桥梁体外预应力加固技术探讨

路桥・航运・交通　建材发展导向２０１０年０６，Ｅ＝Ｊ　桥梁体外预应力加固技术探讨　古铭　摘要：本文就体外预应力加固技术的发展历程，介绍国道１０２线滦县龙坡山大桥运用体外预应力索加固的实践经验＿Ｌｊ教训，沦述　了体外预应力是连续梁桥类老桥加固的一种有效方法，以期为桥梁改造提供参考。　关键词：桥梁加固；体外预应力；连续梁桥　ｌ引言　桥梁是公路的重要组成部分，桥梁的质量直接影响着行车　安全和公路的畅通。随着我国国民经济的飞速发展，各种重型车　辆不断出现，公路桥梁的负荷也日趋加重，有相当数量的桥梁处　于超期运营状态，加之旧桥部分结构老化、破损、开裂严重，对桥　梁结构的安全性、适用性及耐久性产生了很大的影响，不同程度　地造成桥梁承载力降低甚至丧失，严重危及桥梁的安全运营。因　此，如何对旧桥和危桥进行处理就成为目前所面临的重要问题。　如果全部拆除新建，不仅耗资巨大，而且影响交通，给国家造成　的经济损失将是无法估计的，也为我国的国情与财力所不容。而　桥梁的加固费用仅为新建费用的１０～２０％，采取有效的加固和改　造措施，提高桥梁的承载能力，延长其使用年限，以满足现代交　通对桥梁的客观要求，也不失为一种解决问题的办法。国外的统　计资料也表明，一些交通发达国家的桥梁建设重点已经转移到　了旧桥的加固与改造方面。因此，通过对既有桥梁有计划、有步　骤地进行维修加固，不仅能更好地为现代交通运输服务，而且能　为国家带来巨大的经济效益和社会效益。　近几年点针对公路桥梁上部结构常用的加固技术有：增大　构件截面加固技术、粘贴加固技术、体外预应力加固技术、改变　结构体系加固技术等。本文中主要介绍体外预应力加固技术的　实践经验与教训。　２体外预应力加固技术的简介　体外预应力加固技术的实质是以粗钢筋钢绞或高强钢丝等　钢材作为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，以预加产　生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，从而达到改善旧桥使　用性能并提高其极限承载能力的目的。　体外预应力技术早期曾应用于加固工业与民用建筑，前苏　联在这方面做了较多工作。但由于预应力筋转向块构造设计困　难、耐腐蚀性差，体外预应力技术加固桥梁的维修养护费用很　高，未能体现其工程应用上的优越性，因而在２０世纪６０年代前　未能在桥梁工程中得到推广。随着技术的进步，２０世纪６０年代　后期，体外预应力筋耐久性及构造设计的一些问题部分得到解　决，为体外预应力技术的进一步发展奠定了基础，尤其７０年代　美国和法国大量的桥梁加固为体外预应力技术的快速发展提供　了难得的契机。通过在桥梁加固中应用体外预应力技术，积累了　实践经验并获得重要参考数据，进一步完善了设计理论，为在建　设新桥梁时重新考虑使用体外预应力技术提供了依据。　由于体外预应力体系布置灵活，不仅可用来加固简支梁桥　・４０６・　和连续梁桥，还可用来加固拱桥和刚构桥等；不仅可刖来改善梁　的抗弯性能，还可用来改善构件的抗剪性能；不仅可用来进行整　体桥梁加固，而且可用于桥梁局部加固；不仅町用来加固桥梁的　梁部结构，也能用于加固桥墩及索塔等部位，具有良好的加固效　果及广阔的应用前景。　３滦县龙坡山大桥体外预应力索加固　２００８年在国道１０２线的拓宽改造中对滦县龙坡山大桥进　行了体外预应力索加固的有益尝试。　国道１０２线龙坡山大桥旧桥建于１９６８年，其结构为普通铡　筋混凝土变高度连续梁桥外加一１６ｍ简支梁边跨，连续粱跨径布　置为１６ｍ＋２２．５ｍ＋２２．５ｍ＋ｌ６ｍ，原设计荷载为汽车一１３级。对老桥　进行详细的外观检查发现，该桥当时的施工质量非常好，经过　４０多年的使用仍然基本保持完好，未发现明显的裂缝和损坏。　