路桥施工中体外预应力加固技术分析

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　　摘 要：本文对其中的体外预应力加固法的特点、原理及施工要点进行了简要的分析。
　　关键词：公路路桥；体外预应力；加固；施工
　　随着我国经济建设的发展,公路网已基本形成,但公路网中部分桥梁抗震性能不良、承载力不足,影响其安全性和使用功能,需采用加固措施提高承载力以适应交通需要. 旧桥加固将是桥梁工程界一个非常迫切的任务.体外预应力是一种有效的桥梁加固方法,简单易行,不影响行车,受力途径明确,能显著提高结构承载力和抗裂度,有效改善结构的应力状态。
　　1 公路路桥加固的方法
　　目前公路路桥上部结构的加固方法主要包括以下几个方面：桥面补强层加固法、增大截面与配筋加固法、粘贴钢板加固法、改变结构受力体系加固法、锚喷混凝土加固法、增加横向联系加固法、粘贴碳纤维布加固法等。但这些技术各自只适用于一定的条件和结构。体外预应力加固桥梁结构是一种效果较好、使用较广的方法。体外预应力是后张无粘结预应力体系的分支之一。它是在桥梁结构的受拉区施加体外预应力，使其产生与原桥的不利弯矩方向相反轴向压力和弯矩，以抵消部分自重应力减小活载应力，从而提高桥梁的承载能力。目前，将预应力钢筋布置于混凝土截面之外的技术已在工程中得到了应用，并成为加固既有桥梁的有效方法之一。
　　2 体外预应力加固法的特点
　　体外预应力加固法主要用于梁式桥（包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥）正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的。采用体外预应力技术加固公路路桥结构有很多优点：①施工时，可不中断交通或短时间限制交通，因此对桥上交通影响小；②所需设备、人员少，布置简单，可以调整，施工周期短，经济效益好；③便于维护修补，可以随时更换预应力筋；④由于增加恒重不多，可以能动地调节原结构中的应力状态，达到有效加固的目的；⑤体外预应力加固法可做到不影响桥下净室，不抬高路面标高，对桥梁损伤小；⑥能够较大幅度地提高旧桥的承载能力和结构刚度，能够有效的控制原结构的裂缝和挠度，使裂缝部分或全部闭合，使挠度大幅度减小。⑦体外预应力技术不但可以用于中小跨度的简支结构体系桥梁，也可以用于加固大中跨度的连续体系桥梁。
　　3 体外预应力加固原理
　　体外预应力是后张无粘结预应力体系的分支之一 。体外预应力就是把预应力索放在梁的主体结构之外，只通过两端能锚固以及梁中的转向装置与梁体相连。体外预应力结构的预应力筋布置在主体结构之外，固体外预应力索通常为由多根钢绞线组合成的集中钢索，故也称为体外预应力索。体外预应力加固通常是在梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋补强并分别锚固在梁的两端，通过设置一定的联结构件使预应力拉杆（钢丝索或粗钢筋）与梁体构成一个桁架体系，成一次超静定结构。在体外对桥梁上部结构施加预应力，以预应力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力，从而达到卸载的作用，提高桥梁结构的承载能力。对于钢筋混凝土路桥，可考虑采用体外预应力进行加固，该法具有加固、卸荷改变结构内力的三重功效。体外预应力混凝土结构的基本组成主要包括：体外预应力索、管道和灌浆材料，体外预力索的锚固系统，体外预应力索的转向装置，见图1。
　　
　　4 体外预应力加固施工要点
　　4.1 放样定位
　　4.1.1 滑块垫板及锚固支座位置的放样定位
　　沿梁底从锚固实际中心（投影点）向跨中方向量取滑块垫板的中心位置及跨中位置，分别标记在梁底的两侧，并将垫板的平面尺寸绘在梁底面上，标出有关螺栓的孔位，在垫板放样中可以不计梁的挠度影响。
　　4.1.2 上锚固点的放样定位
　　（1）斜筋上锚固点位于梁顶或梁端面时，以单梁顶（端）面的纵轴线为基准，沿纵桥向测量锚固点距梁端的距离。
　　（2）锚固点位于梁端时，应量取锚固点距梁底或梁顶面的垂直距离，再沿横桥向对称量取上锚固点的横向距离，标出锚固点的理论位置。由于梁的顶板和腹板中均有钢筋存在，特别是受力钢筋，在进行锚固点放样时，可将锚固点位置适当调整以避开这些钢筋，切记不应将其切断。
