桥梁维修加固中预应力加固技术的应用

王俊萍

（中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁沈阳 110136）

0 引言

近年来我国经济蓬勃发展，交通运输量不断激增，而桥梁工程作为交通运输体系中的主要构成部分，承担着重要职责。部分桥梁工程的使用年限较长，老化程度较为严重，频繁出现各类质量通病，成为交通安全隐患。但是它们尚未达到最大使用寿命，如果将其拆除重建，不仅会承担较大负担，还会造成资源浪费。因此，普遍采用预应力加固技术对桥梁工程进行维修加固处理，不仅不会改变桥梁结构体系，同时还会强化桥梁结构性能质量。

1 预应力加固技术在桥梁维修加固中的作用

在早期部分桥梁工程建设阶段，受设计局限性因素影响，桥梁荷载值相对较低，再加上受环境因素干扰和影响，部分桥梁工程频繁出现各类质量通病，难以满足交通运输需求，并存在一定的安全隐患。为解决这一问题、恢复桥梁结构性能质量，预应力加固技术在桥梁维修加固工程中得到了广泛应用。通过施加外加预应力，可以有效消除桥梁结构的应力滞后现象，从而改善结构承载性能、切实满足工程使用需求、控制桥梁维修加固成本。这也是应用预应力加固技术的意义所在。

2 桥梁体外预应力加固技术应用分析

2.1 加固方法及技术特点

在应用体外预应力加固技术时，工作人员于桥梁结构外部区域中设置适当数量的预应力筋，以钢丝绳等材料作为受力件，并对预应力筋开展张拉操作。在张拉过程中，梁体结构将产生一定的反弯矩来抵消外部荷载，从而调整桥梁结构的内力分布情况，实现强化桥梁结构抗变形以及承载性能的维修加固目的。其技术特点如下：

（1）可以抵消部分的桥梁结构原有外荷载，在一定程度上强化桥梁刚度以及承载性能。

（2）工艺流程较为简单，仅需配置少量人员及设备，即可在短时间内完成桥梁维修加固作业。

（3）在施工过程中，不会对桥梁工程的正常使用造成明显影响。

（4）结合实际施工情况，可以适当调整原有桥梁结构的受力状态以及几何形状，从而控制桥梁挠度使部分裂缝得到闭合处理，进而延长桥梁工程的使用寿命。

目前这项技术主要用于维修加固T形梁等结构的桥梁工程。

2.2 工艺流程及应用要点

以某桥梁维修加固工程为例，在应用体外预应力加固技术时：①施工人员优先对表面结构进行处理、清除污渍杂质；②开展施工测量作业，对锚板以及预应力筋的施工位置进行测量、标记；③依次对各处预应力筋与锚板进行安装；④开展预应力筋的张拉操作，在张拉完毕后对其进行锚固处理；⑤对锚具与各类配件进行保护处理，如在锚具表面涂刷适当厚度的防腐漆层。

在应用过程中技术人员应注意：①注重提前沿桥梁侧面结构设置钢绞线等受力材料；②在桥梁结构体外设置索锚，并采取固定处理措施，如利用若干定位装置将索锚固定；③结合实际情况选择适当的拉杆加固方式（常用的加固方式有复合式、直线式等），当原有桥梁结构的正截面抗弯性能与承载性能较差时优先采取复合式拉杆加固方式，下弦杆拉应力较差时则采用直线式拉杆加固方式；④准确算量桥梁工程的水平钢筋拉力，主要参照计算结果来合理制定桥梁体外索锚配置方案。

2.3 优劣势分析

优势：①在应用体外预应力加固技术时，不会对桥梁工程的原有结构与截面尺寸参数进行调整，可以将桥梁结构自重荷载增量值控制在较小范围以内；②在施工条件允许前提下，通过设置钢索，将梁体结构与锚固处进行连接处理，将不会对周边构筑物造成粘结影响，同时预应力变化幅度较小，实际使用效率较高，并不会损失过大的摩阻力；③在后续桥梁维护保养过程中，可根据实际加固需求，对所设置钢索进行调整；④钢索布置灵活度较高，技术人员可结合桥梁性能质量与结构情况，合理选择预应力筋布置点位。同时，在预应力筋布置过程中，不影响工程的正常使用；⑤可以重点控制桥梁结挠度以及结构缝隙。

劣势：①在技术应用过程中，将面临环境因素与过往车辆振动因素的干扰影响，以此为诱因引发各项施工问题的出现；②在桥梁结构的转向以及锚固部位，往往会出现应力过于集中的现象，要求所配置夹片、锚具等配件具有良好的性能质量与预应力筋强度相匹配，导致工程施工成本有所提高。

3 两种典型的桥梁预应力加固技术

3.1 预应力高强钢丝抗弯加固技术

3.3.1 技术特点

预应力高强钢丝抗弯技术属于有粘结预应力加固技术体系：通过在桥梁结构上设置适当数量的预应力筋，将梁体预应力提升到一定标准，再依次开展锚固、喷浆操作，确保桥梁结构、预应力筋与所喷灌复合砂浆在粘结力作用下，形成较为稳定的整体结构、保持变形协调一致，从而实现强化桥梁承载性能与抗裂性能的施工目的。

3)振动流化床离析混合模式控制机制研究。床层颗粒流化会发生粒度离析、密度离析或混合等不同模式，直接影响振动流化床脱灰功效和传热传质干燥特性，离析混合模式控制机制是振动流化床动力学模型的重点，目前还是空白。

