预应力钢丝绳加固法工艺在旧桥维修加固中的应用

李 俊

（甘肃省甘南公路局，甘肃 甘南 747000）

1 概述

随着现代技术的进步，甘肃省公路交通建设事业的发展和“十三五规划”的实施,高等级公路里程不断的增长，其中桥梁是公路跨越河流的关键之点。随着货车交通占比的增大，部分老旧桥梁承载日趋加重。在公路养护活动中，桥梁极易出现病害等状况。影响安全的主要如桥梁梁板出现结构受力裂缝，造成桥梁承载性能下降，导致安全隐患较大。在桥梁养护中，急需一种对梁板加固维修，增强承载能力，满足桥梁安全承载的施工技术。就此问题，本文通过国道主干线岷县至合作段二级公路K324+690 桥空心板采用预应力高强度钢丝绳加固，尝试解决相关问题。

2 混凝土桥梁板常用加固方法

在过去常规的公路桥梁板维修中，主要有以下几种技术措施加固：增大梁板截面加固法、复合纤维贴加固法、梁板表面粘贴钢板加固法和梁板体外预应力加固法等，这些常规技术措施也都能有效的维修加固桥梁，但也有不同的使用限制。

（1）增大截面加固法：该方法适用加固较小跨径的梁板桥，特点是适应性强和施工工艺简单，可以有效提高公路桥梁板的荷载能力。但是，有增加桥梁结构自重的缺点，施工工期比较长，影响交通，占用空间大，也因为桥底空间减少而影响桥梁泄洪能力等不利影响。

（2）粘贴钢板加固：对公路桥梁板粘贴钢板工艺对桥梁的刚度提高有明显作用。它是以树脂粘接梁板底与钢板的加固方法，一般加固后对原桥梁梁板底空间和表观质量无影响，不影响桥梁的泄洪能力。但不利之处是加固质量很大方面决定于施工胶粘工艺能力，对施工过程中的操作技术能力要求高。长期来说钢板的耐久性差，主要是钢板容易受空间环境因素的影响较大，导致耐久性能下降，在桥梁加固中，所以有一定的环境限制。

（3）体外预应力加固法：采用梁板底外张拉预应力的方法，可以有效的提高旧桥的荷载，恢复桥梁使用功能。但该方法施工成本高、工艺要求比较复杂、梁板锚固端受力比较集中，容易造成梁板两端应力大的缺陷。

（4）粘贴纤维复合材料加固：合成的纤维材料相对其他材料自重轻，施工方便、抗拉强度好，长期使用性能不下降。采用专用设备将树脂纤维粘贴于桥梁板受拉表面，让两者形成整体，可以有效的提高旧桥承载能力。也不占用梁底空间，不影响桥梁泄洪能力。但纤维材料不能满足桥梁的刚度要求，在桥梁加固使用中，受到一定条件的限制。

3 工程概况

国道主干线徐合公路岷县至合作段二级公路K324+690 桥为跨河桥，位于甘南州临潭县境内。该桥是3～13m 钢筋混凝土空心板和U 型桥台,桥梁全长62.60m 。桥面设计宽度:净8.0m+2×1.0m=10m,设计荷载为公路-I 级。

（1）桥梁现状：在2018 年5 月养护管理巡查中，发现K324+690 桥部分梁底板出现等不规则裂缝,有些裂缝已属于结构性贯通裂缝，部分裂缝宽度达0.2mm；该桥梁底发现板底表面有泛碱现象；空心板顶板厚度普遍严重不足(最薄处2cm),多片板顶板有空洞现象。该桥梁荷载明显降低，急需维修，方可保证通行畅通和交通安全。

（2）病害原因分析：该桥在预制梁板时,因内模气囊上浮,造成顶板过薄,底板混凝土过厚,人为性的降低了空心板有效配筋率。底板增厚的混凝土成为多余荷载,顶板过薄减小了截面有效高度,导致梁板承载力降低,从而出现板底裂缝,且宽度达到规范限值，造成结构裂缝。

（3）加固维修设计方案:在对多个加固技术方案评比基础上，根据该桥桥底空间较小、交通通行压力大和需要较短施工时间完成桥梁加固、需有效提高桥梁荷载的特点。多方评选比较，因地制宜，初步选定高强度预应力钢丝绳对K324+690 桥加固施工方案。

4 预应力钢丝绳施工工艺

初步拟定的桥梁加固方案如下：因K324+690桥梁板裂缝较多，采用环氧树脂裂缝进行灌封处理,下一步对每片梁底板采用纵向高强预应力钢丝绳张拉+表面加贴聚合物砂浆的施工工艺；加固表面也进行防腐涂装；采用双层钢筋网布设在桥面铺装内;更换旧伸缩缝；采用水稳性能好的砂性土换填桥梁台背,更换桥台搭板等施工方案。

