淺談舊橋體外預應力加固技術隨著社會經濟的蓬勃發展，我國橋梁技術也逐漸進步著。然而，挑戰也隨之出現，在新建橋梁技術迅速發展、各種新式橋梁如雨后春筍般不斷從地面矗立起來的今天，有一批年代久遠的舊橋正面臨著各種裂縫加劇、承載力降低等問題。順應著低碳式發展經濟的潮流，在舊式橋梁拆除重建費用高的情況下，我國加強了對橋梁加固改造技術的研究與開發。為了保證交通暢通，運行便捷，體外預應力加固技術作為結構加固最有效的手段之一應運而生，目前正廣泛地應用于舊橋加固方面。本文主要闡述體外預應力技術的工程特性、加固原理、組成構件和在工程中具體應用的工藝技術及控制要點。標簽：體外預應力；橋梁加固；索體張拉1、前言體外預應力結構的概念最早產生于法國，體外預應力體系是后張預應力體系的重要分支之一，是指對布置于承載橋梁結構本體之外的鋼束張拉而產生預應力的結構體系。體外預應力技術在舊橋加固中主要用于梁式橋，能夠達到減少或消除裂縫，減小梁體下撓，改善結構各個截面的應力狀態，提高構件的抗彎和抗剪能力，是一種主動加固方式。2、體外預應力的工程特性體外預應力結構相對于傳統的內置預應力結構而言，其在工程應用中存在顯著的優勢，但也略有不足：體外預應力結構優點（1）體外預應力結構，顧名思義其與原結構粘結少，只在錨固端相連，故應力變化值小，減少摩阻損失，提高預應力使用效率，對結構受力有利；（2）預應力布置靈活，體外索可以隨時更換和調整，便于試用期間的維護修補，根據橋梁病害程度可以選擇全橋加固也可以進行局部加固；（3）體外預應力的錨固構件小，自重增加少，能調節原結構的應力狀態，調高舊橋的承載能力和結構剛度，并有效的控制原結構的裂縫和撓度；（4）體外預應力結構應用范圍較傳統的內置預應力結構廣，可應用于新建結構，也可用于舊結構的加固；可以應用于中小跨度的簡支梁體系，亦可用于大跨度的連續梁體系；（5）體外預應力筋套管布置簡單，調整容易，簡化了后張法的操作程序，大大縮短了施工時間，對于橋面上的交通影響較小。體外預應力結構存在的不足（1）體外預應力結構的體外索布置在截面以外，容易發生索體被腐蝕的情況，防腐防銹相對較難，容易受到外界因素的影響；（2）由于體外預應力結構與原結構只在錨固端或轉向區域相連，故此相連區域容易產生應力集中，局部應力較大，對于錨具和夾片的要求就比較高，對于錨固施工的要求也就相應增加；（3）體外預應力筋和原結構混凝土的工程特性相差大，兩者在受到荷載時對應的形變不一致，容易造成預應力損失。3、體外預應力的加固原理和組成構件3.1體外預應力加固的原理體外預應力加固通常采用粗鋼筋、鋼絞線、高強鋼絲等材料作為施力工具（預應力索體），置于結構構件之外，并對此體外預應力索體施加預應力，用以達到提高構件承載能力的一種加固方法。采用體外預應力加固法對舊橋橋梁進行承載能力加固時，預應力索體多采用折線形連續筋，在梁中間部分布置在腹板兩側并靠近梁底，在距梁端一定距離處向上彎起，形成一個由被加固構件與下撐式拉索組成的復合超靜定結構體系。