体外预应力加固技术在桥梁加固中的施工分析

文/肖祖伟

1 前言

体外预应力加固技术是目前最为普遍的一种前后预应力体系形式，在时代的高速发展进程下，已经是预应力应用技术的要点。该技术通过预应力筋的布置方式在混凝土结构系统外设置预应力结构形式，对比分析该技术和传统预应力筋布置的形式，具体是粘结或者无粘结预应力的形式。当前的体外预应力技术被大量的应用到预应力混凝土结构、大跨度的建筑工程中，并且能够加固施工混凝土桥梁结构。体外预应力技术优势如下所示：简化预应力筋曲线、降低摩擦力；混凝土结构尺寸相对比较小，能够有效减小自重；可以根据需要进行预应力筋的更换处理，做好系统功能的检测和维护；施工操作简单便捷。因为预应力筋和混凝土截面是处于分离的状态中，能够保证结构的整体性和耐久性得以提升。

2 技术组成

桥梁为公路项目的重要组成结构，当前我国很多的桥梁都是在20 世纪70～80年代设计和建设的，运营时间相对比较长。早期建设的桥梁项目技术标准比较低、承载性能比较差，严重影响交通的正常运行，尤其是当前很多重型、大型车辆进入到交通道路中，导致公路运行的安全性、通畅性难以满足要求，桥梁在运行中因为自然环境和使用条件的侵蚀影响。当前有些公路桥梁项目因为设计水平比较低根本不能满足交通的运行需要，桥梁无法发挥出应有的作用，严重阻碍我国交通领域的发展。对于旧桥、危桥可以实施必要的加固施工，使桥梁的预应力效果满足要求，桥梁的运营质量合格，有效促进我国交通运输行业的发展和进步[1]。

3 桥梁加固改造技术

目前在体外预应力技术进行桥梁加固施工中，选择使用不同的预应力方式所达到的效果不同，下面将重要介绍几种应用广泛的施工方式。

3.1 横向收紧张拉法

梁体结构两侧的间隙比较小的情况下，可以选择使用横向收紧张拉法进行施工，该方法是在梁体下部位置上对称桥梁中线设置预应力筋的形式，然后在相应距离的梁端位置上弯起使用支点直接锚固在锚固钢板上，以U 型的形式存在。水平段的预应力筋可以使用撑棍将其分为比较多的段落部分，两侧撑棍能够起到支撑作用，各个部分需要使用螺栓进行对称张拉收紧施工，拉杆就能够形成预应力。

3.2 纵向张拉法

纵向张拉法是根据在预应力筋的轴线中施加预应力的方式。预应力筋需要沿着梁底的方向上进行设置，到量体两侧的位置上布置导向块位置上弯起，直接锚固在梁体的腹板与顶板的结构上，再根据这些位置的需要进行纵向张拉施工，有效降低梁端剪力。纵向张拉锚固的结构主要包含梁顶锚固和腹板锚固。体外预应力筋张拉施工方式和结构组成有着明显的关系，张拉位置需要从梁顶按照斜筋的方向进行张拉作业，也可以在梁底的位置上进行水平方向张拉施工，此时要和预制混凝土梁保持一致性。

3.3 竖向张拉法

如果选择纵向张拉施工的方式不能有效开展施工，就要更换为竖向张拉的方式。该方式主要是通过在梁肋两侧对称设置预应力筋的方式，一般都会选择梁端肋的锚固施工方式，预应力筋可以利用竖直方向中进行张拉作业，依照项目的实际状态，横梁可以根据需要设计成为锚固梁肋内的滑动预应力筋的固定支点或者梁底的结构部分进行活动支点布置。

3.4 预弯梁法

上述几种方式的应用之下，能够有效改善梁体下缘开裂的问题，避免上缘部位出现开裂的问题，主要是通过预弯梁法进行施工。比如某简支钢板梁桥的项目，因为荷载逐步的提升，改善钢板梁受力情况，保证桥梁的面板刚度符合要求。体外预应力加固作业方式符合技术标准，利用增加厚度的方式保证承载性能的提升，可以有效抵消外索张拉施工后的面板拉应力，消除混凝土收缩所产生的应力问题。在浇筑施工前，应该先进行搭设支架部分的主梁结构，和新浇筑的桥面组合成为整体的结构[2]。

4 加固实例

4.1 桥梁简介

某桥梁项目的总长度为304．86m，跨径尺寸是：3×20m+（20+40+60+40+20）m+3×20m，横向布置：2×（护栏0．5+非机动车道3．0+护栏0．25+行车道8．5+中央隔离带2．5/2）=27m。该桥梁在经过多年的交通运营后，引桥腹板、翼板都会有很多问题。腹板裂缝主要以竖向、斜向的形式为主，在T 梁端部和中部的位置上都存在有该裂缝问题，其长度处于25cm～158cm，宽度处于0．03～0．26mm。

4.2 加固方案

结合项目的具体状况，该工程中应用的体外预应力技术完成加固作业施工，每片T 梁两侧各增加2 束9×φ15．24-1860 级钢绞线，张拉控制应力1395MPa，钢绞线需要按照该梁体结构的侧面设计成为曲线形式，同时把预应力筋按照3 跨的方式合理设置，利用张拉施工增设的预应力筋结构达到体外预应力的加固要求，保证结构的性能符合要求。为了让曲线线形固定到钢绞线的具体位置上，在T 梁测量需要设计成为分级的张拉施工方式，能够有效防止出现预应力损失过大的情况。

