橋梁體外預應力施工技術

1、橋梁體外預應力加固技術1體外預應力技術介紹1.1概述隨著我國路網(wǎng)及交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)現(xiàn)大量的橋梁經(jīng)過一段時間的營 運后，梁體出現(xiàn)裂縫、下擾等不同程度的病害，造成橋梁承載力明顯下降，必須 進行橋梁加固，提高橋梁承載力才能滿足日益增大的交通量的需要。舊橋加固成為一項迫在眉睫的新時期建設任務。體外預應力體系是后張預應力體系的重要的分支之一，是指將布置于承載結 構主體之外的預應力筋施加預應力所形成的預應力結構體系。橋梁體外預應力加 固技術是一種主動的加固技術，通過預應力材料對橋梁結構受拉區(qū)施加預應力， 消除部分荷載產(chǎn)生的不利內(nèi)力，提供結構的承載力。體外預應力成為橋梁加固中 最有效的加固技術之一，

2、具有良好廣泛的應用前景。1.2體外預應力的特點1.2.1體外預應力的優(yōu)點1、 錨固構件尺寸小，自重增加少，但可有效的大幅提高承載能力。2、 簡化預應力筋曲線，預應力筋僅在錨固處和轉向處與結構相連，減小摩阻損 失，提高預應力使用效率。3、 對原結構損傷小，不影響橋下凈空。4、 預應力布置靈活，可以根據(jù)橋梁病害進行全橋加固也可以進行局部加固。5、 與混凝土無粘結，由荷載產(chǎn)生的應力變化分散在預應力筋全長上，應力變化 值小，對結構受力有利。6索力根據(jù)情況可以進行調整，預應力索可以更換，便于使用期間進行維護。1.2.2體外預應力的缺點1、 體外索布置在截面外，防腐、保護相對較困難，易受外界影響。2、 錨

3、固及轉向區(qū)域容易產(chǎn)生應力集中，局部應力大，錨固施工要求高。3、 體外索張拉力較小，不能充分發(fā)揮體外索強度高的優(yōu)點，對錨具及夾片的要 求很高。4、體外預應力筋的變形和混凝土的變形不一致，容易造成預應力損失。1.3體外預應力的組成體外預應力系統(tǒng)由錨固塊、轉向塊、體外索、錨具、減振裝置等主要5部分組成。1.3.1錨具體外預應力體系僅靠錨固端傳力，因此體外預應力錨固體系的可靠性和安全 性比一般體內(nèi)預應力錨固體系要高，需使用專用的體外索錨具和夾片。體外預應 力的錨具的外觀尺寸較普通錨具更大，且還增加了一些輔助配件，如密封裝置、 防松裝置、防護裝置等。132體外索體外索主要有光面鋼絞線、無粘結鋼絞線、平行

4、鋼絲、成品索等類型。體外 索較多采用無粘結鋼絞線，環(huán)氧噴涂帶PE的單根鋼絞線具有良好的耐腐蝕性能， 不需要再進行防護，具有很好的適用性。133錨固塊及轉向塊體外預應力體系僅靠錨固塊及轉向塊傳力，錨固塊和轉向塊必須和原結構有 效連接，傳遞應力，錨固塊及轉向塊一般采用鋼筋混凝土結構和鋼結構。鋼筋混凝土結構錨固塊采用在原橋結構上鉆孔、種植鋼筋、澆筑混凝土成型。 鋼筋混凝土錨固塊的外形及尺寸可以作的足夠大，保證和原結構能夠有效的連 接，均勻的將應力傳遞到原結構，但是對混凝土澆筑質量要求嚴格， 在部分位置 混凝土澆筑困難。張拉力大的錨固塊均采用鋼筋混凝土形式。鋼結構錨固塊采用種植錨栓和灌注結構膠的方式將

