预应力加固技术在路桥施工中的应用
2015-06-24
预应力加固技术是二十世纪发展起来的结构加固工艺，并迅速广泛应用于建筑工程领域，效果显著。随着我国经济飞速发展，车辆数量急剧增长，路桥承载能力面临巨大挑战。对简单的补强加固技术已经不能满足建设需求，由于预应力技术其自身具有自重较轻，可以有效减小工程建筑中混凝土的应力，可以从根本上解决后加补强材料应变滞后的问题，通过使用高强度的钢绞线等，可以有效提高桥梁的抗拉性和路桥承载力，不管是对旧桥的补强加固、拓宽加固还是对新桥的施工建设，尤其是跨度较大、伴有弯道的路桥建设，该项技术依然具有明显的优势。
1.路桥施工中应用预应力加固技术的优点
在路桥工程施工过程中，预应力加固法主要应用于悬臂梁、连续体梁与简支梁桥的结构加固，促进其在使用中更加稳定、安全、牢固。在路桥施工中应用预应力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂缝现象，而且有利于减小梁体挠度，使得路桥结构中不同界面都达到最为理想的应力状态。从现代路桥工程专业技术的角度进行分析，应用预应力加固法的优点主要表现为：1）在路桥施工过程中，可以有效减少对于正常交通运输的影响；2)预应力加固法应用所需要的人员与机械设备相对较少，布置较为简单，且随时可以进行调整，施工作业的经济效益较为理想；3）施工过程中增加的恒荷载相对较少，对于原路桥结构的应力情况可以进行调整，以达到路桥结构整体加固的目的；4）应用预应力加固法有利于路桥使用阶段的维护与修补，而且可以根据实际情况进行预应力筋的更换；5）路桥施工中应用预应力加固法对于桥下净室的影响较小，现场施工作业中无需体征路桥表面标高，对于路桥整体结构的损伤较小；6）预应力加固法的应用范围较广，不但适用于中小跨度、简支结构体系路桥结构的加固，在大中跨度、连续体系路桥结构的加固中也具有理想的效果。
2预应力加固技术在路桥施工中的应用
2.1体外预应力加固法
体外预应力加固法是指将具有防腐保护功能的预应力筋合理布置于路桥梁体外部或者箱内，对于梁体施加一定的预应力，利用预加力产生的反弯矩使得路桥结构中因部分外荷而产生的内力抵消，以达到改善梁体使用功能的目的，并且有效提高梁体的整体承载能力。
2.1.1放样定位
2.1.1.1滑块垫板及锚固支座位置的放样定位
首先从锚固的实际中心沿着桥梁底部向跨中的方向，对滑块垫板的跨中位置以及中心位置进行量取，分别在桥梁底部的两侧进行标记。然后在桥梁的底面上绘制垫板平面的尺寸，同时将相关螺栓孔位也标志清楚。在垫板放样过程中可忽略梁挠度的影响因素。
2.1.1.2 上锚固点的放样定位
其一，若斜筋的上锚固点在梁的顶面或者是端面位置，基准点是单梁的顶面纵轴线，沿着纵桥对锚固点距离梁端的距离进行测量。其二，若锚固点在梁端的位置时，应该量取锚固点距离梁顶面或者是梁底的垂直方向的距离，然后再沿着横桥向的对称位置，对上锚固点横向距离进行测量，同时将锚固点理论的位置标志出来。因梁的副班中以及顶板中都存在钢筋，尤其是受力钢筋，因此在锚固点放样的时候，可以适当地调整锚固点的位置，尽量将这些钢筋，注意不能切断钢筋。
2.1.2 上锚固点设置
若在梁顶以及梁端顶面设置上锚固点时，需根据设计斜筋穿出位置，分别在梁顶面或桥面板凿穿两个斜孔，其角度和斜筋的角度一样。首先是凿去桥面铺装层，即凿去梁顶面的混凝土保护层，露出钢筋，再细凿锚固垫板位置的混凝土，根据设计的斜孔角度制作凿孔架，在凿孔架槽内防止凿岩机钻杆，确保钻头中心和理论锚固点对照，然后再凿孔。凿完后，把桥顶面清理干净，在其表面涂抹一层环氧胶液，最后用环氧的水泥砂浆对其铺平。
2.1.3 转向装置
转向装置是加固体外索的一个重要构件，其中影响施加预应力效果的主要因素是自身的性能和传载方式。需借助转向装置对体外预应力的混凝土结构预应力筋进行改变方向，最终保证设计的预应力筋形成曲线的形式。在预应力筋和转向装置的接触位置，因横向力和摩擦力挤压的作用，若设计转向装置不够合理或者是构造的措施不够恰当，使得预应力筋极易出现局部僵硬或者是摩阻损失比较大等现象。因此需高度准确地设计转向装置，确保预应力筋设置在折角点位置，有效避免附加应力产生。在使用转向装置是不得损害预应力钢材。
