路桥梁预应力加固新技术的设计分析

李 江

(西安中交土木科技有限公司，陕西 西安 710075)

1 工程概况

预应力加固技术被应用于路桥工程后，可以取得较好的加固维护效果，充分发挥出预应力筋的补强作用，保证桥梁维持正常使用状态，车辆过往通行更加安全，具有较好的社会经济效益。

渭河特大桥建设于临潼粉刘村南东侧，圣力寺村南西侧，全桥总长2 425.4 m，建设于左偏圆曲线、直线、右偏圆曲线上。结构组成方面，渭河特大桥上部结构采取连续箱梁+T梁+变截面箱梁相组合的方式，下部桥墩包含矩形墩和柱式墩，桥台设置为肋式台。

2 预应力加固的主要应用方法

2.1 横向收紧张拉法

梁两端仅存在微小的间隙，此条件下通常以横向收紧张拉法为主，预应力筋设置于梁的下缘对称梁中线处，在与梁端合理距离处弯起，此处所用锚固钢板呈“U”形，稳定安装在梁端的下翼缘处。设置适量撑棍，以便将预应力筋划分为多个均等的节段，布设在两端的撑棍还具有支撑的效果[1]。各节段中点处安装拉紧螺栓，在其作用下将两对称筋收紧，此时拉杆则会提供预应力。

2.2 纵向张拉法

沿预应力筋轴线施加预应力，将施工所用的预应力筋统一布设在梁底，梁两端布设导向块并弯起，沿梁底纵向张拉，以达到减小梁端剪力的效果。现阶段，纵向张拉锚固构造中较为典型的是梁顶锚固和腹板锚固两种形式。不同的构造形式所对应的体外预应力筋张拉方法存在差异，除了在梁顶沿斜筋张拉外，还可以视实际情况转为在梁底沿水平方向张拉的方式。

2.3 竖向张拉法

部分施工条件下无法顺利完成纵向张拉作业，此时可采取竖向张拉法，所用预应力筋统一布设在梁肋两侧，通常在梁端肋侧锚固，选用适量小横梁并将其置于梁肋底部，作为不可或缺的装置，横梁的安装具有必要性，可有效固定钢筋预应力。

2.4 预弯梁法

部分桥梁结构中还伴有梁上缘开裂的情况，此时以预弯梁法较为合适。例如：某简支钢板梁桥施工中，其荷载处于相对较大的状态，应合理改善钢板梁的受力条件，从而达到提高桥面板刚度的效果[2]；受体外索张拉的作用，桥面板内部形成较明显的拉应力，可有效缓解因混凝土收缩而产生的拉应力。施工中应搭设稳定的支架，将主梁顶起并到达指定位置，检验新浇桥面板的强度，满足要求即可落下支架，此时桥面板将充分发挥出主梁的自重作用，由此形成压应力，在此基础上张拉体外预应力筋，按照要求对桥面施加轴力和弯矩。

3 预应力加固设计分析

3.1 预应力加固设计的基本原则

预应力组成示意图见图1。

图1 预应力组成示意图

桥梁底部分布数量较多的横向裂缝，此病害的出现与结构刚度不足有关，此时结构挠度明显增加，随之产生较明显的横向裂缝。针对此问题，宜采取主动加固的方式，使结构的预应力恢复至正常水平，布设体外预应力束，以达到有效加固桥梁的效果，此时桥梁具有承受荷载的作用[3]。主动加固方案的具体内容如下：①封闭既有裂缝，以免外界的有害物质进入结构内部而引发钢筋锈蚀等质量问题；②采取局部补强处理措施，尽可能阻止裂缝的扩展，以确保结构维持安全使用状态；③预应力不足是引发结构病害的主要成因，在加固时则要重点补充预应力，使结构实际应力状态能够与设计要求相同。

3.2 预应力加固设计方案

第五联连续梁桥病害较为明显，根据其实际情况提出体外预应力主动加固的方案，具体做如下分析。

1)处理连续箱梁内部，对其采取体外预应力加固措施，经过张拉后将形成附加预应力，具体如图2所示。

图2 体外预应力加固示意图(单位：cm)

