体外预应力技术在50 m T梁加固工程中的应用

胡 鹰，卢孟阳

(1.中交二航局建筑科技有限公司，武汉 430040；2.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

开封黄河公路大桥位于开封市东北30公里处的黄河干流上，是S213上一座跨越黄河的特大型桥梁，大桥于1988年2月开工建设，于1989年12月建成并通车。该桥由北引道、主桥、南引道三部分组成，北引道全长195 m，主桥全长4 475 m，南引道全长852 m，总长5 522 m。

主桥上部结构为20 m、50 m预应力混凝土简支T梁，桥面连续，桥孔布置由北向南为：1×(10×20 m)+1×(11×20 m)+12×(5×50 m)+1×(9×50 m)+1×(8×50 m)+1×(10×20 m)，共108孔。其中50 m T梁梁高2.6 m，腹板厚18 cm，马蹄底宽50 cm，每跨共7片梁，梁间距2.5 m，纵向设6道中横隔板和2道端横隔板，梁间采用钢板连接。

开封黄河公路大桥修建的年代较早，同时车流量较大、特别是重载车较多，50 mT梁腹板普遍存在开裂现象，以斜向裂缝和竖向裂缝为主，对预应力混凝土桥梁来说，此种裂缝为严重的受力裂缝[1]。为保证桥梁安全运营，需要对50 mT梁进行加固。

1 加固方案

针对S213线开封黄河公路大桥50 mT梁，随机选取该桥三跨T梁作为试验对象进行检测。结合试验过程中的裂缝观测情况，检测结果表明大桥50 m T梁桥各试验跨原设计状态下桥梁承载能力能够满足设计荷载等级要求，而桥梁现状的承载能力不能满足设计荷载等级要求。

通过权衡各加固方案，最终选择采用体外预应力法对50 m T梁实施加固，以提高梁体的抗弯和抗剪承载能力，改善梁体的应力状态，使梁体承载能力满足规范要求，并具有适当的安全储备。

体外预应力索布置于50 m T梁的腹板上，腹板两侧各布置1束体外预应力索。体外预应力索的线型位置如图1所示。

体外预应力索的转向块和锚固块均采用钢结构，利用锚栓和注胶粘贴技术锚固在T梁腹板上。体外预应力索材料为钢绞线，是采用环氧涂覆无粘结钢绞线成品索，每束规格为6-φs15.2 mm，标准强度fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，锚下控制张拉应力σcon=0.50fpk=930 MPa。

2 加固工艺

针对开封黄河大桥50 m T梁体外预应力加固，总体施工流程为：首先搭设梁底吊架作为施工平台，再进行锚固块、转向块的制作与安装，然后穿成品钢绞线预应力索及张拉。张拉前完成T梁裂缝等缺陷的修复工作，先单根预张拉后同步分级张拉，然后完成减震器安装，以及锚头防护罩安装并填充非硫化密封胶。

2.1 锚固块、转向块制作

锚固块和转向块由专门的钢结构加工厂家进行分块制作，运输至现场后焊接拼接，并且按相关规定进行焊缝检测，确保焊接质量合格。

2.2 锚固块、转向块安装

1)定位放线

按照设计图纸要求，在T梁上定位放线出锚固块和转向块安装位置，以及体外预应力索的线型位置。

2)混凝土表面处理

采用角向磨光机对混凝土表面进行打磨处理，除去锚固块和转向块安装位置表面松散的浮渣，直至露出混凝土新面，并进行清洁和干燥处理。

转向块的安装位置还要进行凿毛处理：利用凿子或风镐等将需要灌注C50混凝土界面的T梁腹板及马蹄形倒角处的老混凝土表面层凿去，并形成毛面，凿毛深度以老混凝土表面有1/3～1/2石子裸露为准。

3)钢筋探位及钻孔：用地质雷达对T梁腹板钻孔范围内预应力筋及钢筋进行现场探测并做出标记。孔位应确保严禁损伤预应力筋，箍筋损伤率在30%以下。孔位完成后利用水钻进行钻孔，钻孔孔径25 mm。

