公路桥梁工程中预应力混凝土桥梁的检测与加固

王博

甘肃省公航旅建设集团 甘肃 兰州 730030

引言

预应力混凝土结构在公路桥梁工程中具有较长的使用寿命和优异的结构性能，然而在当今大货车普遍超载、个别施工质量不符合标准的情况下，预应力混凝土桥梁依然会出现开裂等问题。为了避免因桥梁结构损伤造成较大的交通隐患，相关单位需要积极研究预应力混凝土桥梁的检测方法，在强化检测力度、精准定位缺陷部位的同时，也需要针对性地开展加固处理工作，将各种技术方法应用于公路桥梁维护工作中，避免造成不必要的事故。

1 公路桥梁工程中预应力混凝土桥梁检测技术分析

1.1 钢筋应力释放技术

钢筋应力释放技术的原理为依靠加载的方式改变桥梁结构应力，同步完成钢筋切割工作，将应力释放，此时所释放的应力即为自重、加载共同作用下形成的应力数值，依靠截面平衡原理与检测到的应力释放数值实现钢束或结构预应力数值的分析，进而完成对预应力混凝土桥梁状态的评价[1]。该技术适用于在役桥梁普通钢筋检测工作，应用时需注意在结构受力部位的检测，钢筋应力释放测点需为靠近混凝土保护层的主要受力钢筋，测试期间需尽可能降低损伤范围；常用的测试仪器主要为静态测试仪（TDS602）、钢筋应变片、混凝土剥除装置、砂轮切割机、导线；测试期间需做好切割力度、速度、距离以及钢筋温度的控制工作，同时也需要做好检测仪钢筋应变片精度的检测与控制。

1.2 静力测试技术

静力测试技术主要根据力的平衡进行检测分析，实际操作时需要借助应力检测设备对张拉锚固预应力后的测试长度、提升距离、横向作用力等进行测量，预应力混凝土桥梁钢绞线的预应力数值即为0.25*横向作用力*测试长度/提升距离，测试原理如图1所示[2]。该检测技术适用于在役混凝土桥梁预应力筋检测工作，测试期间需要注意减小损伤范围，尽可能在结构受力的控制部位检测；常用的检测仪器主要为应力测试仪（LCZL-50）以及混凝土剥除等各类辅助仪器；测试期间需要注意做好夹持部位的稳固处理工作，增强图1所示各类参数的检测精度。

图1 静力测试技术原理图

1.3 超声回弹综合检测技术

超声回弹综合检测技术是现阶段常用的无损混凝土检测技术，能够在混凝土桥梁构件表面完成内部混凝土强度等相关的检测工作。在实际应用时，该技术手段能够综合检测混凝土桥梁结构的弹性和塑性，对其内部结构与表层状态进行同步检测，该技术实现了回弹值与超声值的融合应用，降低了其他因素的干扰性。检测期间，工作人员需要至少将10个测区布置于需检测的混凝土构件，对于2m以下的构件可以适当缩减至3个测区，测区尺寸为200mm的正方形，相邻测区的间距应在2m以内，同时需要避免在预埋件或钢筋密集区域布置测区测试的顺序为先回弹后超声[3]。此外，超声法还适用于检测混凝土结构裂缝等异常情况，主要有单面平测、钻孔对测、双面斜测等应用方法。

1.4 工程案例中的预应力混凝土桥梁检测

1.4.1 桥梁概况。某公路桥梁工程一段为30m箱梁预制结构，箱梁底板宽度、顶板宽度、梁高分别为1.1m、2.41m和1.61m，断面为单室单箱，预应力钢束应用的钢绞线具有较低的松弛度与较高的强度（1865Mpa），钢绞线单根直径为15.2mm。

1.4.2 检测方法及仪器。检测之前需做好测试槽口预留工作，将重点部位的波纹管剥离，将需检测的钢绞线露出，通过张力测试仪对横张位移增量情况进行测定，实现对预应力数值的计算。横张位移增量检测技术主要根据钢绞线横向位移与横向张力确定有效应力，与1.2所述的静力测试技术一致，需应用仪器包括数显仪、张力测试仪等。

1.4.3 测点选取。测试目标为N4底板钢束，各钢绞线直径均为15.2mm，将压力传感器装设于钢束锚下方。测试预留槽口的尺寸为20cm×100cm，需将预应力钢束波纹管裸露出来，避免对钢绞线的锁定造成干扰。

1.4.4 关键工序。施工人员需要在桥梁主梁钢筋绑扎期间做好测试槽口的预留工作，槽口可以依靠木模板后浇筑工艺成形，在测试期间通常选择截断槽口中的定位以及构造钢筋，检测完毕后再补强处理并封闭槽口，但实际操作时发现无须切割所有的普通钢筋，仅需要切出一个倒U形完成开槽工作（1.4.4所述20cm×100cm槽口改为2个30cm×40cm槽口），并做好槽口封闭处理工作，以避免测试区流入混凝土等导致槽口封堵，在预应力测试期间，再结合检测需求切割相关钢筋并在测试完成时快速进行焊接处理工作，现场测试孔预留情况详见图2。

