路橋施工中體外預應力加固技術應用的探討
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摘要：體外預應力加固法是一種有效的橋梁加固方法，具有操作簡單、對原結構損傷小、不影響交通、節省投資的優點，能顯著提高結構承載力和抗裂度，有效改善結構的應力狀態。本文擬通過工程實例介紹體外預應力加固技術在路橋施工的應用。
關鍵詞：公路路橋；體外預應力；加固施工
在橋梁建設飛速發展的今天, 上個世紀修建的許多公路陸續地進入了維修期, 對已經出現嚴重病害且不能滿足實際交通需求的橋梁，急需采取工程措施進行加固或改造。 常見加固方法有體外預應力加固技術、粘貼鋼板加固技術、增大構件截面加固技術、裂縫修補加固技術等。
體外預應力加固法是采用外接預應力鋼拉桿對結構構件進行加固的方法， 改變原結構內力分布并降低原結構應力水平， 使一般加固結構中所有的應力應變滯后現象得以完全消除，因此，后加部分與原結構能較好地共同工作，結構的總體承載力可顯著提高。體外預應力加固根據加固目的及被加固結構受力要求的不同分為直線式、折線式、曲線式等拉桿布置方式。本文擬通過工程實例介紹體外預應力加固技術在路橋施工的應用。
一、工程概況
本次需加固橋梁位于某高速公路，總長4344m，上部結構為176孔預應力鋼筋砼空心板（部分預應力A類構件），最大跨徑為25m；下部為鉆孔灌注樁基礎，柱式墩、臺。橋梁上、下行分幅修建，橋面凈寬2×12.25m，兩側各設0.50m防撞護欄。橋面每幅由8塊預制空心板組成，空心板間采用鉸接。該橋主要技術指標為：a)設計荷載：汽---超20級；掛車---100；b)橋面橫坡2％；c)地震基本烈度 Ⅷ度，按Ⅸ度設防。
病害情況：該橋空心板邊板腹板跨中附近存在豎向裂縫，縫最寬0.3mm，空心板底板跨中附近出現多條橫向裂縫，裂縫寬在0.05～0.43 mm之間，部分豎向裂縫與底板橫向裂縫相連通。此外，空心板底板存在縱向裂縫、砼缺損、空洞、露筋、泛堿等病害?？招陌辶翰糠帚q縫勾縫混凝土脫落，產生空隙。從板底起 30 cm高度范圍內鉸縫存在較多空隙，無混凝土填充。此外，鉸縫勾縫混凝土脫落處存在明顯的滲水、泛堿現象。
二、加固設計方案
1設計方案
a)對空心板底板橫向受力裂縫及邊板外側腹板受力斜裂縫采用粘貼鋼板的方法進行加固處理。對其他裂縫根據縫寬分別采用表面封閉和壓力灌漿。
b)對空心板鉸縫混凝土滲水、脫落采用從鉸縫下部壓力注膠填實的加固施工方法。并在鉸縫處錨固加強鋼板，從而增強各板的橫向聯系，改善各板的受力性能。
c)作為上部空心板結構的主動加固措施，對空心板梁橋施加橫向預應力。預應力鋼筋采用符合《預應力混凝土用精軋螺紋鋼筋》（GB/T20065―2006）的精軋螺紋鋼筋（強度級別為PSB785，直徑采用25mm），采用螺母錨固方式，螺母應符合《預應力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T14370―2007）。
橫向預應力的張拉應在空心板的其他病害處理完成后進行。
2加固設計要點
本次加固只對該橋右幅第122跨～第127跨施加橫向體外預應力，在每跨空心板底增設5根直徑25mm的螺紋鋼筋（圖1），采用螺母錨固于空心板底板的錨固墊板上，錨固墊板采用鋼結構形式（見圖2），與梁體采用高強錨栓錨固。預應力鋼筋采用小型千斤頂張拉，張拉控制力取 173.3kN。
試驗結果表明：通過對裝配式空心板梁張拉體外橫向預應力，可以增加結構的整體剛度，增加幅度約為10%～15%；提高原結構的抗彎承載能力，提高幅度約為8%～15%。
三、關鍵施工工藝
1 粘貼錨固墊板施工
粘貼錨固墊板具體施工步驟為：
a)粘鋼區域混凝土表面處理。依據設計圖的要求并結合現場量測定位情況，在混凝土表面放出錨固墊板位置大樣，先鑿出粘鋼區域的表層砂漿，外露堅實的混凝土，并形成平整的粗糙面，表面不平處應用尖鑿輕鑿整平。再用鋼絲輪清除表面浮漿，剔除表層松散物，最后用壓縮空氣吹凈表面粉塵，并用工業丙酮擦拭表面。
b)鉆孔埋植膨脹螺栓螺桿。鉆打盲孔前，使用鋼筋混凝土保護層測試儀查明空心板底板鋼筋和預應力管道位置，避免鉆打盲孔時碰及鋼筋或傷及預應力管道?？咨顕栏癜凑赵O計圖要求鉆打。
c)先用工業丙酮清洗處理粘鋼區域混凝土表面和鋼板表面，再在混凝土表面和鋼板粘貼面涂抹一層薄而均勻的粘鋼膠（厚度控制在2～4mm左右），然后再將鋼板粘貼上。