體外預應力加固后梁截面內力與原結構截面內力發生變化，體外預應力加固梁在加載初期隨著荷載的增加，梁的撓度增加很小，隨著荷載不斷增大，預應力通過拉筋與梁連接的錨固點和支撐點反作用傳遞給梁體，在預應力產生的等效反力作用下，梁正截面受壓，受工作狀態便成壓彎構件，同時產生與外荷載方向相反的彎矩，使原梁內受拉鋼筋應力減小。體外預應力結構的組成構件體外預應力體系由固定錨具、體外索、錨固塊及轉向塊、減振裝置四大構件組成。體外預應力體系只靠錨固端與梁體作用，錨固端應力比較集中，因此體外預應力錨固體系的安全性和可靠性比傳統內置預應力錨固體系要高，需要使用專用的體外工作夾片、工作錨板、錨墊板等，且用于體外預應力體系中的錨具尺寸、厚度都較一般錨具大，在配有保護罩、放松裝置、熱縮套、密封裝置等輔助設備。錨具連接的體外索是產生預應力的主要構件，一般有高強鋼絲、粗鋼筋、鋼絞線等幾種材料類型，其中還分成有粘結預應力筋和無粘結預應力筋兩種。無粘結預應力筋是包裹上PE套的預應力鋼絞線，填充防腐油脂，不需要灌漿作業即可進行張拉；有粘結預應力筋是預應力束通過管套進行張拉后在孔道中壓漿，將其包裹在里面。在體外預應力體系中，體外預應力結構在舊橋加固中往往呈折線狀布置，轉向塊在其中扮演著不可缺少的角色。轉向塊的作用是傳遞并改變體外束產生的預應力在梁體上的作用方向，調整體外束偏心距，體外束通過折角點產生集中荷載，這個荷載通過轉向塊安全地傳遞至橋梁梁體中。轉向塊一般分為橫隔板式、肋板式、鞍座式，其位置分布是根據梁體的受力情況而定。通過合理布置轉向塊調整體外預應力筋線形，可改變結構抗彎、抗剪性能，使之受力更好。體外預應力結構在橋梁受到荷載產生振動時，體外束也會在隨之產生振動。在轉向塊之間自由度比較大的位置，體外束更容易與橋梁產生共振，由此降低了體外預應力結構產生的預應力效果。減振裝置的目的就是減少體外束在動荷載作用下的振動。4、舊橋體外預應力加固施工工藝及控制要點運用體外預應力體系加固舊橋梁的施工工藝以實例分析呈現：位于浙江省金麗溫高速麗青段（西起麗水西互通，東至青田東互通）的海口?戈溪外沿江橋橋梁形式是連續預應力混凝土組合箱梁。海口?戈溪外沿江橋出現的主要病害是組合箱梁底板和腹板出現縱向裂縫（最大寬度0.35mm）,大量橫隔板出現豎向和斜向裂縫，部分組合箱梁跨中區域腹板出現豎向、斜向裂縫（最大裂縫寬度0.35mm）。其中的部分腹板豎向裂縫數量和寬度較先前定期檢測對比有一定的發展，此類裂縫主要由預應力損失、腹板厚度尺寸差異所致，此類裂縫為受力裂縫，對組合箱梁的承載能力和正常使用影響較大。根據組合箱梁病害的嚴重程度，結合理論計算，海口?戈溪外沿江橋的加固措施是對裂縫較多且發展較快的組合箱梁在腹板兩側布設共4束3①S15.2的體外預應力鋼絞線束加固，增加組合箱梁壓應力儲備，提高其剛度。新增錨固塊采用C50混凝土；轉向架、減震裝置采用特制鋼構件；體外預應力索采用鍍鋅或環氧涂敷無粘結鋼絞線，采用專用可更換的體外預應力錨具。海口?戈溪外沿江橋其余箱梁底板橫向裂縫、腹板斜向裂縫屬于典型的受力裂縫，是由于有效預應力損失、偏載和溫度梯度共同作用下導致，也是采用全橋增設體外預應力加固方式，在連續箱梁腹板相應位置澆筑錨固塊，兩側布設共4束12①S115.2的體外預應力鋼絞線束。海口?戈溪外沿江橋此次加固工程主要以增設體外預應力加固法為主，另輔以裂縫封閉、粘貼鋼板等措施。