T梁体外预应力加固技术的应用

任友云

（红河公路局，云南 红河 661100）

0 引言

体外预应力加固技术就是采用粗钢筋、钢绞线或高强钢丝等钢材作为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，用预加力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力，该技术适用于中小跨径的梁式桥。钢筋混凝土梁式桥如果其结构存在缺陷，特别是承重缺陷或要求进一步提高荷载等级时，需对桥梁主要受力构件进行补强，可在桥体外侧（梁底与梁两侧）设置钢筋或钢丝束，并施以预应力措施，以改变桥的主要受力状态，提高桥梁承载能力。

1 项目概况

某二级公路桥梁全长106.08m，桥面总宽10m，车行道宽9m，平面位于半径为255m 的右偏圆曲线上，为跨越箐沟而设。桥梁上部结构为预应力混凝土结构连续T梁，桥面联系为：5×20m，共一联；每跨布梁4片；T 梁为装配式后张法预应力T 梁，梁高1.4m，翼板宽1.8m，梁间距2.5m，梁肋下缘马蹄宽0.46m，梁肋宽度自跨中段渐变至两端段0.2～0.56m；下部结构为钢筋混凝土圆形双柱墩，桩柱式桥台，支座为圆形板式橡胶支座；桥面为沥青铺装路面；设计荷载为公路-Ⅱ级。本桥T梁采用C45混凝土，钢绞线采用标准强度1 860MPa，单根直径15.24mm 的270 级低松弛钢绞线；钢筋采用HRB335 和R235 两种型号钢筋[1]。桥梁在使用了较长时间后出现了较多病害，各类病害对桥梁的稳定性、安全性构成威胁。经专业测定与研究确定有必要对桥梁T梁进行体外预应力加固施工。

2 T梁体外预应力加固施工流程

T 梁体外预应力加固施工标准流程为：对T 梁原钢束位置进行测定，进行新增转向块、锚固块放样工作，对新增锚固块进行凿毛处理，采用开凿的技术方法处理转向块处对应T 梁面，完成以上工作后进行钻孔施工，钻孔结束对孔洞进行清理并植入锚筋，采用绑扎、焊接技术对锚固块构造钢筋进行处理，进行立模混凝土施工，对混凝土进行养生处理，混凝土强度达到设计标准后进行横向螺栓安装施工，进行螺栓检测与调整，确保螺栓紧固，穿入体外预应力钢束并对预应力钢束进行张拉处理，最后采用防护措施处理锚头以及螺栓，对紧固钢束减震装置进行检查。张拉预应力钢束时，一跨之内按照以下标准顺序进行张拉：中梁→边梁→对称张拉。结构连续T梁按照以下顺序进行张拉处理：边跨→中跨→对称张拉[2]。

3 T梁体外预应力加固施工具体工艺与技术方法

3.1 原腹板钢筋与钢束测定

测定T梁原腹板钢筋、钢束位置时，以施工图纸为依据，结合工程实际情况进行测量并确定，测量时用钢筋保护层仪测定腹板原预应力束的位置并使用红漆进行标记。新增锚固块、转向块以及减震装置的放样工作：依据设计图纸以及前期测量结果，确定出新增锚固块、转向块以及减震装置等的具体位置然后采取相应的处理措施。放样时，若作业平面不够平整应先进行调整，并且用绿漆将具体的位置标明[3]。

3.2 刻槽及凿毛施工

施工时以设计图纸为依据规范开展刻槽以及凿毛工作。根据设计，梁体与锚块接触部位的剪力槽深度应保持在2.5cm 左右，并且保证刻槽方向与钢绞线张拉方向垂直。对不需要进行刻槽的部分进行凿毛。完成刻槽与凿毛处理后，清除混凝土碎屑以及土块，并采用高压水进行冲洗，直到露出干净与新鲜的混凝土表面。在这一施工阶段如果有钢筋漏出，就需使用钢刷对钢筋进行除锈工作，除锈结束后使用高压水进行冲洗[4]。

3.3 钻孔及孔内处理

在钻孔施工时，以设计图纸为依据，在对应位置使用电锤进行钻孔，钻孔结束后将孔内的浮尘使用压缩空气进行清除。结束以上工作后，根据设计对孔径、孔深等进行检查，确保各项参数满足设计要求。

