连续刚构桥体外预应力加固技术研究与应用

闫朝鲁江西省交通桥梁检测加固有限公司

摘要：某连续刚构桥采用预应力钢绞线、钢锚固系统及钢转向系统进行加固，以提供维护。工程应用表明，预应力体外加固技术有利于减轻桥梁关键部位的荷载，从而提高桥梁整体承载能力。结合工程实践，本文简要介绍加固设计内容，重点阐述体外加固施工工艺要点，为类似工程应用提供技术参考。

关键词：桥梁加固；大跨度；连续刚构；体外预应力；工艺研究；

作者简介：闫朝鲁(1996-)，男，本科，助理工程师，从事公路桥梁检测与加固工作。；

0 前言

预应力体外加固是防止连续刚构桥过大挠度和跨中开裂的技术手段之一。预应力钢缆或钢带的加固作用可以增强桥梁结构强度，提高桥梁的抗震性能和耐久性。预应力钢缆或钢带的加入有助于减轻桥梁关键部位的荷载，从而增强桥梁的整体承载能力。在实施体外预应力技术时，钢套筒的布置或调整更加容易，可以大大提高施工效率，节省大量施工所需的人力、物力和时间成本[1]。

为了抵抗跨中腹板、底板、顶板开裂的威胁，案例工程采用了预应力体外加固技术。本文结合工程实际应用，简单介绍预应力体外加固的设计内容，重点阐述体外加固的施工工艺和技术要点，以期为类似工程应用提供技术参考，维护预应力混凝土桥梁结构的安全。

1 项目概况

华东某内河V型墩连续刚构桥，长339m，宽32m，刚构连续梁跨度布置为（50+75+50）m，梁顶位于半径为4 375.875m的竖曲线上。运营一段时间后，部分结构出现裂缝。调查发现，裂缝主要分布在跨中腹板、底板、顶板等处，削弱了主梁整体刚度，严重威胁混凝土预应力连续刚构桥的安全，需要进行修复加固。为此，采取增加外钢结构锚固体系、预应力钢绞线、钢结构转向体系等措施，增强结构应力储备，提高结构承载能力。

2 预应力体外加固设计

箱梁全长175m，“V”字墩顶设横隔板4块，分别位于41.90m、58.12m、116.78m、133.00m处。单箱梁内设4个A型锚块，长2.35m、宽0.74m、高0.648m，纵向分别位于箱梁首尾端2.55m处、横向分别位于中心线两侧1.11m处，通过丝杆锚固于梁底板及横隔板。此外，箱梁内设4个B型锚块，长3.08m、宽0.64m、高0.6m。 位于单箱梁首尾端6.15 m处及横向中心线两侧3.28 m处，通过螺杆锚固于梁顶板上。另外，单箱梁内设6处抗震支撑，沿桥向分布，位于18.15 m、49.95 m、82.45 m、83.45 m、115.95 m、148.6 m处，通过螺杆与梁底板、顶板连接。最后，单箱梁内共设4组转向支撑，分别位于29.45 m、70.45 m、104.45 m、145.45 m处。

3 预应力体外加固施工技术 3.1 钢结构加工

锚块、抗震支架、转向支架等钢构件的材质为钢板、热轧宽缘角钢、工业钢材[2]等。为保证质量，所有构件均应在工厂预制。在制造过程中，应特别注意以下几个方面：

（1）切割钢材。切割长度应满足图纸设计规定，切割表面不得出现分层、夹渣、裂纹等表面缺陷。同时，在切割过程中，要保证边部处理和规格偏差符合设计要求。

（2）钢板钻孔。为避免植筋位置与钢筋钻孔严重错位，影响装配作业，必须现场钻孔。这一点在工厂加工时应注意。板材、构件上的孔应按设计图钻孔，控制孔位、孔径偏差，必须严格控制在设计标准以内。

（3）焊接。由于锚块承受的荷载较大，主要承重构件焊接均采用坡口焊缝[3]。焊缝质量等级必须为1级，转向桁架、加强板的焊缝质量等级不能低于2级。焊接时应保证各项性能不低于构件所用材料的相应标准。

