体外预应力桥梁加固技术应用

2020-07-12虞功栋周纵

运输经理世界 2020年7期

文/虞功栋、周纵

1 前言

对于桥梁进行加固施工，不会给原有结构产生任何损坏，同时还能够促进桥梁的承载性能的提高，这就是预应力技术进行桥梁加固方面所产生的优势，保证桥梁可以达到交通运行的标准。我国地域面积比较大，江河湖泊分布在各个地区中，为了国家经济的发展和进步，我国已经投入建设很多桥梁工程项目，很多桥梁因为投入运营时间比较长，在长期的载荷作用之下，桥梁会存在很多的病害问题，威胁项目运行安全性和实施，影响交通运行安全。体外预应力技术对于桥梁加固有着很好的效果，能够确保加固之后延长桥梁使用年限，所以是很多桥梁管理单位的首选加固方式。

2 基本设计原则

2.1 检测的实际应用

按照被加固施工桥梁的实际情况，可以把桥梁结构加固分成如下三种情况：第一，根据桥梁的功能展开加固处理；第二，桥梁承载性能的加固；第三，桥梁耐久性方面的加固。对于被加固的桥梁具体适用于哪一种加固的情况，要做好各个方面的分析，展开现场勘测和处理，了解桥梁的损坏情况和病害问题，科学分析，明确加固施工目的，确定合适加固措施。

2.2 桥梁加宽设计与桥梁加固设计必须要同时开展

如果在进行设计和分析中没有考虑新加宽和现有桥梁的衔接，那么就会导致结构性能的损坏，所以需要把桥梁加宽设计和桥梁加固设计同时开展，保证性能合格。但是很多的情况并没有有效分析新桥梁和原桥梁的衔接问题。桥梁加宽的宽度是比较小的情况下，尽量保证加宽的结构部分整合分析，这样能够有效分散上部的荷载，提升加固效果。

2.3 采用多种加固方法同步设计

通过增大截面尺寸、增加钢筋配入量的方式，提升桥梁结构的支撑结构性能，降低桥梁荷载运行下产生的损坏问题，是比较常见的加固施工方式。加大桥梁截面尺寸和增加截面配筋量的方式可以有效改善桥梁承载力薄弱的结构部分，提升加固效果，调整支撑结构体系，达到最终的效果要求[1]。

3 体外预应力加固施工技术原理分析

在加固施工作业的方式选择中，一般选择主动或者被动的方式，桥梁的体外预应力加固技术就是一种主动加固的作业方式。在具体的应用实践中，把原有桥梁工程的混凝土和新混凝结构按照规定的程序完成加固作业施工，保证桥梁的承载性能符合标准，满足交通的应用需要。此外，体外预应力技术可以提升新旧混凝土结构整体性，保证稳定性达到标准要求，有效约束桥梁在使用中的加固效果。目前桥梁项目在应用中极易出现变形，通过体外预应力加固方式可以保证结构性能达到要求。桥梁的混凝土结构导致变形的缺陷，可以利用体外预应力方式不会改变原有桥梁结构形式保证性能合格，可以在这基础之上设置必要的新混凝土结构形式。

新混凝土结构部件和原有混凝土结构的变形能力往往都有着明显的差异。在这两个部分连接组合成为整体结构后，旧混凝土出现损坏问题，而新混凝土并未达到极限状态下，伴随着新混凝土施工，让原结构形式的应变能力有效提升，保证新旧混凝土达到标准要求。从力学角度展开分析，体外预应力技术的应用保证桥梁混凝土抗剪性满足要求，但是新旧混凝土接触的位置上抗剪能力比较差。因此，要做好原有桥梁截面的配筋数据检测和分析，保证桥梁体外预应力加固技术、桥梁承载性能和稳定性得到提升。

4 施工工艺特点

4.1 体外预应力技术的主要特点

对桥梁结构的损伤与桥梁结构损害程度进行具体分析，为桥梁加固方案的选择提供良好基础。要想提升可操作性，就必须结合桥梁运营的实际情况选择桥梁结构加固技术，根据实际情况选择合适的加固措施，为桥梁结构的性能提升奠定基础。通过桥梁加固体外预应力技术，使用的设备要具备连贯性，避免在施工中存在摩擦力过大、桥梁外部载荷分布不均匀等情况，使体外锚索和锚固位置进行必要的连接，组合成为应力结构系统，提升结构的稳定性[2]。桥梁加固实施环节，为了有效保护原有结构净空、不损坏原桥梁美观性等标准，应该尽量选择一些灵活加固处理措施，应用灵活结构部件，锚固与转向功能部件就能达到这一标准。体外预应力技术加固桥梁还有一个重要优势，那就是自身结构重量比较小，不需要单独设计加固处理措施，降低加固施工成本，提高加固施工效率，保证项目施工效果，满足现代化桥梁运营的需要。

4.2 分析桥梁病害和技术要求来进行针对性处理

虽然通过应用体外预应力技术可以促进桥梁加固效果的提升，但是也需要进行必要的施工处理措施，应用先进施工技术才能达到标准要求。对于应力结构的设计为体外预应力技术加固桥梁中极为常见，底板、腹板、顶板体外索和通长索都是应用较为常见的结构形式。这些应力结构形式，能够有效提升桥梁的整体性能。主要方式是让整体的结构形成空间曲线的形式，实现多个传力点的设计，促进结构性能的改进和完善。

