公路桥梁施工中体外预应力加固技术分析

李阔增 杨杰

摘 要：近年来，我国交通事业快速发展， 桥梁作为道路交通主要组成部分，其数目也成倍增长。但随着使用年限以及荷载的增加，桥梁也暴露出诸多缺陷和病害，成为危桥、旧桥，其安全和正常使用性能得不到保障，故需对其进行加固。体外预应力加固是在梁体之外布置预应力索的主动加固法。通过对梁体加设预应力的方法，改善原有结构内力分布，调整应力值，以实现结构承载能力的提高和抗裂、耐久性的改善。

关键词：体外预应力；桥梁工程；工程概况

据相关资料显示，在我国公路现有桥梁中，危桥所占比例达到3.54%，其中2.5%为国道干线危桥比例。特别是上世纪50～60年代桥梁情况最为严重，局部桥梁承载力严重下降，大大破坏了公路网的整体性。为满足当前发展需求，降低对车辆正常通行造成影响程度。必须重视该问题，及时选取科学有效的措施予以解决。目前，常见的桥梁加固方法较多，如改变结构传力途径加固、外包钢加固等。相比其他加固方式，体外预应力加固技术具有良好加固效果，损害桥梁程度极小，可有效防止产生裂缝，且能实现局部裂缝闭合等优势，因此，在桥梁工程施工中得到了广泛应用及推广。

1 体外预应力技术原理

体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一，体外预应力砼结构有很多优点，预应力筋套管布置简单，调整容易，简化了后张法的操作程序，大大缩短了施工时间；同时由于预应力筋布置于腹板外面，使得浇筑砼方便；由于预应力筋的位置，减少了施工过程中的摩擦损失且更换预应力筋方便易行。

体外和体内预应力结构在结构构造上的根本区别就是预应力筋位于混凝土结构的外部，仅在锚固及转向块处可能与结构相连，因此，体外索的应力是由结构的整体变形所决定的；而在体内有粘结预应力结构中，力筋位于混凝土结构的内部，与结构完全粘结，在任意截面处都与结构变形协调，因此力筋的应力是与某个混凝土截面息息相关的。传统上来说，体内预应力筋是不被看作一个单独构件的。而体外筋在混凝土体外，自然成为一个相对于组成结构整体的单独构件，其较体内筋要重要许多。所以在承受动力荷载的体外预应力结构设计中，必须考虑到体外筋与结构是独立振动的，应防止二者共振，而且当体外预应力筋在动力荷载（如车辆等）作用下发生共振时，就易发生锚具的疲劳破坏和转向构件处的预应力筋的弯折疲劳破坏。在地震区时设计还必须考虑采取相应措施，提高体外预应力结构的抗震性能。

2 工程概况

某桥梁工程为三跨连续刚构体系，共468m，具体跨径为124m+220m+124m。本桥主梁为单箱单室箱形截面，浇筑C55混凝土，箱梁顶板、底板总宽度分别为12m、6.5m。桥面宽度为12.5m，具体布置情况如下：人行道1.25m+行车道10.00m+人行道1.25m，本桥为双向两车道，荷载等级属于公路-I级，2.5KN/㎡为人群荷载集度。桥梁自建成通车后，因交通量增大，长期超载超重影响，逐步出现桥梁整体刚度不足，桥面线形不平顺，且部分位置裂缝过多等现象，这些病害的存在，将对桥梁结构整体性、耐久性等造成严重影响，为此，需做加固处理。

3 桥梁主要病害分析

经实地勘察分析，桥梁病害主要包括以下几点：

1）主梁开裂情况。（1）箱外底板裂缝。纵桥向开裂为主桥箱梁外底板裂缝的主要表现形式，纵桥向裂缝共检查出86条，54.65m为裂缝的总长度，0.35mm为裂缝宽度最大值，横向裂缝共2条。按照相关规范规定，0.20mm为纵向裂缝允许宽度，0.35mm>0.20mm，则说明箱外底板裂缝部分宽度均在允许范围以外，且大于允许值。（2）箱外腹板、翼缘板裂缝。经检查可见，此部位竖向开裂共2處，纵向裂缝共1处。3m为裂缝总长度，0.25mm为裂缝最大宽度。（3）箱内底板裂缝。经检查，共有3条纵向裂缝，8.5m为裂缝总长度，0.40mm为裂缝最大值。（4）箱内腹板、翼缘板裂缝。经检查，共有7条纵向裂缝，8.1m为裂缝总长度，0.25mm为裂缝最大宽度。（5）箱内齿板裂缝。共检查出180处裂缝，56.77m为开裂总长度，1.00mm为最大宽度。因本部位属于局部受压区，具有极为复杂的应力情况，导致该区域出现裂缝的直接原因在于设计时考虑局部配筋不足或张拉预应力时混凝土强度较低等。

