俞錫紅

（安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥　230051）

體外預應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用和施工要點

俞錫紅

（安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥230051）

隨著預應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，體外預應(yīng)力加固技術(shù)越來越被工程界所重視。結(jié)合合淮阜高速公路董鋪水庫大橋體外預應(yīng)力加固技術(shù)實例，闡述了體外預應(yīng)力技術(shù)在我國的應(yīng)用、體外預應(yīng)力施工控制要點及體外預應(yīng)力加固的優(yōu)點及發(fā)展方向。

橋梁工程；體外預應(yīng)力技術(shù)；應(yīng)用

0　引言

體外預應(yīng)力是指對布置于承載結(jié)構(gòu)主跨本體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生的預應(yīng)力，鋼束僅在錨固區(qū)域設(shè)置在結(jié)構(gòu)本體內(nèi)，轉(zhuǎn)向塊可設(shè)在結(jié)構(gòu)體內(nèi)或體外。體外預應(yīng)力結(jié)構(gòu)是后張預應(yīng)力體系的重要分支之一，它與體內(nèi)預應(yīng)力結(jié)構(gòu)最本質(zhì)的區(qū)別就是體外預應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預應(yīng)力筋布置在主體結(jié)構(gòu)之外。

1　體外預應(yīng)力技術(shù)在我國的應(yīng)用

近20年來，我國預應(yīng)力技術(shù)發(fā)展迅速，體外預應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)已經(jīng)成熟。盡管體外預應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的鋼束用量比體內(nèi)預應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)要多，但由于體外預應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)減輕了占恒載較大比重的箱梁腹板尺寸，節(jié)約了混凝土的用量。同時上部橋梁結(jié)構(gòu)重量的減輕也導致了下部橋梁結(jié)構(gòu)工程量的節(jié)省。更重要的是，施工方法及材料用量、施工速度、管理費用以及成橋后的維護費用能更加經(jīng)濟。雖然預應(yīng)力鋼束材料用量稍多一些，但其影響非常小。特別是對于建設(shè)、設(shè)計和施工為一體的總承包集團公司，施工方法的簡便，施工速度的加快，施工質(zhì)量的容易控制可使施工費用降低不少。作為后張法預應(yīng)力體系的重要分支之一的體外預應(yīng)力結(jié)構(gòu)因其施工方便、節(jié)省材料、減輕自重、降低造價、方便檢修維護更換等優(yōu)點，已越來越受到工程界的重視［1-6］。

2　工程實例

2.1工程概況

董鋪水庫大橋?qū)儆诤匣锤犯咚俟飞系囊蛔笮蜆蛄?，該橋主橋上部采用主?00 m變截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，引橋采用標準跨徑為30 m的裝配式部分預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。設(shè)計荷載公路一級，設(shè)計車速120 km/h，橋面全寬34.5 m。主橋上部為60 m+100 m+60 m三跨PC截面連續(xù)箱梁。上部結(jié)構(gòu)箱梁為單箱室結(jié)構(gòu)，主橋采用掛籃懸臂澆筑法施工。主橋下部構(gòu)造各墩采用矩形墩，墩身采用C40混凝土，基礎(chǔ)采用直徑1.8m鉆孔灌注多排樁，引橋下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩，墩身和蓋梁采用C30混凝土。

2.2歷次檢查及維修加固狀況

合淮阜高速公路于2008年通車，2011年10月安徽高速公路試驗檢測科研中心對該橋進行了外觀檢測，檢測結(jié)果表明該橋存在部分病害，于2012年4月完成維修處治設(shè)計，并于當年完成維修處治施工，2012年8月再次對該橋進行了常規(guī)檢測。2014年11月安徽省高速公路試驗檢測科研中心在對合淮阜高速公路三座橋梁進行巡察的過程中發(fā)現(xiàn)董鋪水庫大橋主橋腹板、底板及頂板出現(xiàn)新增裂縫或已封閉裂縫再次開裂的情況。2015年3月，安徽省高速公路試驗檢測科研中心對該橋進行了專項檢測，在巡檢及專項檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合原設(shè)計文件及2012年維修處治成果，作出對該橋進行體外預應(yīng)力維修加固的決定。

