旧桥加固体外预应力应用的探讨

程仁华

旧桥加固体外预应力应用的探讨

程仁华

（福建省高速公路养护工程有限公司，福州350001）

摘要本文结合厦漳高速公路西溪大桥加固实例，介绍了旧桥加固体外预应力施工流程、计算、施工注意事项，供同类工程施工参考。

关键词桥梁旧桥加固体外预应力应用

随着我国交通事业的快速发展，75%以上的桥梁都处于超负荷工作状态，部分旧桥老化、破损严重，甚至设计荷载等级已不能满足使用要求，需要及时根治。在需要加固的旧桥中，针对旧桥承载能力的不足，可以利用原有的混凝土结构，在桥梁结构的受拉区施加体外预应力，使其产生与原桥的不利弯矩方向相反轴向扭力和弯矩，以抵消部分自重应力减小活载应力，从而提高原有结构承载力，以满足使用要求。采用体外预应力加固技术，可以避免桥梁的重建，大大降低工程成本，而且技术成熟、可靠，具有较高的推广价值。现对厦漳高速公路西溪大桥体外预应力加固计算方法作简单介绍，并对一些施工质量控制进行分析探索。

1　桥梁概况

西溪特大桥位于福建省漳州境内，是厦漳高速公路的组成部分，桥梁桩号为K2339+966.39，上跨九龙江西溪，全长1389.98m。该桥上部结构为9孔25m预应力混凝土T形准连续梁+35.4m+11孔50m+35.4m预应力混凝土箱形连续梁+22孔25m预应力混凝土T形准连续梁；下部结构为钢筋砼实心双柱式墩，钢筋砼肋板式台；钢筋砼钻孔灌注双排桩基础，钢筋砼钻孔灌注双排桩基础；引桥设四氟板式橡胶支座，主桥设GPZ盆式支座；桥面设GQF-MZL型橡胶伸缩缝。

该桥于2009年4月进行过一次桥梁外观检查，评定为三类桥，后组织过相关维修加固；2012年9月对该桥又进行外观检查，主要病害表现为：T梁翼板少量纵向、斜向裂缝；T梁梁体少量剥落、露筋、麻面、流白灰；少数支座剪切、偏压、老化开裂。经桥检发现箱梁梁底跨中位置的横向裂缝为新产生裂缝，裂缝发展较快，综合历次检查结果初步判定，该类裂缝可能是由结构受力引起的。于是对该桥结构性裂缝病害采用体外预应力进行加固，提高结构承载能力，使其满足汽20，挂120荷载等级。

2　体外预应力加固流程及方法

2.1加固流程

制作加工各类钢铁件→钢铁件防腐处理→施工放样及钢筋位置探测放样→制作环氧胶液及环氧砂浆→锚固点、滑块、固定支座施工→预应力钢索安装及张拉→钢筋接头处理及防腐→恢复桥面及交通。

2.2加固方法

根据施加预应力的方式不同，桥梁体外预应力加固常用的方法有：横向收紧张拉法、纵向张拉法、竖向张拉法和预弯梁法等。

2.2.1横向收紧张拉法

若梁的两端间距很小时，一般采用横向收紧张拉法。此法是在梁的下缘对称梁中线安装预应力筋，在距梁端适当距离处弯起并通过支点锚将梁端锚固在钢板上。水平段的预应力筋用撑棍分成若干段，两端的撑棍还起到支点的作用。在每段中点用拉紧螺栓将两对称筋收紧，拉杆即产生预应力。

2.2.2纵向张拉法

纵向张拉法是沿预应力筋的轴线施加预应力的方法。预应力筋沿梁底布置，直到梁的两端构造弯起于锚固梁的腹板或顶板上，再沿梁底或梁顶进行纵向张拉，以减小梁端的剪力。

2.2.3竖向张拉法

当采用纵向张拉法不便施工时，可采竖向张拉法。此法采用在梁肋两侧对称布置预应力筋，一般在梁端肋侧锚固，在预应力筋中部竖直向上张拉，在梁肋底部用小横梁固定预应力。横梁的作用在于固定竖向张拉产生的钢筋预应力。