因此，当时决定对老桥进行适当加吲后继续使用。　为了明确判断该桥经过４０多年的使用后的实际承载能力，　我们对该桥进行了详细的检测，包括进行动载和静载试验，为该　桥的加固或处理提供依据，具体分析数据如Ｆ：　３．１试验方法　３．１．１静载试验　（１）应变测量　全桥共选择五个截面，每个截面选择２片梁。采用电阻应变　片量测钢筋及混凝土的应变值。　（２）挠度测量　选择三个截面，每个截面选择２片梁，采用挠度计测量其跨　中的挠度值。　（３）试验荷载及加载工况　试验荷载采用４辆载重汽车，平均每辆总重Ｄ：１５．２ｔ。共采　用五种加载工况，两辆试验车前轮中心距为１．３ｍ。第４＿Ｌ．况为　偏载，行车道左侧和右侧（均偏离桥中心０．６５ｍ）各加载两次。汽　车的位置除注明尺寸外，均布置在各跨的跨中。　３．１．２动载试验　当加载汽车以４０ｋｍ／ｈ的速度通过桥梁时，采用动态应变仪　记录截面２－２的动应变和动挠度，以便估计荷载的动载效应，并　测定结构的自振周期。　３．１－３材料的强度测定　采用回弹仪测定混凝土的强度等级。在实桥中截取钢筋试　件来测定钢筋强度及弹性模量。　３．２试验结果分析　建材发展导向２０１０年０６月　３．２．１材料强度　混凝土强度共测定五个截面，每个截面测８　１６个测区，每　个测区选择１６个测点，其各截面最后评定的强度等级见表１。　钢筋共选取三根试件，其实测结果见表２。　表１各截面强度等级汇总表　强度等级１　Ｃ３５　ｊ　Ｃ４０　１　Ｃ３５　ｆ　Ｃ４０　】　Ｃ４０　表２钢筋试件试验结果　试件编号　钢筋平均直径　拉断力　屈服强度　极限强度　弹性模量　（ｍｍ）　（ｋＮ）　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　１　１３－２５　６０．４　２９５　４３８　２．３ｘ１０　２　１２４５　５８．９　３３０　４８４　２．３４ｘ１Ｏ　３　１２．７３　８９．８　４４０　７０６　２．５４ｘ１０　从表１可以看出，支座处（１　３截面）的混凝土强度达到原设　计强度的Ｃ３５，跨中处（２　４　５截面）的混凝土强度达到Ｃ４０，远远　高于原设计强度的Ｃ３５。从表２可以看出，根据现有规范其钢筋　达到Ｉ级钢筋的标准。　３．２．２弯矩与挠度分析　表３列出了各截面弯矩的计算值与实测值的比较（表中只　列出弯矩最大的一种工况值）。　表３各截面弯矩值（单位：ｋＮ・ｍ）　截面　各工况实测及计算值　按规范规定的计算值（包括恒载）　实测　计算　比值　工况　实际抵抗力矩　汽一超２０　挂一１２０　ｌ　－２２１　—２８５　０．７７５　１　—２９６０　－２８ｌ３　－２４６０　２　＋１３０　＋２０１　０．６４７　１　＋６９０　＋１Ｏ７１　＋１Ｏ１０　３　—２５７　—２６７　０．９６３　１　—２９６０　—２４８２　－２２８０　４　＋１４７　＋２１５　０．６８４　２　＋６９０　＋１０３６　＋９９０　５　＋１６９　＋２６１　０．６４８　５　＋１６０９　＋１７３０　＋１６９７　表４列出了各跨中截面各工况实测的挠度值及相应的计算　值。　表４各跨中截面挠度值（单位：ｃｍ）　ｆ２　ｆ４　￡５　工况　实测　计算　比值　实测　计算　比值　实测　计算　比值　１　＋０．７９１　＋１．０６６　０．７４２　０．４３３　－０．５２４　０．８２６　２　－０．５４３　－０．７１２　０．７６３　＋０．５ｌ２　＋Ｏ．６０９　０．８４１　３　＿ｒｏ．２６９　＋ｏ＿４２０　０．６４０　＿ｒ０．１７２　＋０．１１６　１．４８３　５　＋０．１２３　＋Ｏ．１９６　０　６２３　从表３、表４所列各工况实测与计算值的比较中可以看出，　除极个别点外，各实测值均比计算值小，其比值多数在０．８以　下。实测值与计算值在定性上以及在规律上都是正确的，换句话　说试验的结果是可信的。　