2）跨中下挠。根据检测可见，大桥中跨跨中部位，即179.0～2.89m范围内，有不同程度下挠现象，其中中跨跨中合拢段为最大下挠处，同时，相比原设计值，最小实测高程少了13.2cm；且相比原设计线形，两边跨桥面实测线形有高有低，两边跨距两端30m位置为最大负偏差处，与原设计值相比，此位置桥面实测高程略低，基本低出-0.2～-10.4cm。根据检测分析，大桥其他区域桥面高程均在原设计值以上。跨中下挠的直接原因在于2点，第一，因主梁混凝土收缩徐变产生；第二，于结构内力而言，顶板悬臂施工束与地板预应力束损失对其影响较大，因此出现下挠。

4 施工技术要点

1）加固方案。通过分析桥梁病害，为改善主梁应力情况，增强桥梁承载力，必须做好桥梁加固处理工作。经分析决定选用增设纵向体外预应力钢束的加固方案，通过这种加固方式，可提升加固箱梁承载力极限状态，促使加固箱梁跨中上移，且对桥梁下挠起到抑制作用。

2）体外预应力加固。根据桥梁具体情况，可将通长的体外预应力钢束设置到较高主拉应力值的中跨与边跨部位，确保开裂梁段一定剪力能够向根部梁段传递。其中选取25-φs15.2钢绞线对中跨加固，需布设12束；同时选用17-φs15.2钢绞线对边跨加固，需布设8束，1860MPa为标准抗拉强度值。根规定，以1116MPa为体外预应力张拉应力值，60%为钢绞线设计强度。因体外预应力加设量大，因此，布设方式可选用沿箱梁内部顶底板分散法。通过可调可换式锚具进行体外预应力施工，以此为桥梁后期维修提供便利。在锚固体外预应力束时，可通过边跨端部横隔板与墩顶位置横隔板施工。在锚固边跨桥台位置横隔板时，为方便放置锚具与张拉施工，需去除局部桥台背墙。因箱内空间不足，可选取混凝土横隔板作为转向装置。

3）中跨跨中箱梁底板抗弯加固。为对底板裂缝进行封闭，可将钢板粘贴到中跨跨中箱梁底板底面或边跨、次边跨箱梁底板底面，从而保证截面抗弯承载力有效提升。

5 体外预应力加固有效性分析

1）通过计算，在承载力能力极限状态下，桥梁体外预应力加固，可有效提高桥梁正截面抗弯与斜截面抗剪能力。将检测可知，加固后，主梁抗弯承载能力验算与规范要求相符，1.14为其最小安全系数，位于墩顶部位，相比加固前安全系数1.10，提升了0.04。主梁抗剪承载力验算中，1.01为最小安全系数，位于中跨1L/8、7L/8部位，相比加固前0.95，提升了0.06.由此表面，在承载能力极限状态下，加固后此桥梁安全性能良好。

2）在正常使用极限状态，经检测，加固后桥梁箱梁截面上下缘主拉应力都有所下降。梁内安设的体外预应力筋的弯起部分，可产生竖向分力，从而降低剪力及混凝土主拉应力。开裂部位主拉应力的降低，将有效抑制已有裂缝。

3）针对连续刚构桥跨中下挠情况，经加固施工后，可整体提升桥梁刚度。经计算，在汽车荷载作用下，可减小大桥中跨跨中下挠情况，原有下挠值为69.90mm，加固后57.31mm，降低了12.59mm，边跨挠度也随之下降。

6 结束语

综上所述，随着国民经济发展速度的不断提升，在公路桥梁工程施工中，只有严格按照相关施工要求进行施工，才能提升工程质量。体外预应力技术作为桥梁加固工程施工建设的重要技术之一，只有规范施工流程，提高施工技术水平，才能保证工程整体质量，从而实现桥梁工程经济效益最大化。

参考文献

[1]郭晓飞.浅析公路桥梁施工中体外预应力加固技术[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015（04）.

[2]陈永刚.浅析公路桥梁施工中体外预应力加固技术[J].公路交通科技（应用技术版），2014（08）.

[3]曾清林，符锌砂.体外预应力法在新会大洞大桥加固中的应用[J].四川建筑科学研究，2012（06）.

[4]郭风琪，袁石沣，单智.新型体外预应力体系预应力瞬时损失试验研究[J].铁道科学与工程学报，2014（06）.