預應力加固技術(shù)在路橋施工中的應用
2015-06-24
預應力加固技術(shù)是二十世紀發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)加固工藝，并迅速廣泛應用于建筑工程領域，效果顯著。隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，車輛數(shù)量急劇增長，路橋承載能力面臨巨大挑戰(zhàn)。對簡單的補強加固技術(shù)已經(jīng)不能滿足建設需求，由于預應力技術(shù)其自身具有自重較輕，可以有效減小工程建筑中混凝土的應力，可以從根本上解決后加補強材料應變滯后的問題，通過使用高強度的鋼絞線等，可以有效提高橋梁的抗拉性和路橋承載力，不管是對舊橋的補強加固、拓寬加固還是對新橋的施工建設，尤其是跨度較大、伴有彎道的路橋建設，該項技術(shù)依然具有明顯的優(yōu)勢。
1.路橋施工中應用預應力加固技術(shù)的優(yōu)點
在路橋工程施工過程中，預應力加固法主要應用于懸臂梁、連續(xù)體梁與簡支梁橋的結(jié)構(gòu)加固，促進其在使用中更加穩(wěn)定、安全、牢固。在路橋施工中應用預應力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂縫現(xiàn)象，而且有利于減小梁體撓度，使得路橋結(jié)構(gòu)中不同界面都達到最為理想的應力狀態(tài)。從現(xiàn)代路橋工程專業(yè)技術(shù)的角度進行分析，應用預應力加固法的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：1）在路橋施工過程中，可以有效減少對于正常交通運輸?shù)挠绊懀?)預應力加固法應用所需要的人員與機械設備相對較少，布置較為簡單，且隨時可以進行調(diào)整，施工作業(yè)的經(jīng)濟效益較為理想；3）施工過程中增加的恒荷載相對較少，對于原路橋結(jié)構(gòu)的應力情況可以進行調(diào)整，以達到路橋結(jié)構(gòu)整體加固的目的；4）應用預應力加固法有利于路橋使用階段的維護與修補，而且可以根據(jù)實際情況進行預應力筋的更換；5）路橋施工中應用預應力加固法對于橋下凈室的影響較小，現(xiàn)場施工作業(yè)中無需體征路橋表面標高，對于路橋整體結(jié)構(gòu)的損傷較??；6）預應力加固法的應用范圍較廣，不但適用于中小跨度、簡支結(jié)構(gòu)體系路橋結(jié)構(gòu)的加固，在大中跨度、連續(xù)體系路橋結(jié)構(gòu)的加固中也具有理想的效果。
2預應力加固技術(shù)在路橋施工中的應用
2.1體外預應力加固法
體外預應力加固法是指將具有防腐保護功能的預應力筋合理布置于路橋梁體外部或者箱內(nèi)，對于梁體施加一定的預應力，利用預加力產(chǎn)生的反彎矩使得路橋結(jié)構(gòu)中因部分外荷而產(chǎn)生的內(nèi)力抵消，以達到改善梁體使用功能的目的，并且有效提高梁體的整體承載能力。
2.1.1放樣定位
2.1.1.1滑塊墊板及錨固支座位置的放樣定位
首先從錨固的實際中心沿著橋梁底部向跨中的方向，對滑塊墊板的跨中位置以及中心位置進行量取，分別在橋梁底部的兩側(cè)進行標記。然后在橋梁的底面上繪制墊板平面的尺寸，同時將相關(guān)螺栓孔位也標志清楚。在墊板放樣過程中可忽略梁撓度的影響因素。
2.1.1.2 上錨固點的放樣定位
其一，若斜筋的上錨固點在梁的頂面或者是端面位置，基準點是單梁的頂面縱軸線，沿著縱橋?qū)﹀^固點距離梁端的距離進行測量。其二，若錨固點在梁端的位置時，應該量取錨固點距離梁頂面或者是梁底的垂直方向的距離，然后再沿著橫橋向的對稱位置，對上錨固點橫向距離進行測量，同時將錨固點理論的位置標志出來。因梁的副班中以及頂板中都存在鋼筋，尤其是受力鋼筋，因此在錨固點放樣的時候，可以適當?shù)卣{(diào)整錨固點的位置，盡量將這些鋼筋，注意不能切斷鋼筋。
2.1.2 上錨固點設置
若在梁頂以及梁端頂面設置上錨固點時，需根據(jù)設計斜筋穿出位置，分別在梁頂面或橋面板鑿穿兩個斜孔，其角度和斜筋的角度一樣。首先是鑿去橋面鋪裝層，即鑿去梁頂面的混凝土保護層，露出鋼筋，再細鑿錨固墊板位置的混凝土，根據(jù)設計的斜孔角度制作鑿孔架，在鑿孔架槽內(nèi)防止鑿巖機鉆桿，確保鉆頭中心和理論錨固點對照，然后再鑿孔。鑿完后，把橋頂面清理干凈，在其表面涂抹一層環(huán)氧膠液，最后用環(huán)氧的水泥砂漿對其鋪平。
2.1.3 轉(zhuǎn)向裝置
轉(zhuǎn)向裝置是加固體外索的一個重要構(gòu)件，其中影響施加預應力效果的主要因素是自身的性能和傳載方式。需借助轉(zhuǎn)向裝置對體外預應力的混凝土結(jié)構(gòu)預應力筋進行改變方向，最終保證設計的預應力筋形成曲線的形式。在預應力筋和轉(zhuǎn)向裝置的接觸位置，因橫向力和摩擦力擠壓的作用，若設計轉(zhuǎn)向裝置不夠合理或者是構(gòu)造的措施不夠恰當，使得預應力筋極易出現(xiàn)局部僵硬或者是摩阻損失比較大等現(xiàn)象。因此需高度準確地設計轉(zhuǎn)向裝置，確保預應力筋設置在折角點位置，有效避免附加應力產(chǎn)生。在使用轉(zhuǎn)向裝置是不得損害預應力鋼材。
