体外预应力技术在连续梁加固施工中的应用

赵文刚

（浙江交通资源投资集团有限公司，浙江 杭州 310020）

0 引言

连续箱梁是桥梁工程中应用较为广泛的结构体系之一，此类桥梁在长时间的使用中会出现一些病害问题。为提高桥梁结构的安全性和稳定性，并延长其使用寿命，应采取有效的方法和措施处理桥梁病害。加固桥梁结构时，可应用体外预应力技术。

1 工程概况

某桥梁工程全长941m，起讫桩号为K60+079.5—K61+020.5，该桥设计行车速度为60km/h，桥面全宽为22.5m，按照双向四车道标准设计，设计荷载为汽车-超20级；挂车-120级。该桥上部结构采用预应力混凝土T梁+预应力混凝土连续箱梁+预应力混凝土T梁的结构体系，共6联16孔，混凝土的强度等级为C50。桥梁下部结构为主桥实体墩，钻孔灌注桩基础；引桥与交叉桥墩为柱式墩，预应力管桩和钻孔灌注桩基础，桥台为U形台。连续箱梁存在的主要病害为裂缝，包括纵向、竖向、横向等类型的裂缝，箱梁跨中出现下挠的现象。其中，裂缝采用封缝、灌缝、砂浆修补等方式处理，跨中下挠通过体外预应力技术处理。本文重点对体外预应力技术在该桥加固施工中的应用展开分析。

2 体外预应力技术的应用

2.1 加固方案

对连续梁开展体外预应力加固时，选用两种不同规格的环氧涂层钢绞线体外索，在两侧80m边跨每个箱室各布设4束通长束，将固定端设置在1#（4#）墩的顶板与底板处，借助边跨与中跨的跨中横隔梁及附近的转向架实现转向，并从2#和3#墩的墩顶横隔板穿过，在边跨内4#（1#）墩的顶板与底板位置处进行张拉锚固，并在中跨箱室增设2束规格为19～15.24的钢束[1]。

2.2 工艺流程

当连续梁梁体上的缺陷修复完毕后，可以开展体外预应力加固施工，为确保体外预应力现场作业的顺利开展，相关人员要明确具体的工艺流程，如图1所示。

2.3 施工关键技术

由于受到施工等因素的影响，使箱梁的内部尺寸与设计图纸的尺寸之间存在一定偏差，所以体外预应力加固施工正式开始前，要根据设计图纸结合现场实际尺寸，开展测量放样工作，并按规定要求制作体外索钢构件，包括锚固块、转向块以及固定架等。

2.3.1 测量放样

由专业的测量人员按照设计图纸详细、准确测放出锚固块、转向块及固定架的位置，并以放样结果及现场实际尺寸作为主要依据，对钢板制作加工。

2.3.2 安装钢结构基座

本工程中，钢结构基座分为以下几部分：锚固块基座、转向块基座、固定架基座。通过钻孔植筋、灌注粘钢胶的方式，将基座与梁体锚固。

2.3.3 钻孔植筋

在钢结构底座安装区域内，依据设计图纸的要求，结合现场实际测量结果，钻孔后植入锚栓，埋植螺杆前，使用钢筋探测仪查明内部的钢筋分布情况，防止钻孔时碰到梁体钢筋或原有的钢绞线。

2.3.4 表面处理

对基座和锚固范围内的混凝土表面进行清理，该环节对体外预应力加固效果具有重要影响。由于锚固区域内的混凝土表面存在凹凸不平的现象，需要凿除部分混凝土，确保混凝土表面平整，提高与钢板之间的粘贴效果[2]。

2.3.5 底座钢板粘贴

将钢结构的底座钢板与混凝土的表面紧密粘贴到一起，并采用螺栓锚固，确保牢固可靠。

2.3.6 锚固块、转向块及固定架安装

（1）当锚固块、转向块及固定架的底座安装完毕后，便可开始焊接结构节点板，施焊前应进行核查，确保连接钢板的位置准确无误。

（2）为保证黏结效果，本工程中使用国家建设部推广的新型粘钢结构胶，该胶为双组分，需要在使用前临时配置，具体的技术要点如下：根据结构胶的使用说明配置，用称量设备严格计量，以此确保配比的准确性，将甲乙两个组分按顺序倒入洁净的容器内，通过机械设备向同一个方向搅拌，直至结构胶的色泽达到均匀一致后停止。按照施工现场的气候条件及结构胶有效时间的长短，对配胶比例进行适当调整。