3.2 结构装配

（1）组装转向支架锚块及底板。通过钻孔植筋的方式将底板固定在箱梁上。钻孔植筋前，用钢筋检测仪检测箱梁钢绞线的位置，并做好标记。钻孔植筋时避开箱梁钢绞线。作业完成后，需要在底板上打孔，并灌注黏合钢胶，然后拧紧螺母。组装锚块垫板时，要注意与外梁垂直，保证定位准确，不能有大的误差。同时转向器中心位置和锚垫槽道中心位置不能偏离设计>3mm。锚块和转向器底板组装完成后，进行支架节点板焊接。焊接作业前，焊接过程中需要保证桁架位置准确，焊缝饱满，确保符合设计标准。

（2）锚座、抗震支座、转向架底板注胶。底板固定作业完成后，在底板与混凝土接触面注入钢板胶。钢板粘结表面处理要求与钢板粘结于桥墩混凝土相同。注胶前需封堵钢板周围孔隙，预留直径10～12mm的注胶孔，孔距约300～400mm。胶配制好后，应在30分钟内注入，防止时间过长导致胶体流动性降低，不利于注胶作业，影响注胶质量。注胶应低速低压，注胶时用小锤轻敲钢板。钢板注胶后，用小锤沿粘结面轻敲钢板，如无空洞声，即表示已粘结密实。 否则，应钻两个或多个注胶孔，其中一个作为注胶通气孔。

（3）组装转向架及抗震架。转向架支架需注意其与体外预应力的垂直关系。抗震支架是借助箱梁底板肋和顶板肋配置的。操作步骤为：先处理基座区域混凝土表面，再预制支架钢结构及顶、底板肋座构件，现场在基座钢板上钻孔，再植顶、底板肋座并注入钢胶，再组装抗震支架及转向架支架，最后进行二次防腐处理[4]。

3.3 组装转向器

转向器在工厂加工，无法在现场加工。另外，在现场组装时，必须严格按照设计图进行。在运输和焊接过程中，应采取措施防止结构变形。实际穿线前，注意线材拉力检测，确保组装准确。箱式转向器由（12）内支线管、（σ=5 mm）外钢管、定位挡板、高强度环氧砂浆填料组成。转向器由厂家专业制造。内支线管可采用外径φ25 mm的HDPE管。在组装支线管前，内部必须预涂润滑剂。为了避免转向器端部外束弯曲，避免划伤环氧涂层，需要采取相应措施。转向器结构如图1所示。

填料可采用高强度环氧砂浆或其他高强度填料，浇注前应进行试拌​​，保证轴的抗压强度不小于30MPa，并保持一定的流动性。填充作业时必须保证转向器内部密实，不允许出现空隙。

3.4 在隔膜上钻孔

横隔板设计位置，全长外束通过孔洞。全桥设4道横隔板，均位于墩顶。横隔板开口直径22cm，竖向位置距底板1.90m，横向位置距桥梁中心线两侧2.30m、1.10m。开口位置见图2。

墩顶横隔板处导流器位置必须先钻孔，钻孔位置应避开箱梁现有预应力钢筋，特别是较粗的预应力钢筋。钻孔操作应特别小心，认真检查设计图，并利用仪器检测定位，避免触及现有预应力钢筋。

钻孔施工完成后，需在隔膜钻孔位置配置φ1 200×219×7 mm钢管并注入钢胶。对于同根预应力筋，墩台两侧隔膜孔中心线应保持在同一直线上、同一高度，并采取措施保证孔中心两侧误差控制在±4 mm以内。隔膜钻孔采用水钻和长连接杆，因隔膜厚度较大，为保证垂直钻孔，应将水钻固定牢固，钻完一段后清除混凝土，再伸出钻杆再次钻孔。

3.5 组装外梁

采用12～15.24mm环氧涂层钢绞线外捆扎，钢绞线现场成型后，整卷运输至工程安装现场。

图1 舵机结构示意图（mm）下载原图

图2 横隔板孔位布置（mm） 下载原图

（1）钢绞线及锚固件。外绞线抵达现场验收时，需严格检查其规格、包装，并对其直径误差​​、力学性能等进行抽样检验[5]。外绞线的使用强度一般要求略高于国家标准，外绞线检测必须按照国家标准进行。外绞线在运输过程中，以及现场储存、施工过程中，应采取严格的防护措施，防止环氧涂层被尖锐物体损伤。外绞线锚固件应按设计标准执行。案例工程采用低回缩专用锚固件，其回缩量≤1.00 mm。

（2）锚杆及预应力筋装配时应注意的要点如下：

（1）单端张拉外束。锚块A为锚固端，其工作长度一般为40cm。锚块B为张拉端，其工作长度一般为110cm。预留外露钢绞线最小长度，即钢绞线端部至张拉锚垫外侧的长度一般为40cm。

