預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用
2015-06-24
預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是二十世紀(jì)發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)加固工藝，并迅速廣泛應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，效果顯著。隨著我國經(jīng)濟(jì)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(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)已經(jīng)不能滿足建設(shè)需求，由于預(yù)應(yīng)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(yīng)力，可以從根本上解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變滯后的問題，通過使用高強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)加固、拓寬加固還是對新橋的施工建設(shè)，尤其是跨度較大、伴有彎道的路橋建設(shè)，該項(xiàng)技術(shù)依然具有明顯的優(yōu)勢。
1.路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
在路橋工程施工過程中，預(yù)應(yīng)力加固法主要應(yīng)用于懸臂梁、連續(xù)體梁與簡支梁橋的結(jié)構(gòu)加固，促進(jìn)其在使用中更加穩(wěn)定、安全、牢固。在路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)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(dá)到最為理想的應(yīng)力狀態(tài)。從現(xiàn)代路橋工程專業(yè)技術(shù)的角度進(jìn)行分析，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法的優(yōu)點(diǎn)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(yùn)輸?shù)挠绊懀?)預(yù)應(yīng)力加固法應(yīng)用所需要的人員與機(jī)械設(shè)備相對較少，布置較為簡單，且隨時(shí)可以進(jìn)行調(diào)整，施工作業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(yīng)力情況可以進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到路橋結(jié)構(gòu)整體加固的目的；4）應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法有利于路橋使用階段的維護(hù)與修補(bǔ)，而且可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的更換；5）路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)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(biāo)高，對于路橋整體結(jié)構(gòu)的損傷較??；6）預(yù)應(yīng)力加固法的應(yīng)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(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用
2.1體外預(yù)應(yīng)力加固法
體外預(yù)應(yīng)力加固法是指將具有防腐保護(hù)功能的預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力，利用預(yù)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(dá)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(shí)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(jìn)行量取，分別在橋梁底部的兩側(cè)進(jìn)行標(biāo)記。然后在橋梁的底面上繪制墊板平面的尺寸，同時(shí)將相關(guān)螺栓孔位也標(biāo)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(diǎn)的放樣定位
其一，若斜筋的上錨固點(diǎn)在梁的頂面或者是端面位置，基準(zhǔn)點(diǎn)是單梁的頂面縱軸線，沿著縱橋?qū)﹀^固點(diǎn)距離梁端的距離進(jìn)行測量。其二，若錨固點(diǎn)在梁端的位置時(shí)，應(yīng)該量取錨固點(diǎn)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(diǎn)橫向距離進(jìn)行測量，同時(shí)將錨固點(diǎn)理論的位置標(biāo)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(diǎn)放樣的時(shí)候，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整錨固點(diǎn)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(diǎn)設(shè)置
若在梁頂以及梁端頂面設(shè)置上錨固點(diǎn)時(shí)，需根據(jù)設(shè)計(jì)斜筋穿出位置，分別在梁頂面或橋面板鑿穿兩個(gè)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(hù)層，露出鋼筋，再細(xì)鑿錨固墊板位置的混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)的斜孔角度制作鑿孔架，在鑿孔架槽內(nèi)防止鑿巖機(jī)鉆桿，確保鉆頭中心和理論錨固點(diǎn)對照，然后再鑿孔。鑿?fù)旰?，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(gè)重要構(gòu)件，其中影響施加預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行改變方向，最終保證設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力筋形成曲線的形式。在預(yù)應(yīng)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(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向裝置不夠合理或者是構(gòu)造的措施不夠恰當(dāng)，使得預(yù)應(yīng)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(zhǔn)確地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向裝置，確保預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置在折角點(diǎn)位置，有效避免附加應(yīng)力產(chǎn)生。在使用轉(zhuǎn)向裝置是不得損害預(yù)應(yīng)力鋼材。
2.1.4 預(yù)應(yīng)力筋的安裝和張拉
在預(yù)應(yīng)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(gè)絲頭，用手?jǐn)Q動(dòng)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(diǎn)，然后穿過水平筋，確?；瑝K錨孔和水平筋中心對照。體外預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋能同步張拉，確保梁兩側(cè)鋼筋的預(yù)應(yīng)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(jìn)行壓漿。首先是在開始施工之前采用1:1模型試驗(yàn)，確保壓漿的飽滿密實(shí)情況下，其中局部有粘結(jié)段粘結(jié)力能達(dá)到108%設(shè)計(jì)的張拉力。通常在完成張拉24h內(nèi)進(jìn)行壓漿施工，需滿足錨固的要求。要選取手動(dòng)的壓漿機(jī)進(jìn)行壓漿，確保壓漿過程中的壓漿壓力和均勻穩(wěn)定能達(dá)到要求。
2.2有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法
有粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋，對于梁體施加一定的預(yù)應(yīng)力，適量噴注抗拉強(qiáng)度相對較高的復(fù)合砂漿，使得預(yù)應(yīng)力筋與梁體牢固粘結(jié)，從而構(gòu)成一個(gè)具有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力特征的路橋梁體加固體系。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法在路橋工程中的應(yīng)用，具有預(yù)應(yīng)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(diǎn)，而在國內(nèi)路橋工程加固施工中得到了廣泛的應(yīng)用。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(yīng)用，有效提高加固處理的效率與質(zhì)量。
與體外預(yù)應(yīng)力加固法相比，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法的技術(shù)特點(diǎn)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(bǔ)強(qiáng)材料的實(shí)際作用，有效提高了各類材料的利用效率；2）高性能抗拉復(fù)合砂漿經(jīng)過噴注后形成保護(hù)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(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法
在國內(nèi)現(xiàn)階段的路橋施工中，高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法應(yīng)用的材料以芳倫纖維、碳纖維等為主，其中碳纖維材料的應(yīng)用范圍最廣，而且具有施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)成熟的優(yōu)勢。高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力，以改善梁體的實(shí)際受力狀態(tài)。高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)是能否科學(xué)解決預(yù)應(yīng)力纖維布或者板條的張拉、錨固等問題。
高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法在國內(nèi)路橋施工中的應(yīng)用尚處于起步階段，但是通過不斷的工作實(shí)踐，筆者總結(jié)了其具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1）具有高強(qiáng)、高效的特點(diǎn)，由于復(fù)合纖維材料普遍具有較為理想的物理力學(xué)性能，在加固或修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)路橋過程中，可以有效利用其自身的高強(qiáng)度、高彈性模量等特點(diǎn)，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(fù)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(shí)現(xiàn)復(fù)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(yīng)用復(fù)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(fù)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(bǔ)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(huì)減少路橋的實(shí)際使用空間。
3結(jié)語
應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)到路橋施工非常普遍，特別是應(yīng)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(diǎn)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(yù)應(yīng)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(yīng)用此項(xiàng)加固技術(shù)獲得的效果確實(shí)取得了國內(nèi)外相關(guān)路橋行業(yè)的普遍認(rèn)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(shí)踐并且結(jié)合理論進(jìn)行分析，才能真正的完善好體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的施工工藝?yán)碚摷捌浼夹g(shù)，使該加固技術(shù)真正服務(wù)到我國的路橋工程的建設(shè)中去。
