李國良

（贛州市公路發(fā)展中心南康分中心，江西 贛州341400）

0 引言

隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，橋梁工程建設(shè)數(shù)量日益增多，橋梁工程技術(shù)水平不斷提高。在橋梁建設(shè)施工中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)有不可取代的作用，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)能夠改善橋梁病害問題，提升橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此分析預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)要點(diǎn)，明確預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)措施意義重大。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)

1.1 施工方式分析

在混凝土橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)作為常用的方式，在施工中可以利用預(yù)應(yīng)力鋼筋以及錨固連接技術(shù)提高整體結(jié)構(gòu)的施工效果。較之傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)形式，預(yù)應(yīng)力混凝土主要具備如下優(yōu)勢(shì)。第一，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)有鋼筋、鋼索等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能提升明顯，且更加經(jīng)濟(jì)、便捷。第二，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)內(nèi)加入其他材料，并施加預(yù)應(yīng)力，工藝復(fù)雜性較高，對(duì)人員素質(zhì)、專業(yè)水平方面有更高的要求。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在施工中，按照張拉施工方式不同可以分為先張法和后張法，先張法是在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)加入一定的高性能材料之后進(jìn)行張拉施工，等相關(guān)的參數(shù)符合要求后再進(jìn)行混凝土灌注施工，然后釋放鋼筋兩端達(dá)到加固處理的要求。后張法是先進(jìn)行混凝土灌注施工，在強(qiáng)度合格后再進(jìn)行鋼筋的張拉施工，然后進(jìn)行兩端錨固處理，從而提高結(jié)構(gòu)性能。

1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)勢(shì)分析

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到橋梁工程中，利用價(jià)值較高。在我國，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是在20 世紀(jì)30年代投入使用的。在之后的50 年時(shí)間里發(fā)展速度極快，這有賴于其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，預(yù)應(yīng)力混凝土具體優(yōu)勢(shì)如下：

1.2.1 結(jié)構(gòu)剛度大

在橋梁項(xiàng)目的施工階段，荷載相對(duì)較小，也不會(huì)有過大的變化，但是投入使用后，橋梁會(huì)受到自重、車輛荷載、風(fēng)荷載等持續(xù)性作用，極易造成結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生變化，橋梁自身結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的撓度，如果撓度控制不到位，結(jié)構(gòu)變形問題會(huì)更加嚴(yán)重。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的使用中，提前將自重荷載、汽車荷載作用到結(jié)構(gòu)式內(nèi)，在施工結(jié)束后就能有效地應(yīng)對(duì)外部作用荷載的影響，從而可以減少形變。

1.2.2 橋梁自重低

在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程開展階段中，通過應(yīng)用加固技術(shù)能夠減輕橋梁的自重，同時(shí)在材料選擇時(shí)以混凝土與鋼筋或者鋼索為主要材料，保證其性能與參數(shù)均滿足施工要求。根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)方案實(shí)時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，提高材料的性能，減輕結(jié)構(gòu)自重。

1.2.3 結(jié)構(gòu)安全性強(qiáng)

合理應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在橋梁投入運(yùn)營的階段，避免存在過大撓度作用，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升比較明顯。所以在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程項(xiàng)目施工階段中，有效應(yīng)用此類技術(shù)能夠強(qiáng)化橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

1.2.4 施工效率高、環(huán)保性好

在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程施工階段，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)能夠提高材料的利用率，同時(shí)還能夠有效地控制施工成本。此外，還能使橋梁具備較高的抗震性和耐疲勞性，后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)成本較低，綜合價(jià)值較高。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁存在問題及成因分析

對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)來說，成本低、剛度高、安全性好，綜合利用價(jià)值高，且具備較高的環(huán)保性。但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自重的影響，抗裂性能不足，在使用中容易存在開裂、撓度過大等問題，影響橋梁使用效果，甚至引發(fā)安全事故。

2.1 存在的問題

2.1.1 結(jié)構(gòu)存在裂縫

對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁而言，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫問題是比較常見的，因?yàn)槭艿郊夹g(shù)因素以及材料因素的影響，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫會(huì)從微觀裂縫逐漸演變?yōu)楹暧^裂縫。在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，微觀裂縫包含粘接裂縫、水泥石裂縫、骨料裂縫等形式，以其發(fā)生位置進(jìn)行區(qū)分。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁而言，一旦出現(xiàn)宏觀裂縫就會(huì)影響到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而引起此類問題的主要原因在于材料的性能出現(xiàn)變化。在混凝土橋梁工程中，應(yīng)持續(xù)性關(guān)注宏觀裂縫問題，預(yù)防出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能損失。