（2）将钢绞线整卷放置于梁底人孔附近，卷放方向为水平。

（3）手工穿线时，应在每次转向位置将横梁穿入同一个孔内，穿线完成后，用磨床对横梁进行穿线、切割。

（4）将钢绞线捆扎好，绑扎处应保证每根钢绞线平整，无交叉扭绞现象。卡子应在保持暴露量一致的条件下，将钢绞线卡紧。

（5）钢绞线组装时应注意采取环氧涂层保护措施，可在箱梁内部采用橡胶垫或土工布等措施，避免混凝土与钢绞线直接接触、摩擦，损坏环氧涂层。

（6）组装前应将卡箍、锚固件清理干净，检查无损坏。组装时锚固件应与管子对齐，安装时应避免用锤子敲击或其他粗暴操作。保持每根股线平整，不得相互交叉、扭曲。穿束过程中应注意每根股线的编号，避免混淆。将卡箍拧紧，并均匀露出股线，确保股线充分受预应力。卡箍通常采用套筒法拧紧，应注意卡箍数量和位置，确保夹紧力均匀。

（7）锚块位置需按顺序安装锚板、锚、卡子，外绞线张拉后方可安装防护罩。钢绞线插入锚中后需安装卡子，并保证每个卡子安装紧密。可用套管将卡子收紧。张拉钢绞线时注意卡子是否松动，张拉时将卡子收紧。

（8）锚端、抗震装置、导引器组装完毕后，应检查钢绞线的角度，统一验收合格后，方可进行张拉作业。

3.6 抗拉筋

（1）使用手持千斤顶张拉外梁时，压力表及千斤顶必须经法定计量机构校准后才能张拉，使用时必须将校准后的油表与千斤顶配套使用。

（2）将锚板、锚、卡子、顶铁、千斤顶、锚、卡子等按顺序组装在张拉端的锚块上。

（3）体外筋张拉前，工程技术负责人应当向张拉工人及现场技术人员讲解张拉顺序、步骤、注意事项及防护措施。

（4）张拉作业时应遵循同向、同时、成对、对称张拉的原则，先进行TW1、TW2，后进行TW3、TW4，逐一张拉。

（5）张拉应力控制为σ=0.6fptk=1 116 MPa。张拉总吨位参考锚环损失系数推算，总吨位=Aσ+F（环损失应力），式中A为张拉钢绞线截面积。

（6）每捆分四级张拉，张拉操作按表1标准进行，每级张拉应稳定2分钟，经核对伸长值正确后，方可进行下一级张拉。

表1 应力筋张拉分类及工作量下载原图

（7）张拉采用应力控制，并进行伸长值验证，理论伸长值与实际伸长值误差控制在±6%以内。

（8）外梁张拉完成后，需将锚栓组装好并全封闭防护罩，并在防护罩内注入油脂。

4。结论

以混凝土连续刚构桥抗裂维修工程为例，对已应用的预应力体外加固技术进行梳理和介绍。本文对外加固的设计内容进行简单介绍，并在此基础上重点介绍预应力体外加固的施工工艺流程，包括前期工作准备、钢结构加工、结构拼装、转向架装配、横隔板钻孔、外梁拼装、外梁张拉等工艺环节和技术要点。预应力加固可加固桥梁结构，提高桥梁抗震性能和耐久性能，减轻桥梁关键部位荷载，增强桥梁整体承载能力。在实施体外预应力过程中，钢套筒的布置或调整更加容易，可大大提高施工效率，节约施工作业成本。体外预应力技术的不断发展和完善，将进一步提高桥梁的安全可靠性，为交通运输事业做出更大的贡献。

参考

[1]杜晨光.高墩大跨连续刚构桥稳定性及地震响应研究[D].武汉:湖北工业大学,2019.

[2]关吉.连续刚构桥箱梁底板开裂原因分析及对策[D].重庆:重庆交通大学,2010.

[3] 常亚辉.影响预应力混凝土梁桥挠度的因素及对策[D].西安:长安大学,2010.

[4]辛利江.连续刚构桥地震时程反应及跨中强度有限元分析[D].合肥:合肥工业大学,2010.

[5]邱云.体外预应力技术在连续刚构桥加固中的效果评估研究[J].中国新技术新产品，2021(10):124-126。