4.3 体外预应力施工技术的缺点

体外预应力技术应用实践中，有效利用体外预应力索保证预应力项目施工性能合格，但是预应力索在应用基础上通过雨水侵蚀导致锈蚀的问题，这是当前的施工技术所存在的主要问题；在桥梁锚固中应用中，应力和桥梁结构部设置在规定的位置上，导致了桥梁稳定性不足，这是另外一个缺陷问题；除此之外，还有一个问题就是锚具、夹片等部件在施工中需要大量的器具。体外索张力比较小的条件下，不会出现钢绞线强度的问题，施工难度相对较高。

5 具体加固措施

5.1 桥梁下方支撑式预应力拉杆

桥梁加固技术要结合具体的加固类型选择，其存在明显的差异性。在桥梁下部有净空的条件之下，通过在桥梁主梁下部设置拉杆体系的方式完成加固处理。该方式的加固施工，将其设定在既有桥梁的横隔板中，布置粗钢筋的方式调整支撑点所处的位置，其主要的目的是调整拉杆中的张力，让桥梁的荷载符合要求。在利用竖向顶撑张拉和横向收紧中进行张拉施工。竖向顶撑施工方式是通过器具进行施工处理，在桥梁下部的位置，应该根据需要安装钢锚固定板，同时保证和已经设计的拉杆进行稳定的焊接连接。为了能够让锚固板顺利进行拉杆预应力的施加作业，在桥梁跨径中安装必要的张紧夹具，保证桥梁腹板或者桥梁托架中都设置有张紧夹具，实施的时间保证达到设计应力的标准，根据需要设置混凝土垫块完成固定处理，使张力达到要求，保证底面和拉杆达到吻合的状态中[3]。此外，为了有效预防张紧夹具存在锈蚀的问题，要进行除锈作业。横向张紧作业阶段，可以把钢筋分为两层进行施工，直接设置到桥肋两侧，做好弯曲固定处理。在弯曲作业环节，拉杆替换成为粗钢筋的形式，在弯曲的位置上需要安装有相应数量的短钢筋支撑形成预应力的结构，在纵向需要设置撑棍和螺栓，最终通过收紧器的安装施工可以让拉杆横向受力达到要求，形成稳定的预应力结构形式。

5.2 体外预应力钢丝束加固法

通过钢丝束进行桥梁上部结构的固定处理，这是当前最为有效的体外预应力加固施工方式，主要的措施就是先进行预应力钢筋束的制作，然后需要根据桥梁侧面通过曲线的方式进行布置。在钢丝束制作阶段，有一个难点就是如何进行位置的精确固定，当前最为有效的钢丝束固定方式是在桥梁的最低端通过布置定位箍筋圈的方式，这种方式能够进行钢丝束曲线线形的固定。通常来说其设备的间隔距离是50～100cm，同时还需要通过应用桥梁肋侧埋设定位销的方式进行钢丝束的定位，也能够达到固定精确的效果。钢丝束在实施中，可以通过穿越梁段翼缘板斜孔的方式进行固定。在到达了梁顶锚固位置之后，就能够进行固定处理。因为钢丝束有着非常明显的特点，虽然强度较高，但是使用中极易发生锈蚀的问题，导致钢丝束的结构性能无法满足要求。如果通过先张预应力方式，要在钢丝束表面设置套管的形式；如果是后张拉预应力的方式，可以在张拉施工后通过水泥浆液进行钢丝束的包裹处理，保证其结构性能合格[4]。

6 工程概况

桥梁下部为独柱与双柱式桥墩的形式，桩体为灌注桩的形式，桥台是肋板埋设式桥台的形式，伸缩缝在中墩出应用SSF—l60B 型橡胶伸缩缝。整个桥梁在1996年正式投入运营，时间比较长。

6.1 加固前主要病害

6．1．1 主要病害问题就是出现在梁体跨中、墩顶等位置上的竖向裂缝，有些墩顶出现的斜向裂缝的问题。

6．1．2 梁体部分位置有明显的露筋、锈蚀等缺陷，梁段有些锚头出现了锈蚀的问题。

6．1．3 箱梁底板1／4 跨、4 跨横向裂缝与腹板竖向贯通裂缝非常明显，数量比较多。

6．1．4 箱梁的顶部位置也有比较多的纵向裂缝和网裂。

6.2 病害原因分析

导致这些问题的出现主要是车辆荷载比较大、超载运输严重等，使桥梁的承载性能比较差；设计方案自身存在明显缺陷，对于交通量的估计不准确。

6.3 体外索加同设计要点

6．3．1 箱梁腹板两侧加厚并设置小股预应力束N1(70s15．2)、N2(50s15．2)，边跨箱梁内腹板增设N3(70s15．2)束，提高正弯矩区极限承载能力，增加结构预应力度。

6．3．2 箱梁墩顶区在桥面上设置有小股预应力束，可以有效促进墩顶负弯矩区的抗弯承载性能部分。

6.4 体外预应力索加固效果

从该桥梁的荷载实验结果分析发现，各项参数都达到了技术标准要求，进行整体结构性能的评定发现卸载过后可以进行变形恢复，达到运行标准的要求。这就表示在进行体外预应力桥梁加固施工后，整个桥梁处于弹性工作状态下，较之加固前对比结构刚度得到了很大的提升。从结果数据分析，腹板两侧通过设置预应力钢束后截面的性能得到了到提升，很大的提升了应变，截面应力水平比较高[5]。