廖 倩,田 寧

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽618000)

橋梁是確保公路暢通的咽喉，其承載能力和使用性能又是貫通全線的關(guān)鍵。隨著橋梁使用時間的增長，不可避免地會出現(xiàn)功能衰減、結(jié)構(gòu)老化和破損的情況，或者因設(shè)計失當(dāng)、施工質(zhì)量差導(dǎo)致使用性能降低。如果橋梁出現(xiàn)了上述情況而又沒得到及時有效的維修養(yǎng)護時，其使用性能將會受極大影響，一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破損，嚴重時有可能造成橋梁坍塌等災(zāi)難性的后果，對人們的生命、財產(chǎn)安全將會造成巨大的威脅。所以，認真分析導(dǎo)致橋梁損壞的原因，并有計劃、有步驟地采取相應(yīng)的維修加固措施，用較小的資金投入，達到延長橋梁的使用壽命且滿足交通量的需求，是我國公路建設(shè)發(fā)展中具有戰(zhàn)略意義和深遠影響的迫切任務(wù)。

1 體外預(yù)應(yīng)力理論計算

體外預(yù)應(yīng)力按無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土理論計算，無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土是指采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋混凝土配筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土不直接接觸，不能形成一個均勻的整體，而是無粘結(jié)狀態(tài)。在外荷載作用下，該結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋束與混凝土橫向、豎向存在線變形協(xié)調(diào)關(guān)系，在縱向可以相對周圍混凝土發(fā)生縱向滑移。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的設(shè)計理論與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土相似，增設(shè)的普通受力鋼筋是為了改善其結(jié)構(gòu)的性能，避免構(gòu)件在極限狀態(tài)下產(chǎn)生集中裂縫。

1.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量估算

設(shè)計彎矩M對截面受拉邊緣混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力：

σw=M/W

(1)

有效預(yù)加力：

(2)

預(yù)應(yīng)力筋截面積：

Ay=Nye/σye

(3)

式中:Ah、Wh為分別為計算截面混凝土毛截面積及對受拉邊緣的截面抵抗矩；ey為體外力筋兩錨固合力點連線至凈截面重心軸的距離；[σl] 為混凝土容許出現(xiàn)的拉應(yīng)力；σye為扣除全部應(yīng)力損失后的預(yù)應(yīng)力鋼筋有效預(yù)應(yīng)力。

對A類構(gòu)件，設(shè)計彎矩M取恒載彎矩Mg與活載彎矩Mp之和，并取[σL]=0.8RLb；對B類構(gòu)件，設(shè)計彎矩M取恒載彎矩Mg，并取 [σL]=0。

體外折線形預(yù)應(yīng)力筋為通長布置，以最大彎矩截面為控制截面估算截面積。

為方便設(shè)計，按照荷載短期效應(yīng)組合作用正截面混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，將部分預(yù)應(yīng)力混凝土分為以下兩類。

A類：正截面中混凝土的拉應(yīng)力不超過限值，受彎構(gòu)件拉應(yīng)力限值為0.5γftk。

B類：正截面中混凝土拉應(yīng)力超過拉應(yīng)力限值。

1.2 加固體系的裂縫驗算

用體外預(yù)應(yīng)力筋加固的鋼筋混凝土梁，雖然受力特性屬于部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，但其抗裂性則由于預(yù)應(yīng)力鋼筋在梁體之外，與混凝土無粘結(jié)作用，更趨于鋼筋混凝土梁的性質(zhì)。再者部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力σg是從消壓狀態(tài)開始計算的，因此加固后橋梁的裂縫寬度計算仍采用現(xiàn)行橋規(guī)中鋼筋混凝土梁的裂縫計算公式，即

(4)

式中:C1為考慮構(gòu)件受力特征的參數(shù)，對于受彎構(gòu)件，取C1=1.0；C2為考慮鋼筋表面形狀的系數(shù)，粗鋼筋取C2=1.0；C3為考慮荷載作用的系數(shù)，荷載長期作用或多次重復(fù)作用時，C3=1.5。

