探討體外預(yù)應(yīng)力加固法在路橋加固上的應(yīng)用
2015-06-15
前言
隨著我國(guó)交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，公路運(yùn)營(yíng)因行車量大，荷載超重出現(xiàn)了或多或少的橋梁隱患，正在逐步成為危橋，為了保證交通暢通，運(yùn)行便捷，需對(duì)這些橋梁進(jìn)行加固改造。因此，對(duì)路橋結(jié)構(gòu)的維修、加固和補(bǔ)強(qiáng)的研究及應(yīng)用，是我們橋梁工作者面臨的最大問題。以下介紹舊危橋的加固技術(shù)。
1.體外預(yù)應(yīng)力加固法的特點(diǎn)
體外預(yù)應(yīng)力加固法主要用于梁式橋（包括簡(jiǎn)支梁、懸臂梁、連續(xù)體系梁橋）正常使用極限狀態(tài)超限的結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)舊橋施加體外預(yù)應(yīng)力，能夠達(dá)到減少或消除裂縫，減小梁體下?lián)?，改善結(jié)構(gòu)各截面應(yīng)力狀態(tài)的目的。采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固公路路橋結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)：①施工時(shí)，可不中斷交通或短時(shí)間限制交通，因此對(duì)橋上交通影響??；②所需設(shè)備、人員少，布置簡(jiǎn)單，可以調(diào)整，施工周期短，經(jīng)濟(jì)效益好；③便于維護(hù)修補(bǔ)，可以隨時(shí)更換預(yù)應(yīng)力筋；④由于增加恒重不多，可以能動(dòng)地調(diào)節(jié)原結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到有效加固的目的；⑤體外預(yù)應(yīng)力加固法可做到不影響橋下凈室，不抬高路面標(biāo)高，對(duì)橋梁損傷
??；⑥能夠較大幅度地提高舊橋的承載能力和結(jié)構(gòu)剛度，能夠有效的控制原結(jié)構(gòu)的裂縫和撓度，使裂縫部分或全部閉合，使撓度大幅度減小。⑦體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)不但可以用于中小跨度的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系橋梁，也可以用于加固大中跨度的連續(xù)體系橋梁。
2. 體外預(yù)應(yīng)力加固原理
體外預(yù)應(yīng)力是后張無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系的分支之一 。體外預(yù)應(yīng)力就是把預(yù)應(yīng)力索放在梁的主體結(jié)構(gòu)之外，只通過(guò)兩端能錨固以及梁中的轉(zhuǎn)向裝置與梁體相連。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋布置在主體結(jié)構(gòu)之外，固體外預(yù)應(yīng)力索通常為由多根鋼絞線組合成的集中鋼索，故也稱為體外預(yù)應(yīng)力索。體外預(yù)應(yīng)力加固通常是在梁底或梁側(cè)下部增設(shè)預(yù)應(yīng)力加勁鋼絲索或預(yù)應(yīng)力粗鋼筋補(bǔ)強(qiáng)并分別錨固在梁的兩端，通過(guò)設(shè)置一定的聯(lián)結(jié)構(gòu)件使預(yù)應(yīng)力拉桿（鋼絲索或粗鋼筋）與梁體構(gòu)成一個(gè)桁架體系，成一次超靜定結(jié)構(gòu)。在體外對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到卸載的作用，提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。對(duì)于鋼筋混凝土路橋，可考慮采用體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固，該法具有加固、卸荷改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重功效。體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本組成主要包括：體外預(yù)應(yīng)力索、管道和灌漿材料，體外預(yù)應(yīng)力索的錨固系統(tǒng)，體外預(yù)應(yīng)力索的轉(zhuǎn)向裝置。
3.體外預(yù)應(yīng)力加固施工要點(diǎn)
3.1 放樣定位
3.1.1 滑塊墊板及錨固支座位置的放樣定位
沿梁底從錨固實(shí)際中心（投影點(diǎn)）向跨中方向量取滑塊墊板的中心位置及跨中位置，分別標(biāo)記在梁底的兩側(cè)，并將墊板的平面尺寸繪在梁底面上，標(biāo)出有關(guān)螺栓的孔位，在墊板放樣
中可以不計(jì)梁的撓度影響。
3.1.2 上錨固點(diǎn)的放樣定位
?。?）斜筋上錨固點(diǎn)位于梁頂或梁端面時(shí)，以單梁頂（端）面的縱軸線為基準(zhǔn)，沿縱橋向測(cè)量錨固點(diǎn)距梁端的距離。
?。?）錨固點(diǎn)位于梁端時(shí)，應(yīng)量取錨固點(diǎn)距梁底或梁頂面的垂直距離，再沿橫橋向?qū)ΨQ量取上錨固點(diǎn)的橫向距離，標(biāo)出錨固點(diǎn)的理論位置。由于梁的頂板和腹板中均有鋼筋存在，特別是受力鋼筋，在進(jìn)行錨固點(diǎn)放樣時(shí)，可將錨固點(diǎn)位置適當(dāng)調(diào)整以避開這些鋼筋，切記不應(yīng)將其切斷。
3.2 上錨固點(diǎn)設(shè)置