4)清孔

逐个清孔，先吹入洁净气体，再用硬毛刷往返旋转清刷3次，最后再将喷嘴伸入孔内吹气，确保孔内干净、无灰尘。

5)注胶植筋

采用专用注胶器进行植筋胶灌注，灌注量控制在孔深的2/3，植入钢筋后有少许植筋胶溢出[2]。植筋胶完全固化前，不得触动或振动已植入的钢筋，以免影响其黏结性能[3]。

6)加强钢板安装

在锚固块加强板两端T梁翼缘板处安装膨胀螺栓作为提吊受力点，利用1 t手拉葫芦将加强钢板从地面起吊至待安装位置附近，并套接在植筋后螺杆上。加强钢板与混凝土接触面每间隔20 cm塞垫3 mm垫片，提前预留出压力注胶的空间。

7)后装结构整体安装

后装结构部分提前整体焊接成整体，端头空间有限，利用安装加强板的手拉葫芦将放置在地面端的后装结构起吊至待安装位置附近，并插入对应植筋孔中，初步定位。后装结构起吊至待安装位置附近，并插入对应植筋孔中，初步定位。基座钢板与加强钢板接触面每间隔20 cm塞垫3 mm垫片，提前预留出压力注胶的空间。焊接时，在3 mm垫片处不焊接，作为后期压力注胶粘贴钢板的注胶孔和排气孔。

8)压力注胶

严格按照灌注粘钢法的施工工艺和要求进行压力注胶，注意检查有无脱空和漏胶等现象，确保黏结质量。

9)C50混凝土施工

对于转向块的安装，还需要对转向块的侧板和T梁腹板的间隙浇灌C50混凝土。可从上方灌入C50混凝土，横桥向利用转向块的侧板作为模板，顺桥向两侧设置木模板。

2.3 穿预应力索，安装锚具和夹片

穿预应力索前，先完成斜拉索的进场检验及横隔板钻孔施工，再根据孔位从T梁的第3与第4个横隔板中间穿入。穿索前，沿着预应力索设置临时拖轮支撑，使索体沿着拖轮穿入，同时在横隔板开孔处利用土工布或橡胶板进行临时防护，严禁索体护套在地板上拖动，同时注意其他位置索体的防护。体外索穿孔工作示意如图2所示。

预应力束安装完成后，依次安装两端端头的锚具、夹片等结构。安装过程中做好防护，保障夹片的完好性，避免磕碰损伤锚具的防腐镀层。

2.4 张拉及锚固

1)单根预张拉：利用小型穿心式千斤顶在梁端同步进行预紧，预紧力暂定控制在设计张拉力的15%。

2)同步分级张拉：体外索应采用一端整体同步分级张拉，张拉力分为50%、80%、100%三级。张拉过程中对锚固块、转向架及其周边的混凝土应力进行观测，以防止出现混凝土开裂现象。

3)同步性控制：张拉时，由现场技术负责人统一指挥，每级张拉之后安排专人对梁体外观、梁端支座位移情况等进行观测；预应力同步智能张拉设备系统进行整跨张拉的同步性控制；每级同步加载完成后，持荷5 min，进行应力与伸长量的检查。实际伸长量与理论伸长相比较误差不超过±6%[4]。

4)锚固：张拉力值经测量达到预定的力值后，张拉千斤顶持荷5 min，使工具夹片主动受力锚固住预应力束，有效减少预应力损失[5]。

2.5 后续施工

1)减震器安装 安装前对T梁及体外索的位置进行实测复核，确定钻孔植筋的位置。然后参考产品的安装说明依次安装减震器内侧哈弗结构、外侧哈弗结构，最后将螺栓紧固，完成减震器的安装。

2)安装锚头防护罩并填充非硫化密封胶 施工结束后，在密封筒内填充非硫化型密封胶，并在保护罩内涂抹非硫化型密封胶，最后安装端头锚头防护罩。

3 加固效果

开封黄河公路大桥体外预应力加固施工完成后，再次针对试验跨进行了荷载试验以验证加固实施后的效果。试验结果表明：静载试验的刚度、强度、抗裂性等指标及动载试验的振动特性均满足规范要求，结构基本处于弹性工作状态，加固后的实际承载能力能够满足设计荷载的正常使用要求，采用体外预应力技术加固的效果良好。