4.1體外預應力結構增設主要施工工藝4.1.1新舊混凝土結合面處理海口?戈溪外沿江橋連續箱梁腹板外側要增設新澆筑混凝土作為體外預應力錨固齒板，并在箱梁腹板及翼板鑿出14x15的剪力槽。為保持良好的界面結合，使新老混凝土共同參與受力，原混凝土表面應做鑿毛處理，露出粗骨料；用鋼絲刷清除表面疏松顆粒，先用無油壓縮空氣吹凈粉塵，并用水沖洗干凈；在混凝土腹板和底板鑿出剪力槽，先探明原結構鋼筋位置，避免對原結構及鋼筋造成損失；施工前充分濕潤原混凝土表面，但在噴涂界面劑時必須保持混凝土表面處于飽和面干狀態；調制滿足設計要求的界面劑；原混凝土表面噴涂一層界面劑，厚度在1-2mm，盡力噴涂均勻；在截面出初凝前澆筑新混凝土；加強新澆筑混凝土的養護，養護方式同常規混凝土養護。4.1.2植入錨桿、澆筑新增齒板和腹板錨固齒塊施工第一步放樣，根據實際探明的原鋼筋、預應力束在新增齒板的位置，按加固施工圖紙所給出的齒板位置及尺寸進行平面放樣；在做新增齒板及腹板的位置用沖擊鉆鉆孔，用壓縮空氣清除孔內浮塵，將硬質排氣管插入孔底，然后拔1?2cm，保持孔內干凈和干燥；在箱梁混凝土上用化學藥劑包植入直徑為12的鋼筋和M16、M12的螺桿，植入深度為20cm，待膠液固化后，焊接、綁扎鋼筋，形成骨架網，然后按施工圖位置布設預應力管道，采用直徑為114的鋼管；預應力管道布置好，骨架成形后開始澆筑混凝土，新城新增齒板及腹板，混凝土采用C50，按設計要求配合比澆筑，確保混凝土的各項指標滿足要求，澆筑時采用附著式振搗器進行振搗，特別是新增齒板及腹板、頂板及腹板的連接處及預應力錨固區要加強振搗，避免空洞及峰窩麻面的發生；最后進行新筑齒板及腹板的混凝土養護，采用覆蓋麻袋和灑水的方式，等混凝土強度達到85%以上，方可進行張拉。4.1.3轉向塊的安裝海口?戈溪外沿江橋體外預應力體系轉向塊采用鋼轉向塊，由加工廠按照設計圖紙對Q345鍍鋅鋼板進行加工焊接成型，所有鋼板焊接均采用I級焊接，并進行防腐涂裝處理。轉向塊錨固構件在安裝前先用鋼筋探測儀探測主梁分布鋼筋位置，并在箱梁上放樣；對照施工圖紙，也對原橋梁內置預應力鋼筋在箱梁上放樣；放樣完畢后，按照錨固鋼構件圖紙，錨栓布置圖試鉆孔，鉆孔中與原內置預應力筋有干擾時，稍作調整，在孔位合適后，用塑料板或木板對鋼板鉆孔位置放樣，并對之到鋼板構件底板上打孔，在孔位打入M12自切式擴孔型錨栓，并擰下螺帽和抗剪套筒，之后進行鋼板試放樣，如能有效與錨栓連接，則直接安裝抗剪套筒和螺帽，此時預緊不擰緊螺帽；用錨栓將轉向塊鋼板錨固于箱梁腹板上，底部錨固與箱梁底板底面，鋼板與主梁體間采用灌注粘貼法進行連接，轉向塊鋼管兩端頭內壁應進行磨圓處理，避免鋼管壁毛刺損傷預應力鋼絞線，單跨共16個轉向塊。全部安裝完后，清理轉向器與外套鋼管之間的雜物，清潔處理完畢后，安裝加工好的橡膠圈，并用彈性良好的橡膠圈及四氟板把轉向器與外套管之間的兩端空隙塞滿，同時，調節轉向塊位置，確保其與設計曲線位置相符。4.1.4穿布預應力鋼束鋼絞線束在張拉中留有充足的工作長度，在訂購時想生產商家提供下料長度進行生產。