3.4 锚固块、转向块、减震装置处理

在施工时，打孔与锚筋种植要同时进行，要避免先统一打孔再统一种植的方式。为保证施工质量，在钻孔前应将保护层凿去使钢筋露出。施工时如果植筋位置有钢筋存在，应根据实际情况对钻孔位置适当调整。在钻孔过程中若遇到预埋件或钢筋，必须停止钻孔然后适当调整钻孔位置。在移动值较大的情况下应与设计单位取得联系，协同给出调整方案使各项施工活动能顺利进行。在种植锚固件时，先在注射器中装入适量的胶黏剂，于孔中匀速注入药剂，要全面保证施工质量。对其余钢筋的绑扎与焊接工作一般是在胶黏剂固化后进行，通过规范的绑扎与焊接使其形成钢筋骨架。为保证工程质量，在焊接时应对温度进行控制，如果温度过高胶体可能会受到损伤。

3.5 新增锚固浇筑

在形成骨架后，先根据锚固块的形状建立模型，对预埋钢管、锚具等的位置依照图纸进行检查，对预埋锚栓钢板、预留孔的位置进行复核，确保各项情况正常后进行混凝土浇筑施工。施工时要保证混凝土配合比例合理，并做到匀速浇筑与均匀振捣，使混凝土密实度达到标准，确保混凝土面不会出现蜂窝或孔洞，保证工程施工质量达到标准要求。结束混凝土浇筑后及时开展混凝土养护工作，养护时根据实际情况采取必要的降温或保温措施，混凝土养护时间不能少于7d，立方强度不能低于100%。当混凝土强度达到设计要求后进行张拉处理。

3.6 穿布新增预应力束

穿束工作要在孔道清理工作之后开展，并且在穿束时要小心谨慎，避免钢绞线外的PE 护套受到损坏。在穿索前先将索头端PE 套管剥离一段距离，同时根据设计图纸合理控制好实际剥离长度。穿索结束后，PE套管要在密封筒内，根据设计要求，张拉结束后PE 套管距离工作锚板不能小于300mm。在穿索时要对索体表面的护套进行保护，确保护套不会受到机械性损伤。具体如在穿索过程中可采取以下措施进行保护：将一定厚度的软垫层铺设在地面上，在垫层的上部设置支撑架，支架上部再铺彩条布。通过这样一套防护措施来保证管套不受损坏。

3.7 预应力张拉

预应力束穿束就位后及时开展张拉工作。在对同一锚固块预应力进行张拉时有时会出现弹性压缩损失，为减少或者消除弹性压缩损失，在张拉时建议采用分级（二级）张拉法。张拉时根据设计图纸对两侧两成品束的预加力进行调整，缩小两侧钢束有效预加力的差异。在具体张拉过程中，严格按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）相关规范与要求进行。在张拉时，严格以吨位、引伸量进行双控，同时动态监测转向区域以及新增锚固端的变化情况，及时调整确保不会出现任何意外事故。在张拉过程中如果有意外情况发生就应立即停止张拉工作，避免问题影响进一步扩大。

在测引伸量时，先对钢绞线的直接伸长值进行测量，避免测量千斤顶油缸的变位。测量时采用以下方法进行：将钢绞线伸出千斤顶尾端10cm，直接测定钢绞线在张拉前、初始张拉吨位、张拉吨位3种情况下的伸长值，实测引伸量值按标准公式进行。张拉过程中，若引伸量误差超出这一范围时，应停止张拉，分析原因予以解决[5]。

在进行预应力束张拉施工时，如果没有特殊规定，就按照常规程序进行张拉。先同时对称张拉腹板左右侧预应力钢束，按照0→15%δcon→0→50%δcon→80%δcon→100%δcon→锚固的程序张拉，每个张拉阶段持荷时间不短于5min。张拉时各项操作要符合《公路桥涵施工技术规范》中的相关规定与要求。此外为保证工程质量应对伸长量、张拉力等做合理控制，并动态监测旧桥控制截面与关键位置的应变情况，详细观察主梁挠度变化情况，根据实际情况对张拉方案适当调整，从而保证工程施工质量达到标准要求。

在张拉阶段还应注重对体外预应力束的防护，具体防护措施如下：将蜡、防腐油脂等不固化且有良好防腐能力的材料灌注到体外预应力锚具密封腔内，在结束体外预应力束张拉后，将保护模套套在预应力束的张拉端，为二次换索施工提供便利。于张拉端使用的护套应当无凹陷、裂缝、气孔、机械损伤以及可见的钢绞线轮廓等，护套表面要有较好的光滑度。工程中使用的防腐润滑油要符合相关规定且能满足相关的要求[6]。

4 T梁加固前后承载能力评价

本桥在加固前、后分别进行了桥梁荷载试验，以评价桥梁的加固效果。通过模拟设计荷载作用效应进行短期加载试验，测试桥梁结构在试验荷载（模拟设计荷载）作用下的实际受力状态和工作状态，评价结构在试验荷载作用下的承载能力和工作性能。

