桥梁加固过程中体外预应力技术的应用

1、常用的体外预应力加固方法及施工工艺

采用体外预应力对梁式桥上部结构进行补强加固，其作法是在梁的下缘受拉区设置用粗钢筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉对粱体产生偏心的预应力，在此偏心压力作用下梁体上拱，荷载挠度减小，改善了结构的受力，从而提高承载能力。

1.1下撑式预应力拉杆（粗钢筋）加固法

当桥下净空条件许可，可以采用在梁下设置预应力拉杆（粗钢筋）体系进行补强，有时也可将粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上。改变支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承载力的要求。

（1）横向收紧张拉法

作为拉杆的粗钢筋分两层布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当位置上弯起，与固定在梁端的钢制u形锚固板焊接。粗钢筋弯起处用短钢筋支撑，纵向每隔一定间距设一道撑棍和锁紧螺栓。通过收紧器将拉杆横向收紧而使拉杆受力，从而在梁体产生预压应力。

横向收紧张拉的具体施工工序为：

A粘贴锚固钢板，将梁端混凝土保护层凿除，使主筋外露，清除碎渣浮浆后用环氧砂浆粘贴u形锚固钢板；

B焊接拉杆粗钢筋，先将粗钢筋的弯起段按设计斜度焊在锚固板上，然后用夹杆焊将粗钢筋的水平段与弯起段焊在一起；

C安装张拉装置，先放好弯起点垫块撑棍，再安设中间撑棍及锁紧螺栓，紧贴锁紧螺栓处安放收紧器；

D预张拉，预张拉的目的在于检查拉杆的焊接质量，预张拉力按设计张拉力的80％一90％控制，预张拉力保持12h后卸除；

E张拉，旋紧收紧器，使两侧拉杆向中间收拢，按设计收紧量对称分次收紧，达到设计收紧量后再收紧l一2mm，然后拧紧锁紧螺栓，并用双螺帽锁住。最后卸除收紧器。

（2）纵向张拉法

当采用纵向张拉法补强加固时，拉杆钢筋仍沿梁底部布置，两端向上弯起：它与横向收紧张拉法不同之处在于：拉杆两端弯起段通常都穿过翼缘板上的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内。纵向张拉法对拉杆钢筋施加预应力可以用旋紧螺帽，端部用张拉千斤顶张拉，拉杆中间设置法兰螺丝收紧扣及电热张拉等手段完成。纵向张拉补强加固的大致花工工艺为：

A凿开梁端桥面铺装，在梁端顶部按设计斜度凿出锚固槽；

B钻孔，在锚固槽内沿梁腹板侧壁方向按设计斜度钻两个平行的空洞；

C粘贴梁端锚固垫板和梁底的短柱支座垫板；

D安装拉杆钢筋，拉杆分水平段及弯起的锚固段两部分，各拉杆的松紧度应调整一致；

E张拉，每片粱上的几根拉杆应保持均衡张拉；

F锚固，防水砂浆或环氧砂浆填入锚固槽封锚；

G防护处理。

（3）组合式预应力补强拉杆加固法

这是既布置水平补强拉杆，也布置有下撑式补强拉杆的组合式预应力加固方法。

（4）竖向顶撑张拉法

采用竖向顶撑张拉法是在梁端底部设置u形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，拉杆两端焊在钢锚固板上，在梁的l／4跨径及跨中（或跨间横隔板）位置设置张紧夹具，张紧夹具安装在固定于梁腹或横隔板上的承托架上给拉杆施加预应力，当拉杆达到设计应力值后，用钢筋混凝土垫块在拉杆与梁底面间楔紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，作后卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理。

1.2体外预应力钢丝束加固法

采用体外预应力钢丝束加固粱式上部结构，一般沿梁肋侧面按某种曲线（常用的有抛物线等）线形设置预应力钢丝柬。为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距（50—10㎝）设置一个定位箍圈（有粱底向上兜），或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为了防止钢丝束的锈蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内，或者张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。

外部预应力钢丝束补强加固的施工工艺如下：

A钻孔，在梁端顶面先凿出锚固槽，在沿梁肋两侧方向按设计斜度钻孔；

B安装锚固板，锚固板一般用厚度15mm的钢板制成，在钢丝束位置上钻出穿丝孔，用环氧砂浆将锚固板固定在锚固槽内；

C销或定位箍圈，u型定位箍圈常用Ф12～Ф16钢筋焊制，顶端设有穿钢丝束用的套环，钢丝柬由一端锚固板穿入经过各定位箍圈，再从另一端锚固板穿出并收紧钢丝束后用轧丝锚头临时固定；

D张拉，在钢丝束一端用张拉千斤顶或绞车张拉钢丝束，待达到设计值后即进行锚固，在浇筑封头混凝土；

E防护处理，钢丝束涂上红丹和防锈漆，外面再罩以砂浆或混凝土保护层，或者用套管封闭钢丝束。

2、体外预应力索、管道和灌浆材料

体外预应力混凝土结构所采用的预应力索一般由钢绞线组成，包括与体内预应力混凝土结构完全相同的普通钢绞线以及镀锌钢绞线或外表涂层和外包PE防护的单根无粘结钢绞线。体外预应力索的管道主要起防腐作用，它通常有两种形式：一是全部采用钢管道，二是钢管与高密度聚已烯管道相结的方式即除在锚固段及转向弯曲段采用钢管外在其它直线段均采用HDPE管道。

体外预应力索管道的灌浆材料可分为刚性灌浆材料和非刚性灌浆材料。刚性灌浆材料通常是指水泥非刚性灌浆材料（如油脂和石蜡）。水泥灌浆是最简单和常用的，它可以适用于与结构有离散粘结的体外预应力结构也适用于与结构完全无粘结的体外预应力结构。

3、体外预应力索的防腐系统

体外预应力索的防腐系统主要指以下几一方面；

3.1钢索本身的防腐

对钢索本身成品的单根无粘结钢绞线是现在最常用及有效的防腐手段。

3.2管道与灌浆材料

HDPE管道加水泥浆是最经济的，由于钢索的几何外形简洁，钢索的灌浆条件相对较好，水泥浆能比较可靠地充实全部管道。目前大部分体外预应力混凝土结构均采用这种方法。

在转向块处采用单层管、钢索采用普通钢绞线，用油脂或石蜡在钢管或PE管内灌浆同样是可靠的防腐手段，这种方法常用在可以更换的体外预应力索的混凝土结构。

在转向块处采用双层管道的体外预应力混凝土结构，一般采用无粘结钢绞线及水泥灌浆，这里的水泥灌浆起隔离作用。这种防腐形式有三道措施：一是无粘结钢绞线本身；二是外层的HDPE管；三是水泥灌浆材料。

4、体外预应力索的锚固系统

体外预应力索的锚固体系一般可分成可更换和不可更换两大类。在可更换的体外预应力锚具中又包括钢索无法放松和可放松两种类型。使用前者的钢索即可以是普通的钢绞线也可以是单根无粘结钢线。

使用普通钢绞线时在管道中灌注非刚性灌材料（油脂或石蜡）使用无粘结钢绞线时管道中一般灌注水泥浆。但两种类型的锚具中均使用防腐料填密而不使用水泥浆以满足钢索可更换的要求。

可放松的类型在锚具后需预留一定长度的钢索以满足钢索放松的需要。这种锚具的体外应力索只能是无粘结钢索。