2.1.4 預應力筋的安裝和張拉
在預應力筋安裝之前，要檢查各種的錨具能否正常工作，尤其是粗鋼筋螺母和螺桿匹配情況，要逐一試擰，保證在不加力情況下每個絲頭，用手擰動可把螺母擰到全程。對斜筋和水平筋分別采用斜桿或者兩根粗鋼筋為型鋼，首先把水平滑塊和斜筋固定在一塊，固定斜筋上錨固點，然后穿過水平筋，確?；瑝K錨孔和水平筋中心對照。體外預應力筋張拉的方法有兩種，在梁頂沿著斜筋方向張拉和在梁底沿著水平筋方向張拉。盡量做到同一根梁兩側(cè)的預應力筋能同步張拉，確保梁兩側(cè)鋼筋的預應力狀態(tài)相等或者相近。
2.1.5 壓漿
完成張拉后，一道重要的工序是對局部有粘結(jié)段的進行壓漿。首先是在開始施工之前采用1:1模型試驗，確保壓漿的飽滿密實情況下，其中局部有粘結(jié)段粘結(jié)力能達到108%設計的張拉力。通常在完成張拉24h內(nèi)進行壓漿施工，需滿足錨固的要求。要選取手動的壓漿機進行壓漿，確保壓漿過程中的壓漿壓力和均勻穩(wěn)定能達到要求。
2.2有粘結(jié)預應力加固法
有粘結(jié)預應力加固法主要是利用錨固于需要加固的路橋梁體上，一般是選取小直徑的預應力筋，對于梁體施加一定的預應力，適量噴注抗拉強度相對較高的復合砂漿，使得預應力筋與梁體牢固粘結(jié)，從而構(gòu)成一個具有粘結(jié)預應力特征的路橋梁體加固體系。有粘結(jié)預應力加固法在路橋工程中的應用，具有預應力筋錨固簡單、結(jié)構(gòu)耐久性良好、張拉施工操作簡單及材料利用效率較高等技術(shù)特點，而在國內(nèi)路橋工程加固施工中得到了廣泛的應用。有粘結(jié)預應力加固法適用于中、小跨徑的鋼筋混凝土空心板梁、T梁與箱梁橋的加固處理，尤其是在城市高速公路與立交工程中的應用，有效提高加固處理的效率與質(zhì)量。
與體外預應力加固法相比，有粘結(jié)預應力加固法的技術(shù)特點主要表現(xiàn)為：1）在路橋施工過程中，最大限度發(fā)揮了后加補強材料的實際作用，有效提高了各類材料的利用效率；2）高性能抗拉復合砂漿經(jīng)過噴注后形成保護層，有利于提高路橋梁體抗碳化、抗氯離子侵蝕能力。
2.3高強復合纖維預應力加固法
在國內(nèi)現(xiàn)階段的路橋施工中，高強復合纖維預應力加固法應用的材料以芳倫纖維、碳纖維等為主，其中碳纖維材料的應用范圍最廣，而且具有施工技術(shù)經(jīng)驗成熟的優(yōu)勢。高強復合纖維預應力加固法的基本作用原理為，將錨固粘貼于需要加固的路橋梁體上的碳纖維布條或者板條，對于路橋梁體施加一定的預應力，以改善梁體的實際受力狀態(tài)。高強復合纖維預應力加固法應用的關(guān)鍵技術(shù)是能否科學解決預應力纖維布或者板條的張拉、錨固等問題。
高強復合纖維預應力加固法在國內(nèi)路橋施工中的應用尚處于起步階段，但是通過不斷的工作實踐，筆者總結(jié)了其具有以下技術(shù)特點：1）具有高強、高效的特點，由于復合纖維材料普遍具有較為理想的物理力學性能，在加固或修補混凝土結(jié)構(gòu)路橋過程中，可以有效利用其自身的高強度、高彈性模量等特點，以提高混凝土結(jié)構(gòu)路橋中相關(guān)構(gòu)件的承載力與延性，并且有效改善梁體的受力性能；2）在路橋施工過程中，由于復合纖維材料的線膨脹系數(shù)與混凝土較為接近，從而保證了在溫度變化的情況下，實現(xiàn)復合纖維材料與混凝土之間的協(xié)同工作；3）在路橋施工中應用復合纖維材料，對于路橋梁體構(gòu)件自重與體積的影響較小。復合纖維材料的質(zhì)量相對較輕，而且較薄，經(jīng)過加固或修補后的梁體構(gòu)件，基本上不增加原路橋結(jié)構(gòu)的自重與尺寸，也不會減少路橋的實際使用空間。
3結(jié)語
應用體外預應力加固技術(shù)到路橋施工非常普遍，特別是應用到梁式橋的施工過程中，它的原理是充分利用加固法本身的特點去加固或者維修路橋橋梁的各部件結(jié)構(gòu)，能夠盡量削減結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生的副作用，將一定程度的體外預應力施加到舊的類型橋梁結(jié)構(gòu)中去，能夠很好的消除橋梁結(jié)構(gòu)存在的裂縫，使橋體受力狀況得到很好的改善。應用此項加固技術(shù)獲得的效果確實取得了國內(nèi)外相關(guān)路橋行業(yè)的普遍認可，然而對該技術(shù)的研究還處于剛起步的階段。所以仍需要相關(guān)人員今后通過多次實踐并且結(jié)合理論進行分析，才能真正的完善好體外預應力加固技術(shù)的施工工藝理論及其技術(shù)，使該加固技術(shù)真正服務到我國的路橋工程的建設中去。