4.3 加固施工工艺

加固施工需要按照设计方案和施工工艺进行，保证预应力施工效果，满足当前的桥梁交通运行工程的要求。

4．3．1 种植钢筋。体外预应力加固技术在应用中，通过使用锚固齿块和转向块直接锚固在合理的位置上，有效避免给当前桥梁的预应力管道产生影响。根据桥梁工程的竣工图实现现场的探查和分析，确定预应力筋的施工具体位置。在施工环节，要随时了解钻孔的实际情况，如果发现有预应力要立即上报给主管部门。梁体钻孔结束时，立即开展清孔作业，然后进行植筋施工，防止存在钻孔数量过多的情况。钻孔中如果遇到钢筋，就会造成深度不足，进而导致该孔成为废孔，应使用高强度环氧胶进行填塞处理。

4．3．2 齿块、转向块混凝土浇筑。浇筑施工开始前要进行齿块、转向块模板安装状态的分析，齿块为体外预应力施工中的锚固具体位置，能够承载结构的压应力与剪切应力。在该位置上，需要进行植筋施工，混凝土浇筑、振捣施工都要达到密实度的要求，不能存在蜂窝、孔洞等缺陷问题，也不能有漏浆、胀模的情况，如果有情况，要立即采取措施处理[3]。

4．3．3 管道安装。采用HDPE 管道，安装施工应该保证位置精度合格，牢固性、稳定性达标。

4．3．4 预应力筋准备。下料长度要严格控制，符合工作长度的标准，通过使用钢筋切断机进行钢筋的长度切割，不能使用电弧焊进行钢筋切断处理。

4．3．5 预应力束安装。为了全面提升施工的效率和速度，单根钢绞线可以通过工装进行整束的固定，在工装中安装牵引吊耳。钢绞线要合理进行编号，两侧都需要进行锚具孔的编号处理。钢绞线安装后根据其对应关系实现锚具的安装，不能存在交叉、干涉等问题。在T 梁的端部位置上设置1t 卷扬机，钢丝绳需要进行穿越金属波纹管，然后连接工作中的牵引吊耳。开启卷扬机，利用牵引实现整束钢绞线的穿越施工。

4．3．6 预应力束的张拉。钢绞线长度为56m，以曲线的形式分布设计，张拉施工环节可以同时进行两侧张拉施工，严格控制应力参数，保证钢绞线伸长量达到技术标准。本次工程中所应用的张拉力为1390MPa，单束张拉力为2289KN。从现场的施工技术参数分析可以发现，伸长量与理论值偏差为2%，满足规范6%的要求。

4．3．7 管道注浆。注浆施工需要在预应力筋张拉施工结束的48h 中开展施工。预应力管道的各个波峰的位置上进行排气阀的安装施工，每个波谷的位置上都需要设置排水阀。相同的预应力管道中，应该连续进行注浆施工，保证排水孔、排气孔全部都涌出相同浓度的浆液后，进行封闭处理，连续稳压2min 结束注浆施工。

4．3．8 锚头防护。体外索张拉施工后，应该根据设计方案的标准进行浇筑封锚砂浆来做好锚头的防护处理[4]。

5 加固效果

施工全部结束后进行桥梁的检测，和加固前进行对比分析，桥梁整体性得到提升，梁体强度与刚度都能够满足要求，从而提升加固施工效果，保证桥梁符合标准要求。体外预应力加固施工技术有着如下优势：

5．1 操作简单、受力效果比较好，经济性非常强，能够应用到多数的桥梁工程中。

5．2 可以提升桥梁加固施工效果，有效预防混凝土裂缝，减小宽度，桥梁耐久性得到提升。

5．3 体外索转向块、齿块的设计、施工中体外索加固效果得以提升，避免出现锚固失效的情况。

5．4 按照使用的材料不同，体外索防护是提升结构耐久性的关键，要结合不同材料选择合适的防护方法。

6 应用前景分析

体外预应力加固施工已经成为目前的桥梁加固主要方式，极大促进了桥梁领域的发展和进步。1979年所建设的格朗梅尔大桥项目，在1986年正式投入使用，跨中挠度为300mm，因为季节的产生影响导致其出现了很大的变化。管理公司确定在1991年对于该桥梁实施必要的加固施工，完成后实施挠度检测，伴随着时间的发展有着非常高的稳定性，挠度得到了有效控制，说明加固效果是非常好的。法国的Oleron高架桥，承载性能比较差，难以满足交通运行的需要，于1990年采用4 束35×0．6 预应力钢索实施必要的加固处理，能够满足整个系统的运行需要[5]。我国是在20 世纪80年代就开始全面深入研究，同时在具体的应用中合理应用体外预应力技术实施桥梁的加固处理，得到了非常高的实践应用价值，产生了极高的社会效益。该发展阶段内，桥梁加固施工中所应用的是普通钢筋材料，通过预应力的方式进行加固处理，主要是通过横向收紧或者竖向顶撑的施工方式。因为在施工中所选择的加固方式主要是针对中、小跨径的钢筋混凝土简支梁的体系形式。伴随着预应力技术的发展和进步，我国的体外预应力技术被大量的应用到很多工程中取得了非常好的效果。从实际经验分析能够发现，通过体外预应力方式进行加固，所产生的效果是非常好的，未来必然会有更加广阔的发展空间，也能够带来巨大的综合效益。

7 结语

体外预应力应用到桥梁加固中有着非常高的实践价值，使用效果也非常好，能够促进承载力性能的提升，保证桥梁达到使用的标准。很多桥梁项目在投入使用比较长的时间，都会出现一定程度的损坏，所以需要选择合适的加固施工技术。而体外预应力技术就是主要方式，可以使结构总体性能得到提升，保证桥梁的应用效果满足要求，为交通领域的发展和进步起到一定的促进作用。