（3）结构胶配置完毕后，在正式灌注前，要先密封钢板周边及孔隙，并检查密封效果，确认达到规定要求方可开始灌注。同时预留出灌胶孔，直径以10～12mm为宜，相邻灌胶孔之间保持300～400mm的距离。配置好的结构胶应尽可能在30min以内灌注，防止结构胶凝固时间过长影响施工质量。在灌注的过程中，要采取低压、低速，边灌胶边用木槌对钢板表面轻轻敲击。待结构胶灌注完毕后，用手锤沿着粘贴面轻轻敲击钢板，若未听到空洞的声音，则说明黏结密实，否则需要钻设小孔补胶。

（4）结构胶固化的这段时间，任何人不得扰动钢板，以免影响粘贴效果；如果环境温度过低，则可采取人工加温的方法，使用红外线等进行加热；确保固化时间在24h以上，固化后对表面进行二次防腐处理[3]。

2.4 施工注意事项

锚固座与转向器全部采用钢结构，通过埋植螺栓的方法，将锚固座与梁体混凝土连接到一起，形成整体。螺栓采用钻孔植筋的方式安装，用胶将锚固钢板与混凝土之间的空隙填充密实。在施工过程中应注意如下事项：

（1）由于锚固座位置处的混凝土局部承受的压力比较大，为避免植筋对混凝土结构造成破坏，应确保钻孔垂直于锚固平面，并且要控制好钻孔直径，不得随意增大，结构胶灌注前应清理干净孔内杂物，如石渣、灰尘等。

（2）采用焊接的方式，对锚固座构件之间进行可靠连接，要确保焊接高度符合设计要求。安装锚固座的锚垫板时，应使其与预应力束保持垂直，并保证定位精确，锚垫板的孔道中心及转向器的中心位置与设计值的误差应控制在5.0mm以内[4]。

（3）锚固座安装完毕后，在混凝土表面粘钢与底座钢板接触面灌钢板胶填充饱满，将螺母拧紧后，采用焊接的方法与底座钢板可靠连接。转向器固定在钢桁架或支架上，安装墩顶横隔板位置的转向器时，要先粘贴钢板，然后再钻孔，最后安装转向器，必须保证施工顺序正确，以免影响质量。

2.5 材料要求

连续梁体外预应力加固施工中，使用的主要材料有钢绞线、锚具和夹具等，应确保选用的材料质量达标。

2.5.1 钢绞线

工程中使用的预应力钢绞线必须与现行规范标准的规定要求相符，本次选用低松弛270级别钢绞线，具体要求如下：

（1）为保证预应力钢绞线的质量达标，进场时采取分批的方式验收，重点检查钢绞线的质量证明书、外包装、规格、标志等，并以抽样检查的方法对钢绞线的表面质量、直径偏差进行检查[5]。同时，还要对钢绞线进行力学性能试验，确认合格后方可用于体外预应力加固施工。

（2）用于工程中的预应力筋的实际强度，要达到国家现行规范标准的规定要求，采用相应的试验方法，对预应力筋开展检测试验。在对预应力筋运输和施工过程中，要采取相应保护措施，避免硬物划伤环氧涂层。

2.5.2 锚具及夹具

（1）严格按照设计要求选用预应力钢绞线锚具，本次施工中选用的锚具为专用的低回缩量锚具，要求回缩量不高于1.0mm。锚具与夹具均应符合现行规范标准的规定要求。

（2）锚具应满足分级张拉、补张拉以及放松预应力的要求，不但要单根具备张拉的性能，而且整束也要有良好的张拉性能。同时，还要有自锚性能、松锚性能和安全的重复使用性能。

（3）锚具及夹具应严格按照出厂合格证和质量证明书核查锚固性能、类别、型号、规格及数量，并检查外观、检测硬度，作静载锚固性能试验，要求锚具效率系数不低于0.95[6]。此外，还要满足循环次数为200万次的疲劳性能试验要求。

