T型梁桥体外预应力加固关键技术研究

2021-04-10张帅珂

工程技术研究 2021年12期

张帅珂

中交一公局第七工程有限公司，河南郑州 450000

1 工程概况

某省道3座大桥分别为5～50m、4～50m和3～50m预应力混凝土简支T型梁桥。大桥均为50m跨径T型梁桥，于2008年建成。桥梁上部主梁为预应力混凝土简支T梁，强度等级为C30，顶板宽度为1.5m，高度为2.7m，梁顶横坡1.5%，高跨比为1∶18.52。实际使用情况表明，3座桥梁均有不同程度的病害，体现在T梁开裂、结构局部破损等方面。技术评估认为，桥梁上部结构发生病害后已经不具备使用条件，难以满足现行规范的要求，亟须对其采取加固措施，使桥梁恢复至正常使用的状态。

加固的主要方法及目的：（1）在原基础上增加体外预应力，以改善T梁的受力条件，使其具有足够的抗弯、抗剪承载力；（2）增设横隔板，提高结构的稳定性；（3）针对T梁裂缝的实际情况采取处治措施，确保结构可恢复完整并具有耐久性；（4）处治其他病害，改善桥梁使用功能。

2 加固设计参数

根据原T梁的实际情况，经计算后可得，中梁和边梁两部分的抗弯承载力不能满足规范要求，在设计荷载作用下中梁和边梁抗弯承载力比设计承载力小13%和15%，T梁抗弯承载力不足；边梁距梁端4～7m抗剪承载力较设计极限承载力小2%，不满足规范要求；在正常使用极限状态下，边梁下缘主拉应力超限。由静载试验可知，桥梁均缺乏足够的横向联系，难以满足横向高效传力的要求，加载时将影响桥梁的使用，有明显的侧向变形。因此，设计考虑如下：在梁的两侧对称布置预应力束，两端锚固在新增齿板上；每榀T梁设2根3-φs15.24mm（上排）和2根4-φs15.24mm（下排）体外无黏结预应力钢绞线；横向每跨增设4道钢筋混凝土横隔板；无黏结锚固端设计成可更换可补张拉构造。

3 体外预应力加固施工技术

3.1 测放新增构件位置

经分析后确定设计中所标注的锚固块、钢绞线、新增横隔板、转向块等标注，在底板、腹板处使用钢筋探测仪探测出原预应力束所在的位置，将其与原设计竣工图纸进行对比，最终确定标注箱梁原底板、腹板钢绞线的位置，并适当调整放样。

3.2 凿毛处理

锚固块范围内底板、腹板混凝土保护层需先行凿除清理掉碳化层，直至粗骨料外露，并用高压水冲洗干净。

3.3 植筋

（1）划线定位。参照施工图纸标注孔位和型号；对比原图纸，借助钢筋探测仪进行探测，确保钢筋位置准确。植筋处若有受力钢筋可根据图纸重新测算，调整钻孔位置，也可以在不损伤原有预应力管道的基础上适当减小钻孔深度。

（2）钻孔。按照放样的标记位置钻孔，其钻孔深度要和植筋的埋深距离保持一致。

（3）清孔。孔道需要毛刷反复清洗，彻底清除表面杂物、尘土，确保孔内干燥。

（4）灌胶。按照对应的比例配置胶黏剂，一般情况下，改性环氧结构胶可分A、B两组配置，按要求控制材料用量，利用电动搅拌机搅拌，使其具有均匀性。灌胶作业前，用酒精或丙酮清理孔壁，待其恢复洁净的状态后，利用灌注器完成灌胶操作，具体应从孔底处开始，并加强检查，待实际灌胶位置在孔深的2/3处时可以停止。

（5）植筋。确保钢筋表面无垢，可在注入胶黏剂后将钢筋单向缓慢插入，使其旋转至设计高度，慢慢排除孔内空气，待其孔口处溢出胶黏剂之后立即清理干净。在这一过程中，配胶、灌胶、植筋需连续作业，间隔时间不可过长，否则会影响植筋效果[1]。若在胶黏剂初凝时间之外则应立即清除胶黏剂，然后重复上述步骤。

