浅谈路桥施工中如何应用预应力技术

浅谈路桥施工中如何应用预应力技术

廖明

武汉市工程咨询部有限公司   湖北省武汉市   436000

  摘要：预应力技术是人类一项古老技术，它的应用早于体内预应力人们一开始便将其应用于编制木桶、拉紧锯片、弓箭发射等。随着新材料和施工的方法出现，这一技术得到了较快的发展，预应力技术主要是指在施工过程中在没有外部荷载情况下，先对工程进行一定的预应力的实施，来增加工程的刚度和工程的承载能力的技术， 在路桥施工过程中，预应力的主要作用是通过实施高强度的钢材和混凝土来进行加固，以此来保障路桥施工的稳固性。预应力技术的功能性非常强，并且耐久性也比较高。预应力技术不仅可以节省施工材料，同时还可以有效的降低施工的成本，保障路桥施工的结构质量，减少路桥工程中开裂的问题，提高路桥工程的使用寿命。

1研究背景

近些年来我国的公路桥梁建设事业迅猛发展，成就巨大，我国己建造各类公路桥梁近万座。然而我国的桥梁也面临着与国际上众多国家桥梁一样的问题也有一大批桥梁进入了“老龄”阶段，一些桥梁早己出现各种“病害”却常年带“病”运营，潜伏着巨大的安全隐患。调查资料表明处于国、省主要干道的既有桥梁由于设计荷载标准低和构件承载力不足将逐步成为阻碍公路交通畅通的“瓶颈”。特别是大、重型车辆与日俱增致使公路交通安全与畅通受到严重的影响。随着桥梁使用年限的增长，旧桥老化也日益严重我国近二十年来公路交通量和车辆载重不断增加公路桥梁负荷便日趋加重，这就必然加剧既有桥梁的损伤产生众多“病害”。

2对桥梁加固的意义

目前我国众多旧桥存在不同程度的材料老化、裂缝、结构损伤等“病害”和桥梁宽度不足造成车辆通行不畅等现象

。随着重车、超载车辆比例的提高大大加重了这些“病害

”的程度加之新桥梁设计规范中各项标准的提高，使得许多旧桥承载力不满足新规定。大量旧桥都存在严重的问题，其使用功能己大大降低，成为影响公路通行能力的瓶颈。这些旧桥中大部分桥梁设计年代久远，主要分布在技术标准低、通行能力差的公路上。这些桥梁体所现出来的共同特征就是随着使用年限的增长，都出现了程度不一的缺损状况。加之目前超载超限的现象日益严重，设计荷载已经不能满足现在的通行需求[1]，因此大都潜伏着影响桥梁安全使用的隐患。要想将这些桥梁进行拆除重建显然是不经济的更是不现实的。     

桥梁加固技术能充分的发挥资金优势尤其是对于资金相对紧张的情况下更为明显。我国公路部门的实践经验表明既有桥梁加固所需要的资金是新建桥梁的10%-30%。梁桥加固费用约为新建桥梁的10%-20%，双曲拱桥的加固费用约为新建桥梁的左右。因此对旧桥进行有效的加固处理，并采用合理的加固方法最终使得桥梁能够在其使用寿命期内发挥最大的经济效益是目前一个普遍关注的热点问题。

2.1 增大截面法

要提高梁的强度、刚度、稳定性常采用增大构件截面、增加配筋的加固方法。即在梁底或侧面加大尺寸增配主筋提高梁的有效高度从而提高桥梁的承载力[2]。适用性广泛应用于梁桥、拱桥、刚架桥等的加固。注意事项是所增加的构件不应破坏原截面，新老结构材料之间应有可靠的连接。

2.2粘贴钢板

采用粘结剂和锚栓将钢板钢筋、纤维等粘贴锚固在混凝土结构的受拉面或其他薄弱的部位使钢板钢筋、纤维等与加固的混凝土结构形成一个整体提高承载力与耐久性。该方法具有不改变原结构尺寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果好且工艺成熟等优点是近几年应用较多的加固方法之一。适用性宜应用于大型结构及大跨结构不宜用于配筋较密且钢筋走向复杂的构件结点处。

2.3预应力技术

    该方法采用对钢筋混凝土或预应力混凝土梁或板的受拉区施以体外预应力进行加固以抵消部分自重应力，可较大幅度地提高梁的承载能力。其优点是在自重增加很小的情况下能大幅改善调整原结构的受力状况提高刚度及抗裂性。由于自重增加小，从而减小了对墩台及基础受力状况的影响

可节省对墩台及基础的加固量。适用性可以在不限制通行的条件下进行加固施工，既可作为桥梁通过重车的临时加固手段，也可以作为永久提高承载能力的措施，但需重视加固后体外预应力筋的防腐问题。

3预应力技术构造与加固工程应用

3.1基本原理与构造

对于需要加固的混凝土梁式桥常在梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋，并分别锚固在梁的两端，通过设置一定的联结结构使预应力拉杆钢丝索或粗钢筋与梁体构成整体，成为一次超静定结构[3]，从而抵消部分恒载应力，起到卸载作用，从而较大幅度地提高桥梁的承载能力并通过体外束的合理布置，可以很好的阻止结构裂缝的进一步开展。

3.2机构体系基本组成

体外预应力体系有四个基本组成部分，即体外预应力索，体外索锚固系统，体外索转向装置，体外索防腐系统。体外预应力混凝土结构是一种主要采用体外预应力体系的混凝土结构，根据其是否同时配置体内预应力筋，可区分为体内、体外混合预应力混凝土结构和全体外预应力混凝土结构。