2.3體外預應(yīng)力施工控制要點

2.3.1主材

本工程所選用的體外預應(yīng)力材料見表1。

施工中所用材料必須有生產(chǎn)批號、產(chǎn)品質(zhì)量保證書等，符合國家相關(guān)標準、規(guī)范。

2.3.2錨固系統(tǒng)

預應(yīng)力筋的錨固系統(tǒng)宜選用STM體系的單孔錨具及擠壓錨具。

表1　體外預應(yīng)力主要施工材料選用計劃

（1）張拉端

采用錨具凹進混凝土表面。當建筑上不允許有外包混凝上梁時，采用這種端部作法，該作法施工較繁。它由錨環(huán)、夾片、承壓板、塑料塞及固定件、螺旋筋組成，見圖1（a）。

圖1　凹入式夾片錨具張拉端構(gòu)造

墊板連體式錨具凹進混凝土表面。由錨具、夾片、塑料塞及固定件、螺旋筋等組成，見圖1（b）。

（2）固定端

采用擠壓錨具。由擠壓錨具、承壓板和螺旋筋組成，見圖2。

圖2　固定端擠壓錨具構(gòu)造

2.3.3混凝土

封錨混凝土采用的混凝土強度等級，不低于C45。為縮短工期及便于施工，可采用早強大流動性混凝土。

2.3.4錨固端、轉(zhuǎn)角器

錨固端和轉(zhuǎn)角器采用Q345鋼，在施工現(xiàn)場制作而成。除有施工圖標明外，本工程所有焊縫為單面角焊縫，焊角尺寸同鋼材厚度，焊縫尺寸按圖焊制。

所有焊接材料及焊接品質(zhì)，須符合 GB5117-95，GB5118-95及GB1300-77的規(guī)定。鋼構(gòu)件采用除銹時要求達到Sa2.5標準，除銹后的構(gòu)件應(yīng)及時涂刷二遍防銹底漆，厚度50 μm。

配套張拉設(shè)備有千斤頂及油泵。機具有頂壓器（液壓和彈簧兩種）、張拉桿、工具錨等。

（1）YCQ20型前卡千斤頂

體外預應(yīng)力筋一般均采用單根張拉方法。張拉設(shè)備采用YCQ20型千斤頂，YCQ20型千斤頂為前卡穿心式構(gòu)造，與錨具配合，可以采用不頂壓工藝張拉，施工效率很高。YCQ20型千斤頂外形見圖3。

圖3　YCQ20型前卡千斤頂?shù)臉?gòu)造

（2）電動高壓油泵

體外預應(yīng)力的張拉采用液壓設(shè)備提供動力，本工程采用ZB4/500型電動高壓油泵。

畜牧業(yè)是我國重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)之一，與農(nóng)業(yè)、林業(yè)共同支撐起我國的基礎(chǔ)經(jīng)濟發(fā)展，畜牧業(yè)養(yǎng)殖中控制動物疫病是保證養(yǎng)殖生產(chǎn)利潤的重要的手段，預防、控制、疫苗是重要的防疫工作保證，我國農(nóng)村基層動物防疫工作中還存在一定的缺陷，受限于當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、工作人員專業(yè)水平和綜合素質(zhì)，筆者將在本文中對當前我地農(nóng)村基層動物防疫工作中存在的問題進行分析，探討優(yōu)化我地農(nóng)村基層動物防疫工作的對策，為我地畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展提供借鑒思路。

（3）其他設(shè)備

a.放線盤架：在下料時用以放置成捆的預應(yīng)力筋，它有可轉(zhuǎn)動的中心軸，放線時較輕便。

b.砂輪切割鋸：放線下料時切斷預應(yīng)力筋的設(shè)備。

c.角相磨光機：手提式，配以小型切割砂輪片，在張拉后用以切割外露余筋之用。

d.液壓切筋器：張拉后用來切割穴模內(nèi)鋼絞線的設(shè)備。

2.3.6工藝流程及施工要點

體外預應(yīng)力施工的工藝流程如下：根據(jù)圖紙，確定體外預應(yīng)力筋的布置線型→制作并安裝固定端、轉(zhuǎn)角器→鋪放預應(yīng)力筋→張拉預應(yīng)力筋→錨固→安放封端罩、端部封閉。