图2 预留测试孔

测试期间，测试人员需将张力测试仪对准槽口架设，将待检测钢绞线与抓拔器连接牢固，避免张力测试仪出现晃动等影响检测精度的问题。由于张力测试仪为钢材制作，建议在制造过程中选择具有相同强度性能的轻质铝合金材料替换钢材，并将V形架支点间距变更为更短的600mm，使其更加轻便；同时也可以改进横张力加力部件，采用液压动力并将数显仪改进为同步显示横向位移与张力的状态，减少测量读数误差。

2 公路桥梁工程中预应力混凝土桥梁加固技术

2.1 混凝土裂缝处理

针对预应力混凝土桥梁存在的结构裂缝问题，加固处理人员通常需要采取修复措施避免钢筋裸露在空气中出现腐蚀情况，具体可以应用灌浆法修复，将出现裂缝的混凝土结构利用黏接剂重新修复为整体，不同裂缝宽度、尺寸需要应用的处理方法详见表1。

表1 常用裂缝修补方法

2.2 被动加固技术

2.2.1 增加桥梁构件截面尺寸。工程单位可以对存在缺陷的桥梁构件进行截面尺寸优化提升的方式进行加固处理，截面尺寸提升的同时做好受力钢筋的布设工作，确保新结构整体受力稳定，完成桥梁构件承载力、刚度等性能参数的优化提升[4]。在实际应用时，工程单位通常可以针对梁肋下缘进行高度和宽度等尺寸的扩增，也可以针对桥梁面板进行厚度的提升。由于截面尺寸的提升会导致桥梁的恒载弯矩以及自身重量大幅度提升，应尽可能将该加固技术应用于π形梁、T形梁（跨径小）等桥梁结构。

2.2.2 粘贴纤维复合材料。工程单位可以应用黏性较高的结构胶将具有较高强度的纤维复合材料与桥梁较为薄弱的结构区域粘连，两者以整体结构的形式承受自重和载荷，避免因承载能力不足出现较多结构裂缝。这种加固处理方法所应用的材料具有无形状限制、质轻、防水效果强、强度高等性能优势，适用于加固桥梁结构的抗剪与抗弯能力，多用于梁板区域，也可以对配筋较少的混凝土结构性能进行有效改善。

2.2.3 增设钢板。工程单位可以针对抗剪性能不佳或受拉严重的桥梁结构部位增设钢板加固处理，利用钢板增强原有结构的刚度，改善受力情况的同时避免产生更多结构裂缝。钢板加固具有施工效率高、成本低、坚固耐用、简洁灵活等性能优势，适用于加固桥梁结构的抗剪、抗压与抗弯能力，也可以对配筋较少的混凝土结构性能进行有效改善，还能够改善混凝土桥梁构件的刚度[5]。

2.3 主动加固法技术

2.3.1 增加预应力。工程单位可以在桥梁构件抗剪性能较差、受拉严重的区域新增预应力材料，借助预加力构件能够抵消外部载荷形成内力的抵消处理，改善桥梁的应力状况，避免出现承载能力无法满足运行需求的情况。在实际应用时，工程单位可以将预应力束设置于箱内或桥梁外部；也可以将强度较高的纤维复合材料粘贴或锚固在箱内或桥梁外部，利用材料的高强特性对应变滞后问题进行缓解乃至消除；还可以在桥梁增固定高强度小直径钢筋或钢绞线（2-3股），在张拉钢筋/钢绞线的同时在表面喷注砂浆黏结桥梁与预应力筋，实现对桥梁的加固处理。

2.3.2 改变结构体系。工程单位可以通过优化桥梁结构的方式将其原有的受力情况概述，实现桥梁承载力的强化处理，常用的结构改善方式主要有增设斜撑、简支转连续、增设大边梁等技术措施。其中，增设斜撑这种结构改善方式在实施过程中，工程单位需要将斜撑增设于墩台部位，通过托起桥梁的方式形成撑架结构体系，利用两个新增的弹性支撑降低桥梁跨径和内部应力；简支转连续在应用过程中，工程单位需要在支点部位将临跨的梁板连接，利用多跨连续体系替代原有的多跨简支体系，这种结构改进方式能够将弯矩缩小为原有的1/3，适用于建成时间不久且受损较轻的桥梁加固处理，改造成本相对较低；增设大边梁法适用于具有较强安全性能和承载力的墩台地基改造工作，工程单位可以增设具有较强承载力和刚度的主梁形成新的受力结构，借助横向联系将新旧主梁的受力统一，实现加固处理目标。

3 结束语

综上所述，预应力混凝土桥梁的结构稳定性关系到公路交通的安全可靠性，工程单位需要合理应用应力释放、静力测试、超声回弹检测相关技术手段对桥梁结构的应力、混凝土强度等相关情况进行检测分析，及时采取裂缝修复、预应力加固、结构优化等方式解决桥梁存在的缺陷问题，确保公路桥梁的平稳可靠运行。