d)加壓固定。當錨固墊板粘合上后，加墊片、緊固螺母，交替擰緊各加壓螺桿，使多余的粘鋼膠沿板邊擠出，以達到密貼程度，加壓固定的壓力不小于0.15 Mpa。同時要不斷輕輕敲打鋼板及時檢查鋼板下粘鋼膠的飽滿性。
e)在鋼板粘膠初凝后，用小錘輕輕敲擊鋼板，從音響判斷粘貼固化效果，若發現鋼板固化面積小于90%，則此粘貼鋼板無效，應剝下重新粘貼。經檢驗確認，鋼板粘貼固化效果可靠后，清除鋼板表面污垢和銹斑并進行相應防腐處理。
2 梁底預應力施工
a)對預應力鋼筋進行下料，去除鋼筋表面銹斑及污物并清洗干凈，然后進行防腐處理。
b)對錨固墊板檢驗確認合格后，穿入預應力鋼筋，安裝端頭螺母并緊固，使用小型千斤頂進行單端張拉，張拉控制應力=353.22 MPa，初張拉應力為0.1 =35.32 Mpa。預應力張拉順序按照先中間后兩邊對稱順序張拉。
c)初張拉。每道預應力鋼筋張拉時先對千斤頂主缸充油，使鋼筋略為拉緊，同時調整錨母及千斤頂位置，使孔道、錨具和千斤頂三者之軸線互相吻合，注意使螺紋鋼筋受力均勻，當鋼筋達初應力0.1時作伸長量標記，并借以觀察有無滑絲情況發生。
d)張拉。采用單端張拉法進行，千斤頂的升壓速度應均勻，當達到控制應力時，鳴號，并繼續供油維持張拉力不變，持荷5min，同時測量實際伸長量是否與計算值相符。
e)張拉完畢，切除多余鋼筋，鋼筋應用圓盤切割機切割，不允許用電、氣切割。對外露鋼筋進行防銹處理。
3 預應力鋼筋的防腐
預應力鋼筋防腐具體步驟為：使用清洗劑將原螺紋鋼筋表面銹跡及污物清洗干凈，并用鋼絲刷打磨處理直至呈現金屬光澤。然后均勻涂刷4道防銹油漆。分別為：先涂刷1層環氧富鋅底漆，再涂刷2層環氧云鐵中間漆，最后涂刷1層丙烯酸聚氨脂面漆。連接器及螺母內填充環氧砂漿用以防銹。
四、施工中的主要問題和解決辦法
預應力加固方法還在不斷完善和推廣應用階段，在設計與施工中避免不了會出現問題，本次加固施工中發現的主要問題和解決辦法。
a)在采用植筋方式加壓錨固墊板時，一個墊板上就設置12根植筋，相互位置固定且施工面積較小。為保證植筋不損傷梁體鋼筋或傷及預應力管道，同時保證植筋質量。鉆打盲孔前，應用鋼筋混凝土保護層測試儀查明空心板底板鋼筋和預應力管道位置，然后根據實際情況，在保證錨固效果的情況下設置錨固筋。
b)在錨固齒板安裝時一定要控制好錨墊板的水平位置，否則易造成預應力鋼筋斷絲，并增加應力值的損失。
c)預應力鋼筋腐蝕是在應力和腐蝕復合作用下的應力腐蝕（屬電化腐蝕范疇），其特點是在金屬內部先形成裂紋，內裂紋發生后便形成應力集中，加速裂紋的發展。因此預應力鋼筋的防腐是至關工程質量壽命的重大問題。本次加固采用防腐油漆保護涂層預應力鋼筋，其工藝裝備比較簡單，投資低，易于上馬。但防腐油漆涂層的抗老化問題尚未解決，且其力學性能較金屬鍍層低得多。因此，在張拉后涂層可能存在裂紋，影響保護效果。若在張拉后涂刷防腐油漆，又會存在錨固端無法涂刷，存在涂層死角等問題，其暴露部分也就成了鋼筋腐蝕的重大突破口。建議采用熱鍍鋅作為鍍層方法。
d)預應力鋼筋張拉過程中的預應力損失包括：
(a)錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失，可通過選擇變形小錨具或增加臺座長度、少用墊板等措施減小該項預應力損失；(b)預應力鋼筋與承受拉力設備之間的溫度差引起的預應力損失，可通過二次升溫措施減小該項預應力損失；(c) 預應力鋼筋松弛引起的預應力損失，可通過超張拉減小該項預應力損失；(d)空心板間鉸縫因不密實引起的變形導致預應力損失，可通過對空心板鉸縫注膠填實保證鉸縫密實性等措施減小該項預應力損失。
五、結束語
該橋的補強施工已完成，橋梁檢測結果與理論計算值基本相符，效果良好，且對橋梁外觀改變較小。
裝配式空心板橋整體受力差，容易出現單板受力是普遍存在的通病，本工程采用的加固方法有別于常用的橋面鋪裝補強法，對橋上交通不會產生太大影響，且工期較短。如結合橋面鋪裝層的改造，則可大大提高該類型橋梁的整體性能，徹底改善空心板間的傳力。
注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。
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