（1）錨固節(jié)點和轉(zhuǎn)向節(jié)點的設(shè)計與加工制作

先對結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計與施工可行性分析，確定體外預應(yīng)力束布置和節(jié)點施工的可操作性。確認在原結(jié)構(gòu)上開洞、植筋及新增混凝土與鋼結(jié)構(gòu)等施工對原結(jié)構(gòu)的損傷在受力允許的程度之內(nèi)。體外預應(yīng)力束與被加固結(jié)構(gòu)之間通過錨固節(jié)點和轉(zhuǎn)向節(jié)點相連接。錨固節(jié)點和轉(zhuǎn)向節(jié)點塊采用鋼結(jié)構(gòu)。新增混凝土錨固節(jié)點和轉(zhuǎn)向節(jié)點塊結(jié)構(gòu)在原結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位施工。新增鋼結(jié)構(gòu)錨固節(jié)點和轉(zhuǎn)向節(jié)點塊采用鋼板和圓鋼焊接而成，應(yīng)保證焊縫質(zhì)量和與原結(jié)構(gòu)連接的可靠性。

（2）錨固節(jié)點和轉(zhuǎn)向節(jié)點的安裝

根據(jù)體外預應(yīng)力束布置要求在原結(jié)構(gòu)適當位置上開洞，以穿過體外預應(yīng)力束。按設(shè)計位置植筋或植錨栓等，以安裝錨固鋼件、支座及跨中轉(zhuǎn)向節(jié)點鋼件，鋼件與混凝土連接的界面應(yīng)打磨清掃干凈，然后用鋼結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)和錨栓固定，鋼件與混凝土之間的空隙用無收縮砂漿封堵密實。新增混凝土錨固節(jié)點和轉(zhuǎn)向節(jié)點施工，首先植筋和綁扎普通鋼筋，安裝錨固節(jié)點錨下組件和轉(zhuǎn)向節(jié)點外束導管等，支模板并澆注混凝土，混凝土必須充分振搗密實。

（3）體外預應(yīng)力束的下料與安裝

體外成品索在工廠內(nèi)加工制作，成盤運輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場，根據(jù)實際需要拆除下料。預應(yīng)力筋長度為平面直線長度基礎(chǔ)上增加曲線增量和每一張拉端不小于1 000 mm的張拉操作長度。體外束下料完成后，成品束可一次完成穿束。

制作固定端的擠壓錨，制作擠壓錨具時應(yīng)遵守專項操作規(guī)定。在完成擠壓后，護套應(yīng)正好與擠壓錨具頭貼緊靠攏。異形鋼絲襯套安裝后，各圈鋼絲應(yīng)并攏擰緊且不得重疊。擠壓力不得低于規(guī)定值，擠壓后預應(yīng)力筋外露1～5 mm，如不露頭，必須切掉重擠。錨墊板必須用螺絲擰緊。固定端擠壓式錨具的承壓板應(yīng)與擠壓錨固頭貼緊并固定牢靠。

（4）體外預應(yīng)力束的張拉

預應(yīng)力張拉控制在應(yīng)力為100 MPa，每根預應(yīng)力筋的張拉控制力為140 kN。張拉時采用應(yīng)力控制，應(yīng)變校核的方法進行。張拉時要控制給油速度，給油時間不應(yīng)低于半分鐘。實測伸長值與計算值的偏差在-6%～+6%范圍之內(nèi)。施工中應(yīng)做好現(xiàn)場施工預應(yīng)力記錄，應(yīng)逐根填寫張拉記錄，經(jīng)整理簽署驗收存檔。

為減少預應(yīng)力筋松弛、摩擦等損失，可采用超張拉法，但張拉應(yīng)力不超過3%。預應(yīng)力筋的張拉應(yīng)按照對稱的原則進行張拉。不可單側(cè)張拉多根預應(yīng)力筋，以避免梁水平受彎。

（5）體外預應(yīng)力束與節(jié)點的防護

體外預應(yīng)力束張拉完成后，根據(jù)體外預應(yīng)力錨固體系更換或調(diào)索力對錨具保留鋼絞線長度的要求，用砂輪片除錨具外伸多余的鋼絞線，采用防護罩或設(shè)計體系提供的防護組件進行體外預應(yīng)力束耐久性防護。將錨固端及其周圍清理干凈，在錨固端四周及以上覆以6@50的鋼筋網(wǎng)片后，用C45微膨脹細石混凝土灌入錨固端并振搗密實。