4.1 实测应力结果

（1）加固前各试验工况下，1#跨T梁正弯矩最大截面（Ⅱ#截面）梁底各应变测点（1#测点）实测应力校验系数在0.41～1.69 之间；其中1-2#、1-4#T 梁Ⅱ#截面梁底应变测点在各工况下的校验系数均大于1；相对残余应变工况一平均值为10.53%，工况二平均值为5.84%。

（2）加固后各试验工况下，T 梁正弯矩最大截面（Ⅱ#截面）梁底各应变测点（1#测点）实测应力校验系数在0.91～0.98 之间，1-2#、1-4#T 梁Ⅱ#截面梁底应变测点在各工况下的校验系数均小于1；相对残余应变工况一平均值为0.55%，工况二平均值为1.72%。

（3）加固前跨中截面1-2#、1-4#T 梁Ⅱ#截面梁底（1#测点）应变测点中载及偏载工况校验系数均大于1，依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）8.3.1 条：“主要测点静力荷载试验校验系数大于1”，判定桥梁加固前承载能力不满足《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）公路-Ⅱ级荷载要求。加固后1-1#～1-4#T梁跨中截面应变测点中载及偏载工况应变校验系数均小于1，加固后桥梁承载能力满足公路-Ⅱ级荷载要求。

4.2 实测挠度结果

（1）加固前在各工况试验荷载作用下，T 梁最大弹性挠度值为-5.4mm，挠度校验系数在0.68～1.02 之间；其中1-2#T 梁在Ⅲ#截面（Mmax）梁底挠度校验系数大于1；中载工况下各梁平均挠度校验系数为0.85，相对残余变形平均值为1.11%；偏载工况下各梁平均挠度校验系数为0.88，相对残余变形平均值为0.80%。

（2）加固后在各工况试验荷载作用下，T 梁最大弹性挠度值为-4.2mm，挠度校验系数在0.55～0.79 之间；中载工况下各梁平均挠度校验系数均为0.67，中载相对残余变形平均值为0.01%，偏载工况下各梁平均挠度校验系数为0.70，相对残余变形平均值为0.03%。

（3）加固前、后挠度测试结果表明：加固后T梁整体挠度普遍小于加固前T 梁挠度。加固后相对加固前，中载挠度校验系数平均值减小21.2%，偏载挠度校验系数平均值减小20.5%，相对残余变形几乎为0，加固前、后挠度数据结果表明：在张拉体外预应力加固后，桥梁整体刚度提升显著。

4.3 体外束与T梁变形协调性测试

抽取1-2#、1-4#T梁左、右侧体外束在正弯矩最大截面测试各工况下的挠度，测试数据结果表明：体外束与T 梁变形协调度在93.75%～105.00%之间，体外束与T梁整体变形协调性良好。

4.4 试验荷载作用下体外束锚下压力测试

1-1#及1-2#T梁左侧体外束在各工况试验荷载作用下，锚下压力增量达到理论值的91.30%～108.89%，各工况下锚下压力增量与理论值比值的平均值为99.51%。在试验荷载作用下，体外束与梁体能共同协调受力。

4.5 试验荷载作用下缝宽监测结果

加固前，裂缝宽度在试验荷载作用下明显扩展，在体外钢绞线加固后，裂缝宽度在试验荷载作用下扩展明显减小，结构抗裂性能显著提升。

4.6 外观检查

荷载试验前、后对试验桥跨进行外观检查，未发现新增结构受力裂缝等异常现象；桥墩、桥台未出现异常沉降现象及异常移位现象。

4.7 静载试验结论

通过模拟加固设计荷载作用效应在桥梁加固前、后进行短期加载试验，依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）8.3.1条判断：本桥1#跨T 梁在加固前承载能力不满足《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）公路-Ⅱ级荷载要求，加固后承载能力满足公路-Ⅱ级荷载要求。

5 结语

T 梁体外预应力加固施工具有一定难度，在施工时要根据相关规范与要求，结合工程实际情况科学设计施工方案，并在施工过程中不断优化工艺，规范施工过程，以保证T梁体外预应力加固施工质量。工程实践表明，体外预应力加固技术的应用可以较大幅度地提高旧桥承载能力；在加固过程中，对原桥损伤较小，不影响桥下净空，且不增加路面高程；可以实现不中断交通或短时限制交通；体外预应力加固技术所需的设备简单，人力投入少，施工工期短，经济效益明显。