2.1.2 結(jié)構(gòu)撓度增大

對(duì)于結(jié)構(gòu)撓度來說，它主要是受彎構(gòu)件在外界作用影響下引起的變形問題。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在使用中，形成撓度作用，表示整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)了應(yīng)力的變化，在橋梁受到抗拉強(qiáng)度影響之下，容易出現(xiàn)裂縫的問題，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部的應(yīng)力出現(xiàn)失衡的情況，應(yīng)力變化會(huì)更加的嚴(yán)重，影響橋梁使用安全性。

2.2 產(chǎn)生的原因

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫問題，一般是內(nèi)在、外在雙重因素作用而形成的。通常來說，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁因?yàn)楹奢d的持續(xù)作用，結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移，引發(fā)裂縫的問題，影響道路橋梁使用的安全性。外部荷載的作用主要包含了溫度變化和汽車動(dòng)荷載引起的橋梁沉降反應(yīng)，造成橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了內(nèi)力變化，形成形變，內(nèi)力失衡從而造成裂縫問題的發(fā)生。

引起預(yù)應(yīng)力混凝土撓度變形的因素有很多，例如主梁高度出現(xiàn)變化、預(yù)應(yīng)力失效、技術(shù)工藝不合格等，都是導(dǎo)致此類問題的基礎(chǔ)原因，而剛度變化是引發(fā)撓度的主要原因。橋梁剛度出現(xiàn)不足的情況，一方面是因?yàn)闃蛄汉淆埥涌p出現(xiàn)了開裂的問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)非剛性連接；另一方面是因?yàn)楦拱灏l(fā)生了開裂，截面剛度性能不足而引發(fā)撓度變形。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的加固技術(shù)

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固的基本原理

3.1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固力學(xué)特性

橋梁受到荷載作用時(shí)，處于純彎的結(jié)構(gòu)形式，只承受上部荷載對(duì)橋梁產(chǎn)生的彎矩,應(yīng)力變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生形變公式見（1）。

式（1）中：σ 表示拉預(yù)應(yīng)力（MPa）；M 表示荷載給橋梁造成的彎矩（kN·m）；W 表示橋梁截面的幾何抗彎彈性模量（Pa）。

應(yīng)力變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生形變，這一問題的發(fā)生，主要是下述三個(gè)方面的原因造成的：

第一，外部荷載導(dǎo)致內(nèi)力變化；第二，橋梁柱截面積受到截面幾何特性變化；第三，橋梁自身材料特性的影響。

在橋梁受到的荷載不斷增大的情況下，橋梁彎矩也會(huì)不斷升高，從而出現(xiàn)內(nèi)力變化的情況。如果橋梁內(nèi)力變化超出材料本身的承載能力，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂的問題。此外，如果橋梁投入運(yùn)營時(shí)間較長，材料會(huì)因?yàn)闀r(shí)間推移而不斷發(fā)生弱化反應(yīng)，應(yīng)變能力也會(huì)發(fā)生變化，最終對(duì)結(jié)構(gòu)使用產(chǎn)生不利影響。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固基本原理

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固施工中應(yīng)從下述兩點(diǎn)出發(fā)：

（1）從外因角度出發(fā)。綜合分析外部影響因素，需要調(diào)整結(jié)構(gòu)性能，提升結(jié)構(gòu)承載性能。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固技術(shù)施工環(huán)節(jié)，要明確增大橋梁加固的截面尺寸，同時(shí)利用混凝土以及外包混凝土等方式對(duì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，此外為了能夠全面提高橋梁主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還可以利用環(huán)氧砂漿、碳纖維、粘貼鋼板等加固方式提高橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

（2）從內(nèi)因角度出發(fā)。通過采取必要的措施調(diào)整橋梁內(nèi)力，提升結(jié)構(gòu)承載性能。根據(jù)實(shí)際情況分析，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式，采取合理方式調(diào)整結(jié)構(gòu)性能，使其在受到外部荷載作用后，從純彎結(jié)構(gòu)調(diào)整為彎壓結(jié)構(gòu)，防止受到過大的彎矩作用。