（6）静置固化。已植钢筋需在胶黏剂完全固化后方可触动。

（7）待胶黏剂完全固化后绑扎钢筋骨架，安装转向块等。

3.4 浇筑混凝土

该工程中使用的锚固块体积较小，同时施工作业空间狭窄，钢筋多且密，浇筑难度较高，因此在保证浇筑质量的要求下采用自流平混凝土。在确保混凝土性能符合设计需要的前提下浇筑锚固块，然后对其进行高强度的振捣，确保混凝土达到密实状态，以免出现蜂窝、麻面。受施工现场空间的限制，在操作中可适当多设几组喇叭形进料口，使用地泵泵送混凝土分层进行浇筑，待其浇筑完毕对其进行养护。养护方式包含覆盖、涂刷养护剂、薄膜保湿等。

3.5 安装新增预应力钢绞线

钢绞线为环氧喷涂型，在外面包有PE保护套，耐腐蚀性高。检查钢束的预留孔洞，在确保孔洞干净、顺滑的前提下可进行穿束[2]。为了确保人工穿束的效果，在穿束的过程中要确保PE保护套外观良好、不被损坏。同时，按照相关设计规范要求，剥除PE保护套的一定长度之后再安装钢绞线，使其外露部分满足张拉需求。然后，通过计算求得钢绞线下料长度。为了顺利完成张拉作业，还需确定外露长度、张拉伸长值等关键控制参数。在完成钢绞线下料后，钢绞线还要按照顺序重新标号，并对每根钢绞线进行编号，以方便区分。

3.6 预应力张拉

（1）为了尽可能避免预应力束弹性压缩损失过多，对同一个锚固块的张拉一般采用超张拉式逐级智能同步张拉，且根据需要调整各束的预加力，确保各钢绞线上的有效应力保持在同一个数值，半幅梁体同步施张。

（2）以体外钢绞线的类型、张拉力为主要依据，确定合适的张拉设备。考虑到该工程施工空间有限（狭窄）的情况，可以采用单孔千斤顶，单孔分丝有序完成张拉作业。为了提高张拉精度，应提前标定千斤顶，并确定各张拉阶段的合理油压值，张拉过程中要根据相关要求予以控制。

（3）锚固块需养护7d以上，待实测强度、弹性模量均达标后，进入预应力张拉环节。

（4）张拉采取双控标准，以张拉力为主要的判断依据，利用伸长量辅助检验，要求两者均达标。准确控制每级别的张力，记录相应的伸长量，并将其实际伸长量与预想结果进行对比，确保其误差控制在6%以下。若超出这一范围应立即停止张拉并及时检查，调整之后方可重新张拉。

（5）经计算可知，该工程张拉控制应力需达到1209MPa，即201.66t。张拉的施工次序为从0到15%，释放后再从0到50%，再到100%，最后施加的应力为103%，持荷2min锚固。预应力在张拉过程中还会有一定程度的损失，如摩擦、弹性压缩所带来的损失等，因而在施工中可采用超张拉3%的控制力进行张拉。此环节张拉锚固结束后，需测量其实际伸长值，确保数值在合理范围之内则可进行下一束张拉。

（6）在张拉过程中应利用网络对其进行全程监控，并将观测点设置于锚固块及少量裂缝处。若在张拉过程中锚固块出现开裂情况或原有的缝隙加大，应立即停止施工，待找到原因后方可继续张拉[3]。

3.7 钢绞线及锚具防护

钢绞线张拉完成后需用砂轮切割机去掉多余的部分。为了增强钢绞线的抗腐蚀性能，钢绞线外露部分还需涂抹黄油。为了给二次张拉创设良好的条件，可将环氧砂浆灌注在体外锚具上，同时增设保护套，发挥防护的作用。

4 体外预应力加固施工总结

4.1 工艺原理

钢绞线、高强钢丝是体外预应力加固中常见的施力工具，尤其是在桥梁上部结构预应力加固中。随着预应力张拉进程的推进，将形成反弯矩，与部分外荷载的内力相抵消。这种主动施加力的加固方式使结构内力重新分布，从而提高结构的刚度，增强其抗裂性能，还凸显了高强材料的使用价值[4]。

4.2 体外预应力布置形式

运用体外预应力加固的方式要结合工程的结构形式、病害状况，综合考虑施工空间等因素，合理布置体外预应力形式。就该工程而言，同时结合了增加横隔板和粘贴碳纤维布等方式，调高了结构整体性。在锚固体系施工过程中应尽可能安装精确，保证与梁体贴合并处于一个受力平面，最大限度地减少预应力在传递过程中的损失。此外，该工程病害范围比较集中，可采取局部加固的方式[5]。