5、鋼錨箱固定在原結構上。鋼結構錨固塊具有施工快捷的優(yōu)點，錨固塊能夠工廠化加工。但鋼錨固塊安裝受 原結構施工空間及自身重量的影響， 在很多位置不能采用；鋼錨固塊僅靠錨栓和 膠粘劑連接，傳力較為集中，結合面容易產(chǎn)生裂縫，且安裝很困難。鋼錨固塊比 較適合施工空間開闊且應力較小的小型錨固塊。1.3.4施工機具體外索的張拉機具根據(jù)張拉的要求分單孔千斤頂和整體千斤頂。單孔千斤頂用于施工空間狹小或分絲單孔張拉的體外索，整體千斤頂用于整體張拉的體外索。簡單介紹FASTEN環(huán)氧噴涂帶PE鋼絞線整體張拉的張拉體系：FASTEN環(huán)氧噴涂帶PE鋼絞線為新產(chǎn)品，鋼絞線的環(huán)氧涂層很厚，為避免工作夾片重復多 次咬合鋼絞線，造

6、成夾片堵塞，引起滑絲現(xiàn)象，采用了張拉期間工作夾片不受力 的漂浮張拉體系。張拉過程中，始終是工具錨1和工具錨2受力，工作錨始終不受力，不咬合 鋼絞線，直至張拉完成后，使用整體頂壓器頂壓工作夾片，卸壓回油后工作錨及 工作夾片才錨固鋼絞線。1.4體外預應力的布置形式根據(jù)原橋的結構形式、施工空間、橋梁病害情況以及采取的加固措施合理選 用體外預應力的布置形勢。以體外索布置在結構上的位置分， 有頂板體外索、腹 板體外索、底板體外索等多種形式。以體外索錨固的形式分，有鋼結構錨固的體 外索和混凝土結構錨固的體外索。2體外預應力施工實例2.1蕪湖青弋江大橋蕪湖青弋江大橋其主橋為32.5米+2X 50米+32.5

7、米預應力混凝土變截面連 續(xù)箱梁，橋面寬11.5米，箱梁在主墩處截面梁高2.8米，跨中截面梁高1.7米。加固采用新增箱外腹板體外束，體外索線型和箱梁線型一致，為下彎連續(xù)式， 通長設置，長度為165m每側腹板設置2對，鋼束全部采用19j15.2mm規(guī)格k 巧“的鋼絞線束。鋼束的張拉控制應力采用標準強度的70%，每束19j15.2mm規(guī)格鋼束的張拉力為3477kN。檢測發(fā)現(xiàn)橋的承載力明顯不足，必須用主動的方式提高承載力，而橋梁箱內(nèi) 的空間有限，設計采用箱梁外腹板加厚 20cm然后張拉預應力的方式進行加固， 新增體外預應力的方式比較特別。本橋的新增體外索為在箱梁外腹板新增截面內(nèi)增加預應力，新增腹板通過

8、 種植鋼筋、澆筑新增混凝土的方式將預應力傳遞原橋箱梁。體外索的施工工藝 和橋梁新建的后張預應力方法一致，故鋼絞線的張拉強度達到了材料強度的 70%,在體外索施工中很少采用。具體施工工藝為：管道放樣 種植鋼筋 綁扎鋼筋 安裝預應力管道 穿布鋼絞線 固定、圭寸閉預應力管道 安裝模板 澆筑混凝土一 預緊鋼絞線 安裝錨具 張拉預應力 管道壓漿 封錨砼2.2吉林松原松花江大橋吉林松原市松花江特大橋全長1389米，共分38孔，分孔跨徑為（南側48.2+2X 49m） + （30X 32.67m） + （北側4X 49+48.2m），南、北兩側的主跨為預應力混凝土變截面連續(xù)梁，其余為預應力混凝土簡支T梁，加

