浅析公路桥梁预应力加固及真空压浆技术

黄运才

（广东 河源 517000）

1 前言

随着我国预应力桥梁的大量使用，预应力加固技术和后张预应力孔道灌浆中采用真空辅助灌浆法施工的工艺也越来越重要，这就要求我们更加重视这项技术。预应力加固技术在桥梁加固中的应用，具有更为特殊的意义。通过对大量具有20 a以上桥龄的混凝土桥梁的养护管理实践，人们发现桥梁的混凝土开裂、剥落、衰变及钢筋的锈蚀（管道灌浆不饱满普遍存在）对桥梁的损害问题非常严重，需要大量的资金来维护或改建，现实使人们开始重视混凝土桥梁的耐久性。提高混凝土桥梁耐久性的技术途径有：①采用高性能混凝土，以提高混凝土的抗渗性、匀质性、抗冻性，从而提高混凝土抵抗碳化和冷冻侵袭的能力；②提高既有桥梁耐久性的有效途径，即对缺陷桥梁进行加固改造，延长其使用寿命。

2 路桥梁预应力加固及真空压浆技术

2.1 高强复合纤维预应力加固体系

目前，工程上应用的高强复合纤维主要有芳纶纤维及碳纤维（FRP），由于碳纤维材料在桥梁加固中的应用广泛，技术成熟，故本文主要介绍碳纤维预应力加固。

2.1.1 问题提出

工程上采用较多的是在结构受拉区或抗剪薄弱区域，直接粘贴纤维的加固方法。就实际工程中大量遇到的承载力加固而言，采用在受拉区直接粘贴碳纤维布的被动加固方法，后加补强材料是不能充分发挥作用的。按照分阶段受力特点，直接粘贴的后加补强材料只承担活载内力；与原梁钢筋相比，其应变严重“滞后”。极限状态下，其强度的发挥程度受原梁变形的限制，一般情况下达不到其抗拉强度设计值。

计算表明，对原梁高度较小、配筋率较大的情况，加固设计以混凝土压应变达到极限值控制设计，在极限状态下，后加补强材料的应力仅为700 MPa～800 MPa，此值只相当碳纤维抗拉强度标准值的21.2 %～24.2 %，对原梁高度较大、配筋率较小的情况，加固设计以原梁钢筋应变达到极限值0.01控制设计，在极限状态下，后加补强材料的应力也只有2 000 MPa左右，此值相当碳纤维抗拉强度标准值的 60 %。由于受原梁变形限制，在极限状态下高强复合纤维的高抗拉性能根本无法充分发挥作用，造成一种极大的浪费。而且，不加分析的盲目增加后补强材料的用量，加固后构件可能发生超筋脆性破坏，设计是不安全的。

2.1.2 作用原理

为了提高碳纤维材料的利用效率及增强旧桥加固效果，对碳纤维材料施加预应力是一种有效的办法。碳纤维预应力加固的作用原理为，利用锚固粘贴于被加固梁体上的碳纤维布条（或板条）对梁体施加预应力，改善加固梁的受力状态，其关键技术是解决适应于桥梁现场施工的预应力纤维布（或板）的张拉、锚固问题。目前，这种加固体系尚处于试验研究阶段。

2.1.3 技术特点

（1）在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。

（2）线膨胀系数与混凝土接近，保证了温度变化时，FRP与混凝土可以协同工作。

（3）施工便捷、工效高、没有湿作业，不需大型施工机具，施工占地少，施工效率高。据有关资料统计，粘贴FRP是粘贴钢板施工工效的4倍～8倍。FRP轻质柔软，易贴附，与粘贴钢板相比其施工质量更易保证。

（4）不增加构件的自重和体积。FRP质量轻且厚度很薄，经加固修补后的构件，基本上不增加原结构的自重和尺寸，也就不会减少建筑物的使用空间。

（5）具有很好的耐腐蚀性和耐久性能。试验表明：碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维具有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抵抗建筑物中经常遇到的酸、碱、盐等对结构的腐蚀。使用此材料加固后，不仅不需要对其进行定期维护，而且其本身更可以对内部混凝土结构起到保护作用。