体外预应力结构所采用的预应力束一般为高强度低松弛普通钢绞线或镀锌钢绞线，其品种和性能应符合国家有关标准的规定。体外预应力索一般由钢绞线束和外护套组成。

钢绞线可以采用普通钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线和外包的单根无粘结钢绞线。环氧涂层钢绞线是具有优异防腐性能的一种全新的防腐钢绞线，它的芯线和侧线各根钢丝的表面都有一层致密的厚度均匀的环氧树脂被膜，可以防止化学腐蚀通过毛细作用侵入，因此，对恶劣的环境条件，采用环氧涂层钢绞线可以提供所需的额外耐腐蚀措施。当结构处于严重侵蚀性的恶劣环境中时[4]，可以采用外包防护的单根无粘结环氧涂层钢绞线，以得到最大限度的耐腐蚀能力。与其它类型的钢绞线相比，该类钢绞线具有比较大的外径。

体外预应力锚固系统，体外预应力索的锚固系统与其构造密切相关体外索主要锚固在横梁上，个别锚固在腹板与顶板或底板内角处的凸块上，锚固横梁的特点是既是三边支承的深梁，也是局部承压的锚固块，通过深梁与局部承压的共同作用，将锚固力传递至箱梁腹板、顶板和底板。锚固凸块主要是局部承压，并通过类似牛腿的作用将锚固力传递至与其连接的箱梁板壁。与锚固构造相应的锚具分为可更换和不可更换两大类锚具。

体外预应力体系防腐系统，体外索防腐系统由钢束本身防腐层、护套、灌浆材料及锚固区段三部分组成。对钢绞线、外护套、灌浆材料的选择[5]主要考虑环境条件和体外索暴露程度。体外预应力筋的选用应根据结构类型如混凝土结构、钢结构、临时结构、永久结构等、结构重要性等级及结构所处环境的腐蚀强度等因素决定。对于临时性体外预应力筋应选用防腐等级较低或不考虑防腐要求。对于高等级公路上的桥梁结构，若采用可检查可更换的体外预应力筋时预应力钢束防腐等级可选用稍低一些的，但也应满足设计的耐久性要求。若采用不可更换的体外预应力筋时，预应力钢束的设计应考虑长效防腐钢束的防腐等级应选用较高一些的。对处于特殊环境下的结构工程，在结构设计及防腐保护方面需采取专门的措施。此外体外预应力结构不适合修建在易发生火灾的环境中。

4加固技术实施步骤

采用体外预应力技术加固大跨径桥的实施过程是一个综合的过程。主要包括以下几个基本步骤。

4.1荷载试验检验旧桥承载力

一般桥梁的加固都要经过荷载试验确定加固设计的必要性。对于大跨径桥，对其进行加固需要投入大量的人力物力甚至会造成一定的社会影响，因此判断是否需要加固更是一个非常重要的问题[6]。另一方面在确定需要加固后，对桥梁进行加固设计的过程中也必须知道桥梁所存在的病害以及病害产生的原因从而确定采用体外预应力技术加固时需要增补的预应力程度和范围。这些基本参考数据只有通过对桥梁进行合理的荷载试验才能获得。

4.2加固设计

采用体外预应力加固大跨径桥其目的是通过外加的体外预应力改善结构的受力性能从而消除或者减缓在荷载试验中发现的桥梁病害。在具体的设计过程中，无论是线型的选择，束界的确定，以及钢束的弯起角度都必须根据病害的具体情况加以考虑，做到有的放矢。在合理的布置了体外预应力钢束之后还必须考虑一些具体的细节问题。其中包括

锚固点的位置、转向装置的选择、张拉控制应力的确定等一系列具体设计细节问题[7]。加固施工过程中的监测体外预应力加固方法作为一种主动加固补强方法。为了防止在加固过程中由于预应力施加过大或者施工过程中出现的错误操作及误差，导致加固过程中梁体出现异常现象甚至破坏要对施工过程进行必要的监测。

4.3加固后荷载试验

对采用体外预应力加固的大跨径刚构桥进行加固后的荷载试验。其主要目的在于对加固桥梁进行加固效果评价。用荷载试验的方法对桥梁加固后的刚度以及承载力进行检验.

结论：通过对加固的施工可以看到体外预应力加固技术的应用，有效的改善了桥梁的线形缓解了桥梁的下挠现象。并且桥梁的受力也得到了改善，由于体外预应力预加应力的引入

桥梁的应力状况得以好转提高了桥梁的承载能力，在静载下可以看出，桥梁的主体刚度得以增加，主体结构的强度储备也提升了体外预应力加固技术作为一种行之有效的加固手段由于其的灵活性、高效性等诸多特点越来越受到重视随着对桥梁加固的不断重视体外预应力技术定会发展的越来越成熟，会有越来越多的桥梁采用这种加固方法。

参考文献：

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工中的应用研究[J]. 建材与装饰，2020（2）：241-242.

[2]潘存军 . 刍议预应力技术在公路桥梁工程施工

中的价值[J]. 内蒙古公路与运输，2020（1）：40-42.

[3]高向前，宋健民，史丽敏 . 预应力技术在公路桥

梁 施 工 中 的 计 算 应 用 探 讨 [J]. 公 路 工 程 ，2017（4）：

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[4] 王传强 . 路桥施工中预应力技术应用研究 [J]. 中国设备工

程，2019（15）：201-202.

[5] 黄湘军 . 预应力技术在公路桥梁施工中的应用探究 [J]. 绿

色环保建材，2019（10）：93-94.

[6] 董桃元 . 浅析路桥施工中预应力技术的应用 [J]. 江西建材，

2016（18）：184-187.

[7] 万励 . 路桥施工中预应力技术的应用 [J]. 交通世界，2017

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