對外露的體外預應(yīng)力束及節(jié)點進行防火處理原則為：外包20 mm以上厚度的砂漿或混凝土的、或外包油脂和套管的不需要進行防火處理，其余鋼材表面采用薄型防火涂料進行防火處理。

2.3.7質(zhì)量控制措施

（1）施工前品質(zhì)檢測

鋼絞線進場后，除應(yīng)按產(chǎn)品出廠證明文件核對其性能類別、型號、規(guī)格及數(shù)量外，尚應(yīng)符合國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）及《預應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）要求，合格后方可使用。

a.鋼絞線出場時應(yīng)有質(zhì)量保證書，每盤上應(yīng)掛有標盤，進場時，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準《預應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224）等的規(guī)定抽取試件作力學性能檢驗，其質(zhì)量必須符合有關(guān)標準的規(guī)定。

b.檢查數(shù)量：按進場的批次和產(chǎn)品的抽樣檢驗方案確定，檢查產(chǎn)品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告。

c.外觀檢查：應(yīng)在使用過程中逐盤進行，其鋼絞線表面不得有裂紋和4.機械損傷，允許有輕微的浮銹，但不得有明顯的麻坑。

d.力學性能試驗：從每批中任取三盤的鋼絞線各取一個試樣進行拉伸試驗，要求抗拉強度fptk≥1 860 N/mm2，δ≥3.5%。如有一項試驗結(jié)果不符合標準要求，則該盤鋼絞線為不合格品，應(yīng)加倍取樣復檢，如仍有一項不合格，則該批鋼絞線判為不合格品。

e.預應(yīng)力絞線截面特征及力學性能

本工程所用預應(yīng)力鋼絞線截面尺寸及力學性能應(yīng)滿足表2的要求。

錨具進場后，除應(yīng)按產(chǎn)品出廠證明文件核對其錨固性能類別、型號、規(guī)格及數(shù)量外，尚應(yīng)符合國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）及《預應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T14370-2000）要求，合格后方可使用。

外觀檢查應(yīng)從每批中抽取10%的錨具且不少于10套，檢查其外觀和尺寸。如有一套表面有裂紋或超過產(chǎn)品標準及設(shè)計圖紙規(guī)定尺寸的允許偏差，則應(yīng)另取雙倍數(shù)量的錨具重做檢查；如仍有一套不符合要求，則應(yīng)逐套檢查，合格者方可使用；硬度檢驗由錨具生產(chǎn)廠提供有效的試驗報告。

表2　鋼絞線截面特性及力學性能

靜載錨固性能試驗對于本工程的錨具進場驗收，其靜載錨固性能由錨具生產(chǎn)廠提供有效的試驗報告。

預應(yīng)力筋用錨具驗收批的劃分：在同種材料和同一生產(chǎn)工藝條件下，錨具以不超過1 000套為一個驗收批。

（2）施工中質(zhì)量控制措施

在體外預應(yīng)力施工中，預應(yīng)力筋的鋪放及張拉操作宜由預應(yīng)力專業(yè)施工隊伍承擔。張拉按施工方案確定的設(shè)備用量，安排專業(yè)組，一般每套設(shè)備配置2～3人。

施工過程中應(yīng)注意以下方面的質(zhì)量控制：

a.錨固端、轉(zhuǎn)角器的鋼結(jié)構(gòu)制作；

b.錨固端、轉(zhuǎn)角器的安裝；

c.預應(yīng)力筋固定端擠壓成形；

d.預應(yīng)力筋的安裝就位；

e.預應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力和應(yīng)變控制；

f.錨固端的封錨質(zhì)量。

（3）現(xiàn)場成品保護措施

a.張拉完畢后錨固端應(yīng)及時驗收封錨；

b.體外預應(yīng)力完成張拉后，應(yīng)及時進行防火防腐處理。

（4）施工驗收

a.加固所用鋼絞線、錨具、轉(zhuǎn)角器、錨固端支座按設(shè)計要求和施工規(guī)范要求對商品供應(yīng)廠方提供資料的進行驗收；

b.應(yīng)嚴格執(zhí)行各工序的隱蔽檢驗及驗收。

2.3.8安全技術(shù)要求

（1）預應(yīng)力施工操作人員應(yīng)有安全意識。進入工地必須戴安全帽、穿厚底鞋，高空作業(yè)必須有牢固的腳手板、安全護網(wǎng)。

（2）張拉時，操作人員及一切其他人員均不得站在預應(yīng)力兩端，只許站在兩側(cè)，以防斷筋時傷人。

（3）張拉過程中，錨具和其它機具嚴防高空墜落傷人。油管接頭處、張拉油缸端部嚴禁站人，應(yīng)站在油缸兩側(cè)。測量伸長值時，嚴禁用手扶摸缸體，避免油缸崩裂傷人。