（6）适用面广。可广泛用于各种结构类型（如建筑物、构筑物、桥梁隧道、涵洞、烟囱等）、各种结构形状（如矩形、圆形、曲面结构等）、各种结构部位（如梁、板、节点、拱、壳、墩等）的加固修补，且不改变结构形状及不影响结构外观。

3 桥梁预应力真空压浆施工技术

3.1 浆体的配合比设计

浆体配合比确定浆体设计是压浆工艺的关键之处， 合适的水泥浆应是：①和易性好（泌水性小、流动性好）；②硬化后孔隙率低，渗透性小；③具有一定的膨胀性，确保孔道填充密实；④较高的抗压强度；⑤有效的黏结强度；⑥耐久性。为了防止水泥浆在灌注过程中产生析水以及硬化后开裂，并保证水泥浆在管道中的流动性，掺加少量的减水剂。为使水泥浆在凝固后密实，则掺入适量膨胀剂。

3.2 桥梁预应力真空压浆施工工艺

为确保压浆的安全及质量，采取以下措施：

（1）真空泵端设在高端，压浆端设在底端，有利于压浆质量的保证。

（2）管道密封及封锚。封锚做法：张拉完毕，将多余钢绞线切割，锚具端部留有3 cm左右长度，用湿润水泥团封堵，为确保水泥团不掉落及养护期间不开裂，在水泥封锚后，再用双层塑料薄膜密封并绑扎固定在锚具上。对于其他可能漏气的连接点，采用玻璃胶及密封生胶带进行密封，从而保证了管道的密封。封锚提前两天进行，在压浆之前进行检查，对有漏气的情况，再用玻璃胶处理，以确保孔道密封。为进一步验证孔道的密封和通畅情况，在抽取真空达到要求后，将进浆端球阀少许开启，则可听到气流的尖锐啸声，同时真空表读数下降。

（3）工作水的循环。因真空泵工作用水不方便，应准备一个2 m3的水箱，与真空泵形成循环，从而节约了用水。

（4）施工时间。考虑浆体的稳定及对压浆的影响，应将压浆时间安排在夜间进行。

（5）保证压浆工作的连续性。

（6）工艺：①检查设备连接及电源、水管路、材料准备到位情况，施工平台等措施，检查封锚及孔道密封工作，高压水洗孔并用高压风将孔内积水吹干；②每压浆二至三孔作为一组，每一组在灌浆之前先用水灰比0.45的稀浆压入孔道少许润滑孔道，以减小孔道对浆液的阻力；③两端抽真空管及灌浆管安装完毕后，关闭进浆管球阀，开启真空泵。真空泵工作1 min后压力稳定在－0.075 MPa～0.08 MPa，继续稳压1 min后，开启进浆管球阀进行压浆；④补压及稳压：真空泵、灌浆机停机，将抽真空连接管卸下，将出浆端球阀关闭，用铁锤将出浆口端封锚水泥敲散，露出钢绞线间隙。再用灌浆机正常补压稳压。此时，从钢绞线缝隙中会被逼出水泥浆，再持续补压稳压过程中，水泥浆由浓变稀，由稀变清，由流量大至滴出清水，此时灌浆及压力表稳定在0.8 MPa～1.0 MPa。补压稳压结束，关闭球阀；⑤转入下一孔道压浆。

4 结束语

总之，预应力加固技术是21世纪公路桥梁施工领域发展速度最快、用途最广的一门科学技术。然而，预应力加固施工工艺相对较复杂，要求预应力结构施工的专业性强，在实际施工中存在诸多质量问题。所以要切实抓好每道工序、每个环节的质量控制，确保公路桥梁板的质量。

1 张建仁、王 磊.既有钢筋混凝土桥梁构件承载力估算方法［J］.中国公路学报，2006（2）

2 王银桥、陈亨锦.预应力混凝土连续箱梁加固设计［J］.桥梁建设，2007（3）

3 邱式中.桥梁施工控制技术［J］.预应力技术，2008（6）