9、固部位為變截面連續(xù)梁 部分。本橋為連續(xù)箱梁掛T梁的形式，體外索直接加在T梁的兩側，實際上就是 體外索布置及張拉端示意圖T梁加固。采用OVM.TS型體外預應力錨具可以進行換索，可以調整索力，屬于可換可 調型，能夠適應以后橋梁的維護；OVM-SHI型體外索為成品索，具有良好的抗 侵蝕能力，能夠適應具有嚴重侵蝕性的惡劣環(huán)境。邊跨采用OVM-SIII 7-15.24鋼索，配合OVM.TSK15-7錨具；中跨則采用 OVM-SIII 12-G15.24鋼索，配合OVM.TSK15-1連苗具。在每個預制T梁的兩側各 布設1根，每跨各10根。體外束在T梁的梁端腹板加厚段張拉，采用一端對稱張拉的方式。利用 T

10、 梁的中橫隔梁作為體外束的轉向裝置，體外束到截面底邊的距離為 40cm每個 邊跨設置兩道轉向裝置，每個中跨設置四道轉向裝置。張拉端采用鋼錨箱的結構形式。利用K-801結構膠及8.8級高強螺桿螺栓固 定在T梁腹板上。轉向裝置采用在中橫隔梁上設置轉向鋼管的形式。先在橫隔梁上留出孔道， 將符合設計要求的A3鋼管直接焊接在橫隔梁兩側的加強鋼板上。對于無橫隔梁 的邊T梁外側，則采用鋼結構的形式設置轉向裝置。本橋的張拉施工比較簡單，由于錨固塊及轉向塊全部為鋼結構，張拉過程中注意觀察鋼錨固塊及轉向塊的受力即可，預應力施工比較簡單，注意穿索過程中 成品索的保護，成品索的張拉強度為鋼絞線標準強度的50 %，索力

11、較小。但錨固塊的安裝難度很高，受錨固塊的重量及安裝空間的限制2.3廣州華南大橋2.3.1概況廣州市華南大橋主橋上部結構為 110+190+110 m三跨預應力混凝土連續(xù)剛 構，位于珠江主航道上，全長410m橋寬36m本橋的新增體外預應力為箱梁內(nèi) 的新增齒板間布置縱向底板預應力鋼束。鋼絞線采用ASTM A416-92標準270級、公稱直徑15.24mm的低松弛光面鋼 絞線，公稱面積140mm2標準強度1860MPa彈性模量1.95 x 105MPa體外索預應力管道采用高密度聚乙烯塑料外套管，外徑分別為140mm（中跨）、110m（邊跨）。張拉端錨具采用 VSL ECR6-27型、VSL ECR6

12、-22型及 VSL ECR6-19型 （附帶 有封錨不銹鋼鋼帽）錨具，固定端錨具采用 VSLECR6-19型（附帶有擠壓套，錨 板反置）錨具。錨固塊為種植鋼筋后澆筑的混凝土錨固塊，索的布置順著底板縱向走向，無 轉向塊，只有減振裝置。2.3.2體外索的施工順序安裝預埋的預應力構件及加強鋼套管一齒板混凝土澆筑一連接HDPE 外套管管穿布鋼絞線對稱張拉一安裝防振塊一管道壓漿一封錨 砂漿2.3.3、施工方案1、 連接HDPE外套管用熱熔焊接機把HDPE外套管連接起來，為了便于穿束，每束HDP曰卜套管上 均預留13個50cm左右的空檔，待鋼絞線穿布后且在壓漿前用 50cm左右的直 徑大1cm的HDPE外

13、套管連接、密封。在箱梁底板鉆孔植筋，并將 HDPEf按設計線型布置順直。2、 鋼絞線下料、編號、穿束鋼絞線在橋下下料后運至箱梁內(nèi)由人工逐根穿布。 鋼絞線在穿束前每根進行編號，使鋼絞線在兩端錨具的同一對應孔位，避免相互纏繞。嚴格控制鋼絞線的下料長度體外預應力布置圖3、預應力張拉混凝土養(yǎng)護齡期達7天及混凝土強度達到設計強度后，即可進行預應力張 拉。體外索采用兩端同步對稱張拉，張拉力為鋼絞線標準強度的65%。為保證兩束鋼絞線4個千斤頂同步、對稱張拉，整個施工過程和監(jiān)控單位保 持緊密聯(lián)系，使橋梁處于受控狀態(tài)之中。4、管道灌漿、封錨每跨鋼絞線張拉后，切割外露多余鋼絞線（按封錨鋼帽深度確定），安裝防震塊及