基本施工工序为：清理板底→螺栓孔弹线定位→板底开孔→清孔→安装螺栓→焊接锚板→安装钢板→钢丝绳安装→钢丝绳张拉→喷涂抗流挂聚合物砂浆。

（1）端部锚具的制作。端部锚具采用旧桥加固专门的专用锚具。锚具一般在3cm 厚度的荷载板上开6mm 的张拉孔，先把钢丝绳一头圆孔穿入，挤压锚头卡在锚具侧面将钢丝绳有效锚住，确保整体张拉符合要求。

（2）梁底端部锚板的固定。根据设计方案，对梁端底板进行放样，确定锚具的中心线位置。然后梁板底刻槽，深度为7mm 左右，方向是沿跨度方向刻槽，刻槽和钻孔位置应形成比较粗糙的平面，达到使桥梁板与钢丝绳密贴的效果。在设计方案确定的位置钻孔植入M16 的螺纹锚栓。对锚固钢板打磨后涂抹粘钢胶，通过M16 的螺纹锚栓将钢板与梁板面有效结合固定。

（3）材料的选用和制作。预应力钢丝绳选用桥梁专用的强度比较高、延性好的和低松弛的镀锌钢丝绳，本工程采用钢丝绳直径为4.5mm，根据设计方案确定所需施加的总预应力，抗拉设计强度值为1100MPa。确定了每块板钢丝绳根数为17 根。

梁底锚具安装好后，应试验确定基准钢丝的张拉控制应力与现场测量的实际引伸量的关系，料长度应严格控制在±3mm 以内，避免下料过短或过长，影响张拉质量。钢丝绳应在无应力状态但拉紧下切割下料。铝合金套筒为双孔套筒式，钢丝绳在端部折成双股后穿入套筒内孔，通过液压钳对锚头进行强力挤压，形成挤压锚头。

（4）预应力钢丝绳的张拉与锚固。本工程采用单侧张拉方式，一端在锚具固定，另一端通过手扳葫芦进行张拉。钢丝绳张拉长度满足设计方案要求。为防止结构产生扭转、侧弯现象，一般张拉原则是桥梁板中间向两侧对称进行，采用对称张拉的方式。

钢丝绳张拉过程质量控制的重点是张拉应力和张拉量，严格控制张拉应力大小，该桥设计伸长量为50.65mm。因严格控制伸长量，钢丝绳张拉是质量的关键指点，应严格落实双控措施，保障张拉应力满足设计要求，张拉时，应注意旧桥梁板受力状况，防止张拉过快导致出现裂缝现象。

（5）喷抹板底底部防护砂浆。当钢丝绳张拉完成后，在检验合格的基础上，及时喷防护聚合物砂浆。该防护砂浆应选用具有较好的延性，不易出现横向裂缝的抗流挂聚合物砂浆。一般是在梁板表面喷界面剂，再涂抹抗流挂聚合物砂浆，涂刷注意厚度及密度的控制，确保质量。

聚合物砂浆必须将钢丝绳及锚具有效覆盖。为提高桥梁维修后的耐久性，在聚合物砂浆涂抹完成后，因河底有长流水，为提高防腐效果，在其表面应涂刷一层防腐涂料。

5 方案比较

传统加固方法各有优点，同时也有不足之处。而利用预应力钢丝绳对桥梁板进行维修加固技术，是一种比较有效的满足现代桥梁加固需要的新技术，通过徐合公路K324+690 桥加固施工方案比较如下：

（1）在该小桥加固中，预应力高强度钢丝绳加固法相对增大截面加固法来说，没有占用桥底空间，原设计泄洪能力保持不变，成本也较低。

（2）预应力钢丝绳加固法相对粘贴钢板加固来说，施工简便、耐久性有保障，承载力提高比较明显。

（3）相对粘贴纤维复合材料加固比较，有效的提高了刚度，梁板安全性有较大的提高。

（4）相对体外预应力加固法比较，预应力钢丝绳加固法施工简便、施工期短，成本低。

6 结语

预应力钢丝绳加固的特点比较明显。是采取将有效措施将钢丝绳有效的锚固于桥梁两端梁底，让旧桥荷载传递与钢丝绳，当对钢丝绳的张拉后，钢丝绳的拉力能够传递到梁板上，钢丝绳与梁板形成整体受力，共同承受车辆荷载，提高桥梁板的荷载能力。

2018 年完成该桥施工，经多年使用，发现维修加固效果比较明显，有效的恢复了该桥的承载能力。通过该桥施工表现出预应力高强度钢丝绳加固费用小、施工方便、周期短，可在不限制车辆通行的情况下半幅通车半幅施工，施工方法较其他桥梁加固方法比较，施工工艺比较简单。

预应力高强钢丝绳属主动加固方式，具有较多优势，可以根据设计要求提高桥梁的刚度和最大承载力，满足提高桥梁安全性能的要求；张拉时不需要大型设备，相对单根预应力钢丝绳的拉力较小，施工方便；也不减少桥下使用空间，保证桥梁泄洪能力符合要求；也不增加原桥梁自重，避免桥梁自身荷载增加；是一种施工方便和造价低的抗弯加固新技术。