（4）安装锚具及夹具前要擦拭干净，表面不得存在油污及其他杂质。锚具安装的过程中，应对准孔道的中心位置，每根预应力钢束均应平顺，不得存在扭曲、绞结、交叉等情况，夹片要打紧，外露的尺寸应保持一致。

2.6 预应力张拉

2.6.1 张拉顺序

在开展体外预应力张拉施工时，要遵循对称、成对张拉的原则，每根体外预应力束均分为四级，以循环的方式张拉。先按照顺序张拉至15%，再张拉至70%，第三次张拉至90%，最后一次张拉至100%[7]。张拉连续梁体外预应力时，应先张拉1#—4#墩箱内索，再张拉2#—3#墩箱内索，各箱室内索的张拉顺序如下：先对称张拉靠近腹板的两根外侧索，然后对称张拉箱室中间位置处剩余的两根索。

2.6.2 张拉过程

连续梁体外预应力加固施工中，预应力的具体张拉过程如下：

（1）千斤顶安装的过程中，应将预应力钢绞线穿入千斤顶内，锚环对中后，将张拉油缸伸长2.0～4.0cm左右，随后在千斤顶尾部加装垫板和工具锚，并用夹具夹紧预应力钢绞线。为使工具夹片能够顺利松开，可在工具锚环内涂抹少量的退锚灵。

（2）将千斤顶油缸调整至回油状态，并向张拉缸内供油，随后便可开始对预应力钢绞线进行张拉。操作时应注意工具锚，要使夹片保持整齐。当张拉达到初应力后应做好标记，以此作为测量伸长量值的起点位置。

（3）依据现行规范标准的要求，张拉至规定的吨位或经过换算的油压值，对伸长值进行测定，据此校核应力。使张拉油缸的调压阀开度保持不变，向预压缸供油，直至达到所需的预应力为止。顶压时，如果张拉油缸升压超限，必须适当降压。

（4）保持继续向顶压油缸供油，从而使张拉油缸可以缓慢回油。将顶压阀的回油缸打开，油泵停车，千斤顶借助其内部回程弹簧作用，顶压活塞自动回程，张拉锚固结束。

（5）切除外露的钢绞线，如有必要可以补充张拉。加装防松脱装置，将螺丝拧紧。需要注意的是，张拉作业时现场的温度应不低于5℃。

2.6.3 体系防护

（1）预应力张拉施工中使用的锚具应做永久性防护，避免遭到介质的侵蚀；张拉后外露的锚具、夹片等要涂抹防腐油脂，加装金属封端罩，使其达到密闭的效果。

（2）转向器、固定架的防护应按设计要求对构件表面除锈，并涂刷防锈漆和罩面漆。

2.6.4 注意事项

（1）当转向块及锚固块植入的锚固螺栓及钢板胶的强度达到设计要求后，方可开展预应力张拉施工；要严格控制张拉应力，预应力索的张拉力控制在0.65，当采用小型千斤顶对单根预应力钢绞线张拉时，要确保选用的千斤顶形式及吨位与相关规范的规定要求相符。

（2）张拉预应力束的过程中，要做好锚固块位置处混凝土的监测工作，如果应力值超限，必须及时停止作业，采取相应的措施处理后方可恢复张拉作业[8]。预应力张拉时，要观察箱体内外裂缝有无变化。一旦裂缝发展，则应停止张拉。

（3）当墩顶横隔板混凝土内穿越钢管时，应采取有效的措施加以固定，避免张拉时钢管移动。同时，要确保钢管与混凝土之间密切贴合，达到均匀传力的效果。预应力筋张拉的过程中，必须有相应的安全防护措施，施工人员不得站在预应力筋的两端。

3 结语

综上所述，体外预应力以其自身具备的诸多技术优势，在桥梁结构加固中得到越来越广泛的应用。为使体外预应力的作用得以充分发挥，必须保证施工质量达标。为此要求作业人员了解并掌握体外预应力的施工关键技术，并采取有效的措施严格控制施工质量。