2)结束箱梁内部的处理后再转向箱梁底部，对该处的裂缝采取局部补强措施，若裂缝宽度<0.1 mm，此时应有效封闭裂缝。

4 桥梁预应力加固技术的施工方法

4.1 合理选择预应力钢绞线

材料材质对预应力加固的效果具有明显影响，常见有钢绞线、冷拉钢丝等多种形式，其中以钢绞线的应用最为广泛，兼具便捷、美观的特点，是道路桥梁建设领域的首选形式。不同于其他建筑工程的是，桥梁预应力施工所需的钢绞线总量相对较少，在保证桥梁预应力加固效果的同时可有效减少成本投入，具有较显著的社会经济效益。关于预应力钢绞线的选择问题，需高度注重材料的性能参数，保证其在尺寸、延展率、耐久性等方面可满足使用要求。

4.2 合理选择预应力锚具

锚具可选形式丰富，不同锚具所产生的损失具有差异性，因此，合理选择锚具至关重要。工程经验表明，道路桥梁预应力加固施工中的锚具选择应兼顾机械锚固和摩擦锚固两方面因素，从而做出合适的选择，充分发挥出锚具的效用。

4.3 钢筋混凝土中的应用

混凝土裂缝是桥梁结构中发生概率较高的病害，且在大型桥梁中体现得更为明显，而通过预应力技术的应用可有效减少混凝土裂缝问题，在维持混凝土结构完整性方面具有良好的作用。从预应力技术在裂缝中的作用原理来看，可向受拉区混凝土施加压力，此时钢筋在张拉作用下将有所回缩，充分发挥出受拉区内钢筋预应力的作用。

4.4 混凝土路面中的应用

预应力技术也可应用于桥梁混凝土路面中，其作用原理与钢筋混凝土结构中并无本质区别。施工之前应做好全面的准备工作，如检测混凝土路面的温湿度情况、摩擦约束力等，以此为依据合理优化预应力技术，尽可能避免裂缝和收缩现象，恢复桥梁混凝土路面的完整性。

5 桥梁预应力加固技术在实际应用中的主要问题

5.1 预应力张拉

为充分提高预应力早期强度，可通过掺入适量早强剂的方式而实现。正常情况下，完成混凝土的灌注施工且经过3 d后便可组织预应力张拉作业，此时混凝土的强度已经上升至较高的水平，但其弹性模量依然相对较低，两项指标出现增长冲突问题。早期混凝土可塑性较好，若采取的是预应力提早张拉的方式，此时预应力增长速度明显加快，导致桥梁承受能力不足，随之出现裂缝等病害。

5.2 张拉力控制

在张拉力不合理的情况下，预应力加固效果将大打折扣，出现桥梁施工质量欠佳等质量问题。预应力张拉期间应兼顾各项质量影响因素，同时控制张拉力和预应力钢筋，使其处于相协调的状态。在各类影响因素中张拉力的影响较为显著，通常采取的是15级油压张拉的方式，施工人员欠缺专业技能，在实际操作中易出现不同程度的误差。若遇到多束预应力张拉作业，该问题将更为明显。由于每束张拉力具有差异性，因此，预应力钢筋伸长值难以完全一致，产生的弹性模量无法统一，预应力张拉反而出现适得其反的局面，发生预应力张拉能力失控的现象。

5.3 预应力管道堵塞

部分施工人员的专业水平偏低，未依据规范完成混凝土灌注作业，或是缺乏行之有效的防护措施，明显加大预应力管道堵塞的概率，导致钢绞线受到阻碍而无法顺利通过，张拉力的作用难以得到有效发挥，预应力技术的应用效果欠佳，在影响桥梁施工质量的同时存在工期延长、成本增加等问题。针对预应力管道堵塞问题，最为关键的是依据规范将管道安装到位，经过计算后确定管道钢筋的具体位置，由此避免管道钢筋弯曲现象，使预应力管道足够通畅。

5.4 体外施工的技术要点

1)定位滑块垫板和锚固支座，于桥梁底部锚杆重心处设置滑块垫板，在桥梁两端确定螺栓孔的位置并做好标记。

2)做好上锚固定的放样定位工作，具体应以单梁顶面纵横向为基准而确定，经过检测后确定锚固点与两端的间距。

3)设置上锚固点，若采取的是端面上锚固定的方式，则要分析预应力钢筋的合适安装位置，在桥面凿出两个斜孔(角度应与斜筋保持一致)，随后再凿去桥面铺装层，在该处均匀涂抹环氧胶液，以不影响混凝土保护层厚度为基本前提，完成桥梁顶部的上锚固定作业。

6 结束语

综上所述，公路桥梁工程中易出现混凝土结构裂缝、失稳等质量问题，为营造安全的车辆通行环境，可引入预应力加固技术，以实际施工情况为准，依据规范合理应用该技术，以达到改善桥梁结构受力状态的效果，充分发挥出预应力的作用，保证桥梁的稳定性。

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