（4）預應(yīng)力筋張拉中，經(jīng)標定的配套設(shè)備不允許隨意更換。操作人員應(yīng)精神集中，給油回油應(yīng)平穩(wěn)。張拉應(yīng)力包括超張拉不應(yīng)超過預應(yīng)力筋抗拉強度標準值的80%。

（5）嚴防高壓油管出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或死彎現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)立即卸除油壓，進行處理。

（6）用電時嚴禁將地線、火線搞混，應(yīng)作明顯標記，避免與結(jié)構(gòu)鋼筋連在一起，造成觸電事故。

（7）油箱油量不足時，要在沒有壓力下加油，機油一般為20#，冬季為10#。嚴禁使用酒精、甘油、水代替。

（8）張拉，擠壓、鐓頭、切割等設(shè)備，必須經(jīng)過檢查，各項性能完好，儀表示值正確才可以使用。

3　體外預應(yīng)力加固的優(yōu)點及發(fā)展

對上部結(jié)構(gòu)的加固，一般都不得不在原結(jié)構(gòu)混凝土的外部進行，這就使體外預應(yīng)力技術(shù)成為一種主要的也是最積極的加固方法。體外預應(yīng)力索加固法就是應(yīng)用體外預應(yīng)力索通過后加在原結(jié)構(gòu)上的錨固塊和轉(zhuǎn)向裝置，并張拉體外索使原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生后加預應(yīng)力的方法。

3.1體外預應(yīng)力體系的優(yōu)點

（1）體外預應(yīng)力筋布置在結(jié)構(gòu)截面以外，力筋僅在轉(zhuǎn)向塊處與混凝土接觸，可大幅度減小預應(yīng)力摩擦損失，提高了預應(yīng)力作用效果。

（2）由荷載作用引起的應(yīng)力變化分散在預應(yīng)力筋全長上，應(yīng)力變化幅度小，對于承受較大活載及由疲勞控制的結(jié)構(gòu)相當有利。

（3）體外預應(yīng)力筋外套聚乙烯管或鋼管，力筋設(shè)置容易，能夠控制和調(diào)校體外索的應(yīng)力，便于灌漿且更可靠，使用期間容易檢查和更換。

（4）體外預應(yīng)力技術(shù)能大大縮短大跨度裝配式預制橋梁的施工工期。

3.2未來的發(fā)展

（1）隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬和其他結(jié)構(gòu)工程的大規(guī)模發(fā)展，體外預應(yīng)力的應(yīng)用范圍越來越廣，應(yīng)用數(shù)量也迅速增長。

（2）預應(yīng)力筋向高強度、低松弛、大直徑和耐腐蝕的方向發(fā)展。

（3）錨固體系將得到完善，在一定范圍內(nèi)，預應(yīng)力噸位可根據(jù)實際需要任意選用，使用方便，安全可靠。

（4）施工向工業(yè)化、專業(yè)化方向發(fā)展，實現(xiàn)施工工藝標準化、自動化控制與管理。

4　結(jié)語

體外預應(yīng)力的設(shè)計、計算理論不斷完善。現(xiàn)在與未來，應(yīng)用新技術(shù)、新施工方法，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，都是提高競爭力的重要因素。 因此，基于上述優(yōu)點和未來技術(shù)的發(fā)展，體外預應(yīng)力結(jié)構(gòu)將是當前世界上重要的、有發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)之一。

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［4］孫寶俊.體外預應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)及應(yīng)用綜述［J］.東南大學學報（自然科學版），2001（1）:109-113.

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U445.7+2

B

1009-7716（2016）07-0186-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.054

2016-03-17

俞錫紅（1975-），男，安徽銅陵人，高級工程師，從事交通工程建設(shè)管理工作。