2.1.4 预应力筋的安装和张拉
在预应力筋安装之前，要检查各种的锚具能否正常工作，尤其是粗钢筋螺母和螺杆匹配情况，要逐一试拧，保证在不加力情况下每个丝头，用手拧动可把螺母拧到全程。对斜筋和水平筋分别采用斜杆或者两根粗钢筋为型钢，首先把水平滑块和斜筋固定在一块，固定斜筋上锚固点，然后穿过水平筋，确保滑块锚孔和水平筋中心对照。体外预应力筋张拉的方法有两种，在梁顶沿着斜筋方向张拉和在梁底沿着水平筋方向张拉。尽量做到同一根梁两侧的预应力筋能同步张拉，确保梁两侧钢筋的预应力状态相等或者相近。
2.1.5 压浆
完成张拉后，一道重要的工序是对局部有粘结段的进行压浆。首先是在开始施工之前采用1:1模型试验，确保压浆的饱满密实情况下，其中局部有粘结段粘结力能达到108%设计的张拉力。通常在完成张拉24h内进行压浆施工，需满足锚固的要求。要选取手动的压浆机进行压浆，确保压浆过程中的压浆压力和均匀稳定能达到要求。
2.2有粘结预应力加固法
有粘结预应力加固法主要是利用锚固于需要加固的路桥梁体上，一般是选取小直径的预应力筋，对于梁体施加一定的预应力，适量喷注抗拉强度相对较高的复合砂浆，使得预应力筋与梁体牢固粘结，从而构成一个具有粘结预应力特征的路桥梁体加固体系。有粘结预应力加固法在路桥工程中的应用，具有预应力筋锚固简单、结构耐久性良好、张拉施工操作简单及材料利用效率较高等技术特点，而在国内路桥工程加固施工中得到了广泛的应用。有粘结预应力加固法适用于中、小跨径的钢筋混凝土空心板梁、T梁与箱梁桥的加固处理，尤其是在城市高速公路与立交工程中的应用，有效提高加固处理的效率与质量。
与体外预应力加固法相比，有粘结预应力加固法的技术特点主要表现为：1）在路桥施工过程中，最大限度发挥了后加补强材料的实际作用，有效提高了各类材料的利用效率；2）高性能抗拉复合砂浆经过喷注后形成保护层，有利于提高路桥梁体抗碳化、抗氯离子侵蚀能力。
2.3高强复合纤维预应力加固法
在国内现阶段的路桥施工中，高强复合纤维预应力加固法应用的材料以芳伦纤维、碳纤维等为主，其中碳纤维材料的应用范围最广，而且具有施工技术经验成熟的优势。高强复合纤维预应力加固法的基本作用原理为，将锚固粘贴于需要加固的路桥梁体上的碳纤维布条或者板条，对于路桥梁体施加一定的预应力，以改善梁体的实际受力状态。高强复合纤维预应力加固法应用的关键技术是能否科学解决预应力纤维布或者板条的张拉、锚固等问题。
高强复合纤维预应力加固法在国内路桥施工中的应用尚处于起步阶段，但是通过不断的工作实践，笔者总结了其具有以下技术特点：1）具有高强、高效的特点，由于复合纤维材料普遍具有较为理想的物理力学性能，在加固或修补混凝土结构路桥过程中，可以有效利用其自身的高强度、高弹性模量等特点，以提高混凝土结构路桥中相关构件的承载力与延性，并且有效改善梁体的受力性能；2）在路桥施工过程中，由于复合纤维材料的线膨胀系数与混凝土较为接近，从而保证了在温度变化的情况下，实现复合纤维材料与混凝土之间的协同工作；3）在路桥施工中应用复合纤维材料，对于路桥梁体构件自重与体积的影响较小。复合纤维材料的质量相对较轻，而且较薄，经过加固或修补后的梁体构件，基本上不增加原路桥结构的自重与尺寸，也不会减少路桥的实际使用空间。
3结语
应用体外预应力加固技术到路桥施工非常普遍，特别是应用到梁式桥的施工过程中，它的原理是充分利用加固法本身的特点去加固或者维修路桥桥梁的各部件结构，能够尽量削减结构内力产生的副作用，将一定程度的体外预应力施加到旧的类型桥梁结构中去，能够很好的消除桥梁结构存在的裂缝，使桥体受力状况得到很好的改善。应用此项加固技术获得的效果确实取得了国内外相关路桥行业的普遍认可，然而对该技术的研究还处于刚起步的阶段。所以仍需要相关人员今后通过多次实践并且结合理论进行分析，才能真正的完善好体外预应力加固技术的施工工艺理论及其技术，使该加固技术真正服务到我国的路桥工程的建设中去。
