案例表明对钢筋混凝土连续箱梁施加体外预应力，在结构上可提高桥梁的承载力，适当降低腹板主拉应力，并有效遏制了裂缝的形式；在使用年限上，延长了桥梁的使用寿命；在桥梁外观上，恢复了桥梁设计的线形，有效遏制了桥梁裂缝等病害的延续发展；在技术指标上，桥梁的各项技术指标达到了规范要求，发挥了桥梁真正的使用价值。桥梁体外预应力加固方法具有施工简单方便、结构安全可靠、易于维护、成本低等优点，非常值得应用和推广。

[1]吴中文.体外预应力加固桥梁探讨[J].科技资讯，2010(19)：71-72.

[2]朱朝东，周 力，王中魁.桥梁体外预应力加固工程施工方法[J].东北公路，2001(1)：67-69.

[3]GB/T5224-95，预应力混凝土用钢绞线[S].

[4]JTG/TJ23-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

[5]JTG/TJ22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].

Construction Method of External Prestressed Reinforcement Projects for Large-span Bridges

JIANG Zhi-qiang

(Guangxi Expressway Investment Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530021)

The reinforcement method of applying the external prestress to the bridge can improve the force performance of the bridge from the structure，restore and improve the strength，rigidity and durability of the bridge，prevent and control the crack generation of the bridge，and avoid or prevent the steel erosion，so the bridge linearity can meet the design requirements.Combined with the reinforcement engineering practices of Luowei Bridge，this article introduced the external prestressed reinforcement construction method of large-span bridges，and described the advantages of this engineering reinforcement method.

External prestressed reinforcement；Self-compacting concrete pouring；Externally prestressed cable construction

U445.7+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.016

1673-4874(2015)06-0065-05

2015-05-03

蒋志强，工程师，主要从事高速公路建设与管理工作。