　　4.2 上锚固点设置
　　当上锚固点设在梁顶及梁端顶面时，需要按设计的斜筋穿出位置，在桥面板或梁顶面凿穿两个具有与斜筋角度相同的斜孔。首先把桥面铺装层凿去，将梁顶面混凝土保护层凿去，露出钢筋，再将锚固垫板处的混凝土进行细凿。按斜孔的设计角度做一个凿孔架，将凿岩机的钻杆放入凿孔架的槽内，使钻头中心对准理论锚固点，然后再进行凿孔，以便凿好斜孔。上锚固孔凿完之后，将梁顶面混凝土清理干净，除去混凝土碎渣。然后，在开凿后的混凝土表面涂一层环氧胶液，再用环氧水泥砂浆铺平。最后将上锚固设在梁顶时，应保证锚垫板的上表面与梁顶面平齐，或略低一点，以确保锚固点上有尽可能厚的混凝土保护层。
　　4.3 转向装置
　　转向装置是实现体外索加固的重要构件，其传载方式和自身性能也是影响预应力施加效果的关键。体外预应力混凝土结构的预应力筋必须通过转向装置改变方向，从而形成设计的预应力筋曲线形式。在转向装置与预应力筋的接触区域，由于摩擦和横向力的挤压作用。如果转向装置设计不合理或构造措施不当，预应力钢材容易产生局部硬化和摩阻损失过大。转向装置的设计要求预应力筋在折角点的位置必须高度准确，避免产生附加应力，转向装置在结构使用期内也不应对预应力钢材有任何损害。另外，转向装置的加工应在加工厂进行，严禁在现场加工，现场安装中，要严格按图纸进行，在运输及焊接过程中，应采取措施防止焊接变形，穿束前应拉线确定安装是否合适。
　　4.4 预应力筋的安装和张拉
　　在安装预应力筋前，首先要检查各种锚具是否能正常工作，特别是粗钢筋的螺杆和螺母的匹配情况，逐个试拧，均应达到每个丝头在不加力的情况下，以手拧动就可将螺母拧至全程。
　　对于水平筋和斜筋分别采用两根粗钢筋或斜杆为型钢的情况，首先将斜筋与水平滑块固定在一起，并将斜筋的上锚固点固定。用临时支架将滑块定位在其垫板的位置上，然后再穿入水平筋。穿筋时应保证水平筋的两端均有相等的丝头长度，检查滑块位置并预留滑移量。为了防止在张拉锚固时拧紧螺母困难，上紧两水平筋的螺母，同时应保证水平筋的中心与滑块锚孔的对中。
　　而横向收紧水平筋产生预应力的体系，则首先按斜筋的斜度要求将斜杆焊接在梁端的U 型锚固板上，采用夹杆焊将水平筋焊在斜筋上。每隔2 m～2.5 m 用木块将水平拉杆垫起，然后安装锁紧装置，以减少垂度。以备张拉，先安放弯起点处的立柱，再按设计位置安装撑棍和收紧器。
　　就张拉位置而言，体外预应力筋的张拉方法可分为沿斜筋方向在梁顶张拉和沿水平筋方向在梁底张拉。一般来说，由于张拉设备及操作人员的限制不可能所有的梁同时张拉，但对于同一根梁的两侧预应力筋应尽量做到同步张拉，以保证梁两侧的钢筋具有相等或相近的预应力状态。
　　4.5 压浆
　　张拉完成后局部有粘结段的压浆工作是一道很重要的工序，首先施工前要进行1∶l 的模型试验，在保证压浆密实饱满的情况下，局部有黏结段的粘结力可达到设计张拉力的108 %。工程中，压浆施工在张拉完成后24 h 内进行，以满足锚固要求。压浆采用手动压浆机，保证压浆过程的均匀稳定和压浆压力的要求。另外，压浆密实程度将直接影响粘结效果，所以在压浆中应严格控制水灰比，并保持压力均匀。
　　5 结束语
　　体外预应力加固法主要用于梁式桥（包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥）正常使用极限状态超限的结构，具有加固、卸载及减少结构内力的作用。通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的，增强了结构的耐久性。
　　尽管体外预应力加固路桥结构有其独特的优势，但是仍有大量的问题，如：①体外预应力索不能参与局部裂缝的控制；②体外预应力索容易受到意外的破坏；③从力学特性上来讲体外预应力索与周围结构主体在同一截面上的变形是不协调的；④由于转向装置和锚固点受到约束，行车时容易引起体外索的振动，预应力索的自由长度受到限制。因此，我们需要进行大量的试验研究和理论分析，以便找到一种可靠、实用、准确、合理的计算理论和施工工艺，为体外预应力加固技术在路桥工程加固中的推广使用奠定基础。
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