鋼絞線進場后，應先檢查每捆鋼絞線有無不均勻初應力以及按規定對鋼絞線抽檢強度、彈性模量、截面積、延伸量和硬度等，如符合要求則應放置在材料堆場，下面用木方做墊層，鋪墊彩條布，上面使用彩條布遮蓋，以免被雨水侵蝕，影響預應力效果。由于環氧涂料層填充型鋼絞線具有優良的防腐性能，其外層為有機材料環氧樹脂包覆，在施工時，需制作放線器放線。海口?戈溪外沿江橋預應力筋采用連續雙折線型布置。鋼絞線通過橋面開孔，穿布到橋下，考慮張拉時兩端延伸量的不均勻性，對鋼絞線兩端分別剝除一定的長度的PE護套，并清洗鋼絞線外層的潤滑油。采取單根人工穿布，對每根鋼絞線兩端分別編號。在鋼絞線穿布過程中，橋面開孔處包裹一層麻袋，以免劃傷到鋼絞線，鋼絞線兩端編號必須對應，防止鋼絞線相互纏繞，在箱內架空鋼絞線，避免與箱梁底板直接摩擦。最后，按加固設計要求安裝張拉端部錨固鋼板。張拉前安裝夾片并再次仔細檢查鋼絞線有無損失，張拉準備充分。4.1.5鋼絞線張拉施工待新增齒板混凝土齡期到達強度達85%以上及預應力束穿布就位后，即可進行鋼絞線張拉，張拉前先用千斤頂從兩端對預應力鋼束進行松動張拉，以確保鋼絞線在管道內平行順直且能自由滑動。張拉方式同類型束采用左右對稱、兩端同時張拉，為保證左右兩書鋼絞線張拉同步，每束鋼絞線分兩級張拉：初張拉（張拉力等于0.15倍設計張拉力）—回油歸零（作為延伸量的起測點）—張拉并維持0.5設計噸位—持荷5分鐘—張拉并維持0.8設計噸位—持荷5分鐘—張拉并維持設計噸位—持荷5分鐘—量測延伸量—回油—量測延伸量。鋼絞線張拉前標定好千斤頂與油泵，并計算張拉時每級張拉力對應的油表讀數，并粘貼于對應油表處，張拉時千斤頂與油表要對應。預應力采用延伸量與張拉力雙控，以張拉力為主，張拉力控制應力o=0.6fpk=1116MPa，張拉控制力為187.5t。張拉后立即進行檢查有無滑絲與斷絲發生。張拉引伸量誤差應控制在±6%范圍內，每次張拉時做好原始數據的記錄工作。4.1.6減震裝置及端部防腐處理根據張拉好的預應力束的位置，結合理論點的位置確定限位裝置在箱梁腹板上的安裝位置，然后將減振裝置固定好，海口?戈溪外沿江橋設計為單跨8個減振裝置。體外預應力體系張體安裝完畢后，應在結構兩端進行防腐處理，以免影響體外預應力對橋梁的預應力作用。調索力完畢后根據更換鋼絞線的預留長度（實際預留長度應大于500mm）切斷鋼絞線。將錨具保護罩安裝就位，保護罩上的出氣口作為油脂的出油口。在安裝保護罩前先在錨具外表面涂抹防腐油脂一層，解決灌油時錨具上端油脂不到位的現象。當油脂從出氣口溢出時，表明錨罩內的油脂已經灌滿，密封出油口。最后在保護罩上涂裝防銹油漆兩道。體外預應力施工中的控制要點體外預應力體系中，應力最集中處即錨固端和轉向塊設置處，原橋梁混凝土的強度是施工過程中重要的控制點。在海口?戈溪外沿江橋體外預應力體系中，有箱梁腹板新增混凝土作為錨固混凝土，然而，錨固端的集中應力還是通過新增混凝土作用到原混凝土結構中。因此，為了使新舊混凝土能有效結合，在原箱梁腹板上鑿除了剪力槽來加強兩者的粘結力。在轉向塊與箱梁腹板連接處則是用Q345鍍鋅鋼板分別通過腹板錨固和底板錨固來增加梁體與轉向塊之間的面積，使應力能盡量分散。此外，在預應