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁被動(dòng)加固法

3.2.1 碳纖維加固法

粘貼碳纖維加固是應(yīng)用性能比較高的技術(shù)。黏接劑把碳纖維布直接粘貼到橋梁結(jié)構(gòu)表面。在外部荷載增大的情況下，兩者同時(shí)作用，促進(jìn)承載性能提升，保證加固效果。纖維復(fù)合材料有非常高的力學(xué)特性，應(yīng)力應(yīng)變沒有彈性，也沒有屈服點(diǎn)和塑性區(qū)。因?yàn)槔w維復(fù)合材料的強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、耐疲勞性能高，所以現(xiàn)場(chǎng)施工操作方便、快捷，在舊橋加固補(bǔ)強(qiáng)施工中有非常好的效果。碳纖維加固法應(yīng)用到實(shí)際中，纖維復(fù)合材料和混凝土共同承載外部荷載作用，能夠提高結(jié)構(gòu)整體性能，產(chǎn)生較高的韌性，預(yù)防因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)開裂而引發(fā)結(jié)構(gòu)損壞。

3.2.2 增大截面和配筋法

該方法是以原橋梁結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)，通過增加截面尺寸、增加鋼筋數(shù)量或設(shè)置型鋼等方式，防止橋梁結(jié)構(gòu)受到外力作用而產(chǎn)生彎矩，達(dá)到減小應(yīng)力的效果。這種加固操作比較簡(jiǎn)單，取得的效果比較明顯，需要注意的是，在使用這種加固方式的時(shí)候，需要把加固結(jié)構(gòu)設(shè)置在橋梁下部的截面位置，通過架設(shè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提高橋梁工程的質(zhì)量。

3.2.3 改變結(jié)構(gòu)受力體系法

通過調(diào)整橋梁結(jié)構(gòu)的受力體系進(jìn)行加固施工，使橋梁具備較高的承載性能，這種方法可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，將原拉力不斷減小，最終形成壓力，結(jié)構(gòu)性能達(dá)到完好性要求，還能預(yù)防發(fā)生裂縫的危害。但是該方式工作難度高、工作量大，還要對(duì)原結(jié)構(gòu)體系做出改變和調(diào)整，所以一般只能應(yīng)用到特殊項(xiàng)目中，并不適宜大范圍的使用。

3.2.4 粘貼鋼板技術(shù)

通過粘貼鋼板進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)加固施工，一般需要應(yīng)用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠施工，將鋼板以及中間材料直接和橋梁結(jié)構(gòu)粘貼成為整體，對(duì)薄弱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固施工，使各個(gè)結(jié)構(gòu)同時(shí)承受外部荷載作用，提高承載性能和剛度，改變受力條件，還能預(yù)防發(fā)生裂縫的問題。一般情況下，粘貼4～8mm 鋼板對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力和剛度的提高效果要好于粘貼2～3 層碳纖維布。該加固方法可發(fā)揮材料的高強(qiáng)度，對(duì)構(gòu)件受壓區(qū)混凝土、受拉區(qū)鋼筋的應(yīng)力改善作用明顯。

一般來說，在橋梁加固時(shí)采用厚度為4～8mm 的鋼板進(jìn)行施工，橋梁的承載力與剛度性能均得到改善。這種加固方式充分地體現(xiàn)出鋼材的強(qiáng)度性能，在受壓區(qū)、受拉區(qū)都能改善性能，發(fā)揮出結(jié)構(gòu)性能提升的優(yōu)越感。粘貼鋼板加固方式，能夠全面提升橋梁結(jié)構(gòu)的總體性能，滿足剛度及整體承載性能的要求。粘貼鋼板法加固施工，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況確定，符合現(xiàn)場(chǎng)施工要求，才能發(fā)揮出粘貼鋼板法的優(yōu)勢(shì)和效果。按照目前國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范的要求，在粘貼鋼板法應(yīng)用前，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)分析和控制，計(jì)算了解各項(xiàng)臨界數(shù)據(jù)信息，及時(shí)做出修正，從而提高結(jié)構(gòu)的性能。

3.3 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁主動(dòng)加固法

3.3.1 體外預(yù)應(yīng)力加固法

在體外預(yù)應(yīng)力加固施工中，需要應(yīng)用筋材、防護(hù)體系、錨固、轉(zhuǎn)向等結(jié)構(gòu)。具體來說，應(yīng)選擇合適的鋼材并做好防腐處理，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量放樣，并進(jìn)行錨固、滑塊以及支座安裝，再進(jìn)行鋼索張拉施工，最后開放交通。