2.2.4预弯梁法

以上三种方法，主要是解决梁下缘开裂的问题，有时为了防止梁上缘的开裂，可以采用预弯梁法。以下举例说明此种方法：某简支钢板梁桥，由于荷载的增大，不仅需要改善钢板梁的受力状态并要提高桥面板的刚度。前者采用体外预应力筋加固，后者采用增厚桥面板的方法解决，为了抵消体外索张拉后在桥面板内产生的拉应力，缓和新增桥面板混凝土收缩引起的拉应力，在浇筑之前，先搭设支架将梁顶起，待新浇桥面板达到一定强度后再落下支架，让桥面板在梁的自重下产生一定的扭应力，然后再张拉体外预应力筋，对钢板梁和桥施加轴力和弯矩。

3　西溪大桥加固目标及流程

通过本次桥梁的维修加固，提升本桥的耐久性、使用性能，确保桥梁的正常使用。加固后的箱梁跨中截面抗弯承载力将提高20%左右，同时提高箱梁跨中截面正应力储备。西溪大桥加固施工流程如下：

（1）箱梁裂缝进行封闭处治；

（2）箱梁局部进行粘贴钢板加强；

（3）测定箱梁原钢束、钢筋位置；

（4）安装钢制转向块锚卡；

（5）穿布预应力钢束；

（6）绑扎构造钢筋、浇筑混凝土；

（7）张拉预应力钢束、管道压浆及封锚。

4　西溪大桥加固工况计算

分三种工况计算。

工况一：按原结构条件分析计算，即原旧桥的结构力学分析；

工况二：箱梁增大截面新增截面不参与结构受力，仅以自重的形式施加于主梁上，即在旧桥上加上砼自重后未张拉时的结构力学分析；

工况三：箱梁增大截面.新增截面与原结构共同受力，截面刚度增加，共同承担活载及温度荷载。

计算时对每个工况的计算结果均进行分析，保证在加固施工过程中箱梁受力安全，并给出了在最不利荷载作用时箱梁承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算结果，此施工过程中应加强对原旧桥的监控观测，以确保结构安全。

5　西溪大桥加固前后对比

对本桥加固前、后分别进行计算分析，箱梁各控制断面承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算结果比较表（举第一联为例）如表1所示。

表1　计算结果比较表

根据表1可以看出：加固后支点断面上缘，正应力储备增大，承载力安全系数降低；对跨中断面下缘，正应力储备及承载力安全系数均有増大，其中计算加固后的正常使用极限状态下支点上螇最小压应力为 16MPa （2#墩附近），箱梁跨中下螇最大拉应力为1.32MPa（第十二跨跨中下螇），均满足A类构件要求，加固完后箱梁最大主拉应力为1.92MPa（2#墩顶附近）。本桥原箱梁截面抗剪承载力最小安全系数为1.03（1#墩顶附近），满足规范要求。

加固前、后箱梁跨中截面刚度计算分析：经计算原设计箱梁跨中截面抗弯惯性矩l=6.4134m4，加固完后箱梁跨中截面抗弯惯性矩1=7.5059m4，故加固完后箱梁跨中截面刚度较加固前提升了17.1%。

6　体外预应力施工注意事项

（1）砼浇筑前新旧连接处的处理要到位，砼浇筑过程中不得通车，避免对砼进行干扰。

（2）在施工体外预应力前应把所有的桥梁病害处理完毕。

（3）浇筑好新增构造后应加强养生，使其立方体强度达到90%以上后，方可进入张拉工作。

（4）箱内新增预应力钢束应逐跨施工，钢束张拉时严格遵循横桥向两侧腹板钢束对称、同步张拉原则。

（5）预应力束的张拉应严格按《公路桥涵施工技术规范》 （JTG/TJ23-2008）中的有关技术要求进行，严格以吨位和引伸量实现双控。

（6）张拉过程中应对新增锚固端、转向块区域进行观测，如有异常情况发生，应立即停止作业。

（7）预应力钢束（筋）张拉完后，应尽早进行孔道压浆，压浆用水泥的标号不得低于M50，孔道压浆采用真空辅助压浆技术并切实保证压浆质量。

参考文献

［1］刘来君，赵小星.桥梁加固设计与施工技术［M］.北京:人发交通出版社，2004.

［2］盛超.体外预应力技术在工程加固中的应用与发展［J］.山西建筑，2006.

［3］廖倩，田宁.旧桥加固中的体外预应力应用［J］.四川建筑，2006.