14、錨頭鋼帽后即可進行管道壓漿、 安裝蓋帽，管道壓漿由低端向高端壓漿孔 移動。壓漿水泥漿水灰比0.35，摻入適量高效減水劑，水泥漿強度超過 40MPa 錨板壓漿完畢后澆筑水泥砂漿進行封錨處理。本橋的體外索為縱向底板索，沒有轉向裝置，錨固塊為鋼筋混凝土結構， 施工相對簡單，質量容易得到保證，錨具及預應力管道全部壓漿并進行封錨， 體外索的張力也較大，為鋼絞線強度的65%。本橋的預應力管道及錨具全部采 用VSL體外索錨固體系產(chǎn)品，錨具在錨墊板內(nèi)有塑料喇叭管和HDPEt道連接成一個密封性很好的整體，可以采用真空吸漿的方式進行壓漿，是本橋體外預應力中很有特色的一個特點。預應力管道在錨固塊中全部有預埋鋼管，以

15、后可以 進行整體換索。2.4廣州丫髻沙副航道橋2.4.1概述廣州丫髻沙大橋副航道橋為（86+160+86） m預應力混凝土連續(xù)剛構橋，采 用體外預應力加固法，用于提高主梁結構的預應力度，補償已損失的縱向預應力。 每幅橋共新增布置26束體外索，體外索分為三種類型：通長索（單幅 4束、單 根工作長度約340m）、中跨索（單幅6束、單根工作長度約180m）和支點短索（單 幅每支點各8束、單根工作長度約40m）。體外索均為兩端張拉。支點短索采用 12-7 5鋼絞線，通長索和中跨索采用 31-7 5鋼絞線。體外預應力拉索采用法爾勝外加PE護套的FECS15.2SF型環(huán)氧涂層填充型鋼 絞線，錨下張拉控制應

16、力為0.55Ryb。體外索布置在箱內(nèi)，張拉完成后成空間曲線，經(jīng)轉向器（分絲 /整體）和預 埋鋼管穿過轉向架，達到轉向和傳力的目的，通過錨固塊錨固。為方便與原結構 的連接，所有錨固裝置和轉向裝置均采用混凝土結構。為防止橋面行車引起鋼束 過大震動，沿體外索縱向每隔8m左右設置一道防振限位裝置。體外索錨具采用FSM.TWC15-3型（帶承壓筒、防松裝置、錨板、調節(jié)螺母、密封裝置、密封筒組件）、FSM.TWB15-31型（帶保護罩組件、防松裝置、錨板、 密封裝置）、FSM.TWB15-1型（帶保護罩組件、防松裝置、錨板、密封裝置）錨具, 夾片為FSM-W1型。其性能滿足國際后張預應力協(xié)會 FIP后張預

17、應力體系的驗 收和應用建議、體外預應力材料及體系以及國家標準GB/T14370-2000預應力用錨具、夾具和連接器的規(guī)定，滿足分級、補張拉和放松拉力等張拉工藝 要求，同時可以整束調索、換索，并且具有良好的自錨性能、松錨性能和安全的 重復使用性能。2.4.2施工工藝流程索道清理及鋼絞線保護準備 一鋼絞線下料 一穿布鋼絞線 一*安裝錨具 一鋼絞線牽引（初張拉） 對稱張拉鋼絞線一多余鋼絞線切除一安裝防 護裝置一安裝限位索夾243施工步驟1、 施工準備在轉向架和錨固塊施工完畢，開始預應力鋼絞線施工準備。（1） 檢查所有預應力管道及轉向器是否通暢，清除雜物使其滿足穿布鋼絞 線的要求；（2） 檢查設計布索