目前，體外預(yù)應(yīng)力加固方法較多，從實(shí)際情況分析，主要包含下述幾種類型：

（1）橫向收緊張拉法，該方法通常應(yīng)用在橋梁梁端間距比較小的工程中，在橋梁下緣對(duì)稱橋梁中線的兩側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋的結(jié)構(gòu)，并且在距離梁端的合適部位上彎起，然后通過錨固的方式固定到鋼板兩側(cè)支座上。每一段結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)位置，應(yīng)用螺栓進(jìn)行穩(wěn)定的連接，并且收緊兩側(cè)對(duì)稱鋼筋結(jié)構(gòu)。把水平段結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼筋直接分解給多個(gè)節(jié)段，并在兩側(cè)使用撐棍達(dá)到支撐的效果，然后在拉桿中形成預(yù)應(yīng)力。經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，橫向收緊張拉法的操作簡(jiǎn)單，適用范圍較廣，綜合利用價(jià)值較高。

（2）縱向張拉法，該方法是沿著預(yù)應(yīng)力筋軸線方向施加預(yù)應(yīng)力，從而滿足結(jié)構(gòu)性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。在該方式中，預(yù)應(yīng)力拉桿依然是沿著梁底方向進(jìn)行布置，直到在腹板或者頂板的部位上彎起，然后再根據(jù)梁頂部或者底部實(shí)現(xiàn)縱向張拉施工，作用就是減小梁端剪力。該方法和橫向收緊張拉有很大的差異，拉桿彎起段通常穿過翼緣板斜孔伸至橋面，拉桿端部的位置上設(shè)有絲扣，可直接進(jìn)行錨固處理。

（3）豎向頂撐張拉法，如果現(xiàn)場(chǎng)施工無法應(yīng)用縱向張拉法施工，則可以應(yīng)用豎向頂撐張拉的施工方式。在加固梁底的結(jié)構(gòu)部位上，應(yīng)用U 型鋼錨固板的結(jié)構(gòu)，設(shè)置拉桿結(jié)構(gòu)，鋼錨固板直接焊接在拉桿的梁端，在梁1/4 跨徑、跨中或者跨間橫隔板安裝有張緊夾具，在達(dá)到規(guī)定應(yīng)力參數(shù)后，應(yīng)用鋼筋混凝土墊塊可以和底部連接固定，達(dá)到穩(wěn)固效果。在達(dá)到規(guī)定張拉力的作用后，應(yīng)用張緊夾具和承托架連接，還要及時(shí)對(duì)拉桿防銹處理。

（4）預(yù)彎梁法，上述幾種方法的目的是解決橋梁下緣開裂的問題，而預(yù)彎梁法則解決梁體上緣開裂的問題。例如某簡(jiǎn)支鋼板梁橋項(xiàng)目，在運(yùn)營中出現(xiàn)荷載持續(xù)增大的情況，為了預(yù)防更嚴(yán)重的病害，應(yīng)調(diào)整受力條件，實(shí)現(xiàn)面板結(jié)構(gòu)剛度性能的提升，所以采取增大面板厚度的方式。澆筑工作實(shí)施前，先搭設(shè)支架，然后頂升梁體結(jié)構(gòu)，達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)后，下落新澆筑的面板支架。梁體自重作用持續(xù)影響，橋面存在扭應(yīng)力的作用，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加彎矩與軸力。體外預(yù)應(yīng)力筋張拉施工，可以有效地抵消預(yù)應(yīng)力張拉后出現(xiàn)的內(nèi)部應(yīng)力，消除收縮應(yīng)力的作用。

3.3.2 無黏結(jié)和有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法

無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法就是應(yīng)用有防腐蝕性能的預(yù)應(yīng)力鋼筋，將其直接加固到橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，再進(jìn)行混凝土的澆筑施工，當(dāng)混凝土強(qiáng)度性能合格后，再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉施工，這樣才能夠提高整體橋梁結(jié)構(gòu)的性能，保證橋梁的穩(wěn)定性和安全性。有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與上述方式存在著一定差異，需要設(shè)置鋼筋結(jié)構(gòu)，和混凝土結(jié)構(gòu)形成黏結(jié)作用，形成整體受力結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是目前我國橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式，對(duì)橋梁的安全性、穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響，也關(guān)系到橋梁的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而橋梁在長期運(yùn)營后，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞問題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行橋梁加固處理，提高結(jié)構(gòu)整體性，對(duì)促進(jìn)交通運(yùn)行總體水平提升產(chǎn)生積極的作用。