各參數(shù)均按公路橋規(guī)取用。但在配筋率μ的計算中只考慮原梁中的非預(yù)應(yīng)力筋的面積Ag；換算直徑d0也僅由原梁中的非預(yù)應(yīng)力筋直徑計算。

考慮到被加固的梁為鋼筋混凝土梁，其內(nèi)多配置非預(yù)應(yīng)力筋。因此，在上式的允許裂縫寬度[δf]仍然按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)考慮。

2 橋梁加固施工方案及操作要點

2.1 體外預(yù)應(yīng)力束的線形布置

文章以某橋的T構(gòu)箱梁為例進行介紹，將體外束均布置在T構(gòu)箱梁空洞內(nèi)部，采用折線形布置。為滿足箱梁正截面抗彎強度以及抗剪強度要求，按照雙懸臂梁受彎的特點，體外束布置在頂板下緣，并且通過設(shè)在牛腿上的錨固塊錨固在箱梁懸臂的兩端。

2.2 體外束的材料和張拉力

預(yù)應(yīng)力鋼束采用10φ15.2高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標(biāo)準值fpk=1 860 MPa,E=1.95×10 MPa,鋼束的錨下張拉控制應(yīng)力σcon=0.55,fpk=1 023 MPa,單根鋼絞線張拉力為140.4 kN，伸長量為330 mm。

2.3 橫隔墻、縱梁及錨固塊施工

每個T構(gòu)的一端設(shè)置一個橫隔墻、四道縱梁和四個錨固塊。橫隔墻和錨固塊為C50的聚丙烯混凝土，錨固塊為普通的C50混凝土。新舊混凝土通過在原結(jié)構(gòu)混凝土表面鑿毛、種植鋼筋并涂刷界面劑將其有效結(jié)合為一體。施工工序及要求如下：

(1)測量放線。用經(jīng)緯儀在箱內(nèi)按照鋼絞線的設(shè)計線形進行精確放線，準確定出每個橫隔墻、縱梁和錨固塊的縱橋向和橫橋向的中心線，從而確保每個部位位置精確，同時也保證了預(yù)應(yīng)力鋼絞線的線形。

(2)裂縫處理及溝槽鑿出。在橫隔墻、縱梁和錨固塊施工前，對施工部位的梁體結(jié)構(gòu)進行裂縫檢查，當(dāng)裂縫大于0.15 mm時，則進行灌膠處理。在裂縫注膠處理完畢且膠體強度達到100 %后，將混凝土表面鑿毛，清除浮漿，露出新鮮混凝土，并在原有鋼筋網(wǎng)的空當(dāng)處間隔一定距離鑿出約3 cm的剪力槽，以進一步增強新舊混凝土的連接。

(3)植筋、鋼筋施工。植筋鉆孔時應(yīng)先用鋼筋探測儀探測出原結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋的位置，如有沖突，則適當(dāng)調(diào)整植筋鉆孔的位置。植筋施工養(yǎng)護完畢后，用高壓水沖洗老混凝土表面松散物和浮塵，露出堅實層。待水晾干后，酒精將新舊混凝土接觸面擦拭干燥，涂刷界面膠。界面膠涂刷厚度要均勻，厚度控制在2 mm左右。

如鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道有沖突，則適當(dāng)調(diào)整鋼筋的位置。

(4)轉(zhuǎn)向器與預(yù)埋管的安裝。按照設(shè)計圖安裝各轉(zhuǎn)向架和錨固塊的轉(zhuǎn)向器和預(yù)埋管。在安裝過程中，控制各部位的橫橋向和縱橋向的尺寸，不能超出設(shè)計和規(guī)范的要求，特別是轉(zhuǎn)向器的角度，應(yīng)嚴格控制其精確度。如果轉(zhuǎn)向器位于墩頂橫隔板上，則采用水鉆開孔，安裝好以后，將轉(zhuǎn)向器與原橫隔板間的間隙用自密實補償混凝土(或砂漿)填塞密實。