表５各跨跨中挠度值（包括恒载）（单位：ｃｍ）　汽一超２Ｏ　挂一１２０　规范规定允许值　Ｆ２　３．１３７　３．４９７　３．３７５（４．５００）　Ｆ４　２．２７２　２．６３３　２．２６７（３．２００）　Ｆ５　１．１９７　１．４４４　２　２６７（３．２００）　注：括号内数值为挂１２０荷载Ｆ的允许值。　从表３、表４、表５可以看出：连续梁各跨中截面不能承受　３２４国道改造工程所要求的荷载等级（汽一超２０），而各支座截面　可以承受汽一超２０荷载。各跨中挠度除４—４截面稍微比规范规　定允许值大外，其余均在规范规定的允许值范围内。　３．２．３动载试验分析　根据２—２截面动载试验振动曲线和动挠度曲线（图略），其　自振频率为３．０３４Ｈｚ，其动力系数为Ｋ＝１．１１８。　３．３加固方案与施工工艺　路桥・航运・交通　３＿３．１加固方案　根据以上的检测结果和分析，并考虑到该连续梁为变截面　（跨中梁高０．８ｍ，支座梁高１．８ｍ）的特点，决定采用直线型体外　无粘结预应力钢绞线对老桥进行加固。按正截面抗弯强度要求　进行计算，每片梁梗两侧各设置一束预应力筋，每束为４根７＋５　的钢绞线，钢丝束的位置距梁顶６６ｃｍ。采用超张拉工艺，每根钢　绞线张拉吨位为１６４ｋＮ。　经计算加固后跨中两个截面每片梁的实际抵抗力矩为　１３７８ｋＮ・ｍ（大于１０７１ｋＮ・ｍ，比值为１．２８７），支座两个截面每片　梁的实际抵抗力矩为一３７４４ｋＮ・ｍ（绝对值大于一２８１３ｋＮ・ｍ的绝　对值，比值为１．３３１）。这样跨中和支座各截面的抵抗力矩均有相　当程度的提高，均能满足汽一超２Ｏ的荷载等价要求。　３．３．２工艺特点　由于连续梁与桥台胸墙、简支梁端之间只有５ｃｍ，两端张拉　的操作空间受到限制。因此，经特殊设计，在三号墩附近设置特　制的游动锚板，通过游动锚板进行张拉，而连续梁两端则作为固　定端。　加固时钢绞线采用刚性钢套管，固定在梁肋两侧。　３．３．３施工流程　（１）用砂轮切割机截断钢绞线，注意预留ｌｍ的工作段；　（２）剥除固定端及张拉端一定长度的钢绞线外ｐｅ管，然后用　煤油等将剥除ｐｅ管部分的钢绞线上粘附的矿物油脂清洗干净；　（３）将同束四根钢绞线编好号，平行地穿过刚性钢套管，利　用支撑托架将钢绞线托平；　（４）把相应编号的钢绞线依次对应地穿过固定端锚板，装上夹　片，仔细清楚夹片与锚板锥孔上粘附的杂物，用挤压机打紧夹片；　（５）安装千斤顶，接通油管油泵电源，用架子将千斤顶放平　垫稳：　（６）待端锚板下找平的环氧树脂砂浆强度达到Ｃ４０以上后　进行张拉施工；　（７）为尽量消除每片梁之间由于施加应力产生相对变形引　起剪应力，引起预应力损失，采用分批张拉方案，即按下列操作　过程进行：　第一批：　８ｃｏｎ１０％　８ｃｏｎ１／３＿（５ｍｉｎ）锚固　第二批：８ｃｏｎｌ／３　６ｃｏｎ１ｏ０９　超张拉吨位　（５ｍｉｎ）ｃｏｎｌ００％　（８）做好每次张拉吨位的施工记录，包括实测伸长值，实测　压力表值及实测回缩值：　（９）用于张拉的工作段钢绞线留用今后调整应力不切除，用　防水胶布包裹，并外用环氧树脂砂浆包裹；　（１０）在梁梗上下大设膨胀螺栓，承托固定游动锚板及钢绞　线：　（１１）张拉完毕后用环氧树脂砂浆包裹各锚板锚头，钢套管　涂上防锈漆。　３．４存在问题　龙坡山大桥加固后使用了两年有余，一直使用良好。２０１０　年４月在桥梁病害调查中突然发现有一束预应力钢绞线下垂，　经进一步调查发现桥头端有三根钢绞线滑丝，游动锚处一根钢　绞线断裂。经过深入的研究，我们得出如下结论：　（１）原方案锚具选型失误。原方案所用端部锚具为挤压锚，　挤压锚在体外无粘结情况下其最大预应力度只能用到０．