當(dāng)上錨固點(diǎn)設(shè)在梁頂及梁端頂面時(shí)，需要按設(shè)計(jì)的斜筋穿出位置，在橋面板或梁頂面鑿穿兩個(gè)具有與斜筋角度相同的斜孔。首先把橋面鋪裝層鑿去，將梁頂面混凝土保護(hù)層鑿去，露出鋼筋，再將錨固墊板處的混凝土進(jìn)行細(xì)鑿。按斜孔的設(shè)計(jì)角度做一個(gè)鑿孔架，將鑿巖機(jī)的鉆桿放入鑿孔架的槽內(nèi)，使鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)理論錨固點(diǎn)，然后再進(jìn)行鑿孔，以便鑿好斜孔。上錨固孔鑿?fù)曛?，將梁頂面混凝土清理干凈，除去混凝土碎渣。然后，在開鑿后的混凝土表面涂一層環(huán)氧膠液，再用環(huán)氧水泥砂漿鋪平。最后將上錨固設(shè)在梁頂時(shí)，應(yīng)保證錨墊板的上表面與梁頂面平齊，或略低一點(diǎn)，以確保錨固點(diǎn)上有盡可能厚的混凝土保護(hù)層。
3.3 轉(zhuǎn)向裝置
轉(zhuǎn)向裝置是實(shí)現(xiàn)體外索加固的重要構(gòu)件，其傳載方式和自身性能也是影響預(yù)應(yīng)力施加效果的關(guān)鍵。體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋必須通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置改變方向，從而形成設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力筋曲線形式。在轉(zhuǎn)向裝置與預(yù)應(yīng)力筋的接觸區(qū)域，由于摩擦和橫向力的擠壓作用。如果轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)不合理或構(gòu)造措施不當(dāng)，預(yù)應(yīng)力鋼材容易產(chǎn)生局部硬化和摩阻損失過(guò)大。轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)要求預(yù)應(yīng)力筋在折角點(diǎn)的位置必須高度準(zhǔn)確，避免產(chǎn)生附加應(yīng)力，轉(zhuǎn)向裝置在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)也不應(yīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼材有任何損害。另外，轉(zhuǎn)向裝置的加工應(yīng)在加工廠進(jìn)行，嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)加工，現(xiàn)場(chǎng)安裝中，要嚴(yán)格按圖紙進(jìn)行，在運(yùn)輸及焊接過(guò)程中，應(yīng)采取措施防止焊接變形，穿束前應(yīng)拉線確定安裝是否合適。
3.4 預(yù)應(yīng)力筋的安裝和張拉
在安裝預(yù)應(yīng)力筋前，首先要檢查各種錨具是否能正常工作，特別是粗鋼筋的螺桿和螺母的匹配情況，逐個(gè)試擰，均應(yīng)達(dá)到每個(gè)絲頭在不加力的情況下，以手?jǐn)Q動(dòng)就可將螺母擰至全程。
對(duì)于水平筋和斜筋分別采用兩根粗鋼筋或斜桿為型鋼的情況，首先將斜筋與水平滑塊固定在一起，并將斜筋的上錨固點(diǎn)固定。用臨時(shí)支架將滑塊定位在其墊板的位置上，然后再穿入水平筋。穿筋時(shí)應(yīng)保證水平筋的兩端均有相等的絲頭長(zhǎng)度，檢查滑塊位置并預(yù)留滑移量。為了防止在張拉錨固時(shí)擰緊螺母困難，上緊兩水平筋的螺母，同時(shí)應(yīng)保證水平筋的中心與滑塊錨孔的對(duì)中。
而橫向收緊水平筋產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的體系，則首先按斜筋的斜度要求將斜桿焊接在梁端的U 型錨固板上，采用夾桿焊將水平筋焊在斜筋上。每隔 2m～2.5m 用木塊將水平拉桿墊起，然后安裝鎖緊裝置，以減少垂度。以備張拉，先安放彎起點(diǎn)處的立柱，再按設(shè)計(jì)位置安裝撐棍和收緊器。
就張拉位置而言，體外預(yù)應(yīng)力筋的張拉方法可分為沿斜筋方向在梁頂張拉和沿水平筋方向在梁底張拉。一般來(lái)說(shuō)，由于張拉設(shè)備及操作人員的限制不可能所有的梁同時(shí)張拉，但對(duì)于同一根梁的兩側(cè)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)盡量做到同步張拉，以保證梁兩側(cè)的鋼筋具有相等或相近的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。
3.5 壓漿
張拉完成后局部有粘結(jié)段的壓漿工作是一道很重要的工序，首先施工前要進(jìn)行1∶l 的模型試驗(yàn)，在保證壓漿密實(shí)飽滿的情況下，局部有黏結(jié)段的粘結(jié)力可達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力的108 %。工程中，壓漿施工在張拉完成后24 h 內(nèi)進(jìn)行，以滿足錨固要求。壓漿采用手動(dòng)壓漿機(jī)，保證壓漿過(guò)程的均勻穩(wěn)定和壓漿壓力的要求。另外，壓漿密實(shí)程度將直接影響粘結(jié)效果，所以在壓漿中應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，并保持壓力均勻。
4. 結(jié)束語(yǔ)
盡管體外預(yù)應(yīng)力加固路橋結(jié)構(gòu)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是仍有大量的問題，如：①體外預(yù)應(yīng)力索不能參與局部裂縫的控制；②體外預(yù)應(yīng)力索容易受到意外的破壞；③從力學(xué)特性上來(lái)講體外預(yù)應(yīng)力索與周圍結(jié)構(gòu)主體在同一截面上的變形是不協(xié)調(diào)的；④由于轉(zhuǎn)向裝置和錨固點(diǎn)受到約束，行車時(shí)容易引起體外索的振動(dòng)，預(yù)應(yīng)力索的自由長(zhǎng)度受到限制。因此，我們需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究和理論分析，以便找到一種可靠、實(shí)用、準(zhǔn)確、合理的計(jì)算理論和施工工藝，為體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在路橋工程加固中的推廣使用奠定基礎(chǔ)。