与无粘结预应力加固技术相比，预应力高强钢丝抗弯加固技术采取主动加固的原理，大量使用高强钢丝等补强材料，组合后的截面将有效承载外界压力。此外，它还可以有效解决传统桥梁维修加固施工中面临的多项难题，如结构自重荷载增量过大、施工工期过长、钢筋等材料易腐蚀破损等，桥梁结构的实际加固效果与整体性能较为良好。

3.1.2 工艺流程及操作要点

该技术的具体工艺流程为：施工人员对桥梁梁体表面进行处理，清除灰尘、杂质与污渍→对锚具、锚座以及钢丝绳的施工位置进行测量、标记→依次安装锚座、锚具以及钢丝绳→施工人员对钢丝绳开展张拉操作，并对其锚固处理→于各处锚固点浇筑适量的混合砂浆，并在砂浆表面采取防护措施、开展养护作业→定期对桥梁维修加固成果进行检查、维护。

在加固环节应注重结合实际施工情况，科学编制技术方案，如准确算量梁体极限承载力、桥梁结构需提升的抗弯承载力、预应力钢丝绳布置数量及位置等，控制锚具制作质量。例如，在某桥梁维修加固工程中，端部锚具采取外侧开口结构形式，首先要视焊接作条件与钢丝绳锚固情况，合理设定锚具的厚度、开口深度等参数。其次，将锚具于适当宽度的钢板上进行焊接处理。再次，确保梁底结构与所设置钢丝绳保持紧密贴合状态，对钢板以及锚具的结合面开展打磨操作，并于表面涂刷适量胶体，使用螺母等连接件对钢板进行加固处理。然后，配置张拉器，将钢丝绳一端伸入张拉器中、另一端穿过锚具开口。最后，施工人员应严格遵循“对称张拉”原则，依次开展预应力钢丝绳张拉操作，严格控制钢丝绳张拉应力。

3.1.3 技术优势

（1）采取主动加固原理，在梁底区域设置若干数量的预应力钢丝绳，再加上砂浆粘结作用的影响，桥梁锚固部位出现应力集中问题的概率极小。

（2）加固工序流程较为简单，仅需配置一定数量的小型张拉器即可在短时间内完成预应力钢丝绳张拉等施工作业，工期较短、施工成本较低。

（3）复合砂浆、桥梁结构、预应力钢丝绳以及锚具之间在粘结力作用下，将形成较为稳定的整体性结构，桥梁加固效果较为显著。

（4）在形成稳定的共同受力加固体系后，可以确保桥梁混凝土结构、预应力钢丝绳保持变形协调一致，有效发挥所使用补强材料以及加固体系的加固作用，将预应力损失程度控制在较低范围内。

（5）所设置预应力钢丝绳外侧分布有复合砂浆防护层，环境与人为等因素对预应力钢丝绳造成的影响系数较低，减少了钢丝绳腐蚀破损问题。

（6）大幅降低了桥梁混凝土结构的碳化速度，延长了桥梁工程的实际使用寿命。

3.2 预应力碳纤维板加固技术

近年来，各类高强度纤维材料在桥梁工程维修加固领域得到广泛应用。对碳纤维板进行张拉处理，可以在结构内部产生一定的预应力，确保桥梁结构稳定保持平衡恒载状态，并加强对桥梁裂缝与挠度扩展程度的控制力度，最终改善桥梁结构的极限承载性能。同时，该技术可以大幅强化桥梁结构的抗腐蚀性，在我国沿海区域的桥梁维修加固工程中得到了广泛应用。

3.2.1 工艺流程及操作要点

预应力加固技术的工艺流程为：施工人员对梁体基表层进行处理→测量、校正碳纤维板的具体安装位置→于指定位置安装锚具，并将张拉器等设备安装就位→在所配置碳纤维板表面涂刷适量粘结胶→遵循施工顺序，依次对各碳纤维板开展张拉操作→向锚具与预应力碳纤维板表面涂刷适量的封闭剂。

在桥梁加固过程中，应注意做好碳纤维板与锚具的选材工作。例如，首先对锚具开展各项性能验证试验、优先配置宽厚比较小的碳纤维板，随后对锚具与碳纤维板的性能质量进行检测：如果碳纤维板平直度较差，在后续张拉环节极易出现板材受力不均的问题；选择合理的张拉支架安装方式；保证两端锚具保持在相同水平面以内；定期测量、校正两端锚具中心线。

3.2.2 技术优势

（1）补强材料具有极为优异的耐疲劳性以及耐腐蚀性，适用于沿海等特殊地区的桥梁工程。

（2）碳纤维板弹性模量较小，预应力损失程度较低。

（3）桥梁混凝土结构将与所设置预应力碳纤维板保持共同受力状态，可以有效预防桥梁挠度变形等质量问题的出现。

（4）所加固桥梁工程的后期质量病害出现率较低、整体维修成本较为低廉。

（5）工序流程简单、施工难度低，在短时间内即可完成桥梁维修加固施工。

4 结束语

对于使用时间过长、质量病害频繁出现的桥梁工程来说，预应力加固技术是一项效率较高且成本低廉的处理方式，可以有效强化桥梁结构的承载性、抗疲劳性等性能质量。因此，施工技术人员应加强对预应力加固施工各个环节的深入研究实践，全面掌握技术工艺流程及操作要点，结合桥梁工程实际情况科学编制预应力加固技术方案，进一步提高桥梁维修加固工程质量。