４８，正　路桥・航运・交通　建材发展导向２０１０年Ｏ６月　对路桥过渡段施工技术的探讨　李荣幸　摘　要：本文结合已使用的等级公路特别是高速公路中常见的道路病害，分析了路桥过渡段路基路面常见病害产生原因的基础上　提出了施工质量控制措施，仅供同行参考。　关键词：路桥过渡段；防治措施；施工技术　１前言　高速公路和城市的迅猛发展，公路桥梁和城市立交桥大量　兴建，由于我国各相关行业对桥梁结构的设计比较重视，虽然技　术已相当成熟，但相对而言，对路桥过渡上的路基路面研究显得　十分薄弱。　等级、路面类型、台阶高度、车辆种类和行车速度而异。　高速公路线形标准高，桥头引道路堤高，极易产生沉陷和变　形，出现桥台与引道错台、桥台路基．Ｆ沉、路面裂缝、不平，甚　积水等病害。这些病害使快速行驶的车辆颠簸、振动、跳车，产牛　噪音。　常见的道路病害表现为路面在台背回填处出现沉陷或断　２．２设置搭板　搭板的设置，在搭板长度Ｌ范围内，在车辆荷载作用卜，路　裂，车辆通过台背回填处跳车。桥面平整度差、早期损坏较普遍　和桥台路基沉陷问题长期以来一直未得到根本的解决。　面的弯沉逐渐变化，但这种方法给实际施工带来很大困难。第二　种方法是采用预留反向坡度，即搭板与桥台连接处标高‘致，而　２路桥过渡段路面施工技术　２．１路桥过渡段路基路面施工常见病害分析　在桥涵、通道等构造物与两端路堤联接的路桥过渡段，路　与路面连接端则高于设计标高，形成一个预留的反向坡，坡度大　小根据路桥之间的沉降差而定，此法的关键在于考虑路线纵断　面平顺的前提下，确定沉降差和预留反向坡度。　２．３未设置搭板　目前，国内高等级公路在大中桥头处均设置搭板，但搭板‘　旦破坏，不仅严重影响车辆的正常通行，而且施工难度大、维修　费用高。德国、意大利等国在桥头处不设置搭板。如果没有设置　搭板，则应对台后填筑作周密设计和认真施工，对填料和压实应　◆ｌ，ｌ◆●１，１●●，ｉｌ，ｌ◆ｌ，ｌＩ◆ｌｌｉ，￣ｌ，　ｒ◆◆●，ｌＩ●◆ｉｌｉｌ●Ｉ◆Ｉ◆◆Ｉ◆●　基、桥涵常因不均匀沉降而出现台阶，当此台阶达到一定数值，　会使行车产生明显的颠簸跳动。由于车辆荷载的作用，一般的台　阶呈现中间低两边略高的形态。桥涵两端台阶的产生和形成，使　车辆的行驶速度受到不同程度的影响。车速的降低幅度视公路　◆◆【ｌ●●・◆ｉ●ｉ◆ｉ◆ｉ●ｉ●　◆●◆◆●◆ｌ，ｌ◆ｌｌｉ，￣，ｌｌ◆●◆◆◆　●常为０．４５，而该桥的实际预应力度为０．６３，远远超过了挤压锚所　能承受的范围。　０Ｗ１　ｖ工怍　Ｈ　／　…．　ＢＭ１５盯锚扳　（２）预应力筋的套筒使预应力筋具有了更大的活动余地，且　固定较差，由于长期的动载引起的振动疲劳也是造成滑移、断裂　的因素之～。　，；　。　／—～　（３）游动锚的固定较差。　：　Ｙ　３．５体外预应力加固体系的修复与改进　根据以上分析，我们制定了龙坡山大桥体外预应力加固体　系的修复与改进方案，具体如下：　（１）预应力束的平纵位置与原方案相同；　张拉端锚具组装简图（Ａ图）　说明：图中尺寸以ｍｍ计。　＼　对　，＿　竺　固定端锚具组装简图（Ｂ　）　锚具布置示意图　做好固定措施。　根据以上修复与改进方案，我们对所有８根体外索都进行　了更换。　（２）取消中间的游动锚改用通长索，桥台端作为张拉端，另　一端作为固定端；　（３）端头锚具改用夹片锚，固定端在安装夹片锚后再挤压Ｐ　锚，张拉端在夹片锚后安装压板，用空心螺杆压紧夹片，作为防　４结论　（１）根据龙坡山大桥体外预应力索加固的实践，我们认为体　外预应力索是连续梁桥老桥加固的一种有效方法。　（２）采用体外预应力加固老桥时，必须根据体外预应力索的　松装置（见下图）。　定瑞　的布置采用正确的锚具，以避免预应力索滑丝而失效。　（３）采用体外预应力加固老桥时，体外预应力索以采用通长　索为宜。　（作者单位：河北路桥集团有限公司厦门分公司）　龙坡山桥连续梁锚具布置简图　（４）取消原体外索的钢套管，改用聚乙烯塑料进行包裹，并