2.4 體外預(yù)應(yīng)力施工

2.4.1 預(yù)應(yīng)力束的下料與安裝

為防止預(yù)應(yīng)力束在下料過程中導(dǎo)致PE管損傷，則需要在現(xiàn)場準備若干定滑輪與動滑輪，在現(xiàn)場下料時將鋼絞線放在滑輪上。在穿鋼絞線時采用定滑輪與動滑輪組合的方式，保證鋼絞線在穿送過程中HDPE外包管不受損傷。

2.4.2 預(yù)應(yīng)力束張拉

(1)張拉力：依據(jù)設(shè)計要求，每束張拉力為1 404 kN。

(2)張拉千斤頂： YCW-250A，4臺。

(3)張拉順序：先張拉靠近外腹板的鋼束，再張拉靠近箱梁中心線鋼束。

(4)張拉原則：兩端對稱張拉，即在同一束鋼絞線上，采取兩端張拉；在同一幅橋沿箱梁縱向中心線左右對稱的兩束鋼絞線，為防止梁體受扭，必須4臺千斤頂同步張拉。張拉前調(diào)整千斤頂位置使其張拉力作用線與預(yù)應(yīng)力筋的軸線重合。

(5)張拉控制：采取張拉力和伸長量雙控的原則，以張拉力為主，伸長量為校核，實際伸長值與理論伸長值的差值控制在±6 %以內(nèi)，超出誤差時，現(xiàn)場暫停張拉，報于設(shè)計和監(jiān)理人員，待查明原因并采取措施予以調(diào)整后，再繼續(xù)張拉。

(6)分級張拉：先張拉至初應(yīng)力(10 %σk)，然后分級加載至20 %、50 %、80 %、100 %σk，持荷2 min，回油自錨，退頂。張拉過程注意記錄鋼絞線伸長量，伸長量從拉至初應(yīng)力時開始計起，計算實際伸長量時除實測伸長量外，尚需計入初應(yīng)力時的推算伸長值。張拉程序如下：

(7)補拉: 預(yù)應(yīng)力束全部張拉完畢后，最先張拉的預(yù)應(yīng)力束會發(fā)生預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)對其進行補拉，使其達到設(shè)計要求的控制應(yīng)力。

2.4.3 張拉注意事項

(1)轉(zhuǎn)向塊和錨固塊混凝土的強度和彈模均達到100 %后才能進行張拉作業(yè)；

(2)張拉時橋上嚴禁一切車輛行駛；

(3)張拉結(jié)束后，預(yù)應(yīng)力束應(yīng)留有足夠的錨固工作長度，為防止以后預(yù)應(yīng)力松弛等情況下可以進行再次補拉；

(4)千斤頂和油泵等張拉機具應(yīng)由專人使用和管理，并應(yīng)經(jīng)常維護，定期檢驗；

(5)為避免預(yù)應(yīng)力束自有長度較長時產(chǎn)生振動，在梁段內(nèi)設(shè)置防振裝置。

3 結(jié)論

本文結(jié)合某公路大橋體外預(yù)應(yīng)力法維修加固的工程的實例，探討了橋梁體外預(yù)應(yīng)力法加固設(shè)計，并系統(tǒng)地介紹了體外預(yù)應(yīng)力法在橋梁加固中的施工要點、難點及重點，提出了解決施工問題中的方法及操作要點。通過工程實例，表明體外預(yù)應(yīng)力加固法具有施工方便、可靠，預(yù)應(yīng)力筋(束)可以單獨防腐甚至可以更換等特點，可以為類似橋梁的體外預(yù)應(yīng)力法維修加固施工提供參考。