18、通道，對布索有阻礙的箱梁內(nèi)不規(guī)則混凝土等障礙物及 時鑿除，對妨礙布索的施工設施（模板、配電箱等）移開；（3） 在預應力鋼絞線穿布通道上產(chǎn)生接觸的地方設置塑料墊層；（4） 將沒有PVC套管的預埋鋼管口打磨順滑，并在鋼絞線進口段設置橡膠 墊層，以防止穿索及張拉時刮傷鋼絞線；（5） 在鋼絞線自由段跨度較大及較高部位搭設支架，便于穿布鋼絞線和張 拉;（6） 張拉前校準好千斤頂與壓力表，按線性方程計算張拉時每級張拉力對 應的壓力表讀數(shù)，粘貼于對應壓力表上，并核對千斤頂與壓力表是否對應；2、 鋼絞線下料、編號、穿布由于橋面交通壓力大，橋下也沒有鋼絞線下料的場地，鋼絞線在放索盤上進 行放索，人工牽引至箱外支

19、架，經(jīng)滑輪轉向后進入箱內(nèi)。嚴格控制鋼絞線下料長 度，鋼絞線在箱內(nèi)下料，平鋪在箱梁內(nèi)，即放索從2#墩到5#墩，準確量取尺寸后，再從5#墩穿回2#墩，保證每根索的在錨板的外漏長度基本一致，鋼絞線的 長度誤差控制在20cm以內(nèi)，便于千斤頂預緊控制。在箱內(nèi)轉向架5轉向架4、轉向架3轉向架2之間鋼絞線跨度較大的位 置采用每個8m增加一個PVC套管接合支架的方式托起松弛的鋼絞線，減少因松 1弛而造成的鋼絞線下料損失。鋼絞線采用單根穿布，第一根穿布完畢由人工牽引 順直，錨固端外露長度必須滿足張拉工藝要求，量測整個索長，在配料長度范圍內(nèi)切割下料。在穿索過程中要注意保護鋼絞線，防止在施工中碰傷鋼絞線上的環(huán)氧涂層

20、和 外包小PE從而影響鋼絞線的防腐蝕能力。通長索鋼絞線逐根穿布，每穿布完 一根分別在兩個錨固端貼好標簽標明編號。 將所有的轉向器及預埋鋼管全部涂抹 黃油，減少鋼絞線之間的磨阻力。鋼絞線穿布完畢后，根據(jù)每根鋼絞線的工作長度、松弛長度和伸長值剝除鋼 絞線表面的PE護套，保證鋼絞線在張拉范圍內(nèi)的長度 PE全部剝除干凈。兩端剝 除PE長度均為（工作長度+松弛長度+伸長值+1.5m） 12，保證剝除PE的部分進 入錨杯而不進入錨板。3、 錨具、夾片的安裝錨具安裝應與孔道對中，各根預應力鋼束應平順，不得扭絞交叉。錨具、夾 片在安裝前應擦拭干凈，砂塵等雜物也會造成夾片跟進錨孔困難，影響錨固效果。4、 鋼絞線

21、預緊由于鋼絞線的長達340m且中間支點很少（間距最大約50m），鋼絞線松弛長 度很大，為保證整束鋼絞線均勻受力，每根鋼絞線都需進行預緊，使每束鋼絞線 均勻收緊，沒有明顯的松弛及不均勻情況即可。鋼絞線采用兩端牽引預緊，以 10%左右的張拉力進行牽引，用伸出錨墊板的鋼絞線長度和牽引力兩方面來控制 預緊效果，保證每根鋼絞線的受力基本均勻一致。5、預應力張拉體外索采用對稱整束、分級張拉，每級不超過張拉值的20%在張拉完一級時要仔細檢查每個錨固點及轉向點受力情況。檢查是否有新的裂縫及過大變位出 現(xiàn)，如有不良病害出現(xiàn)立即停止張拉，查明原因并采取相應的措施后才能繼續(xù)張 拉。以通長索為例說明張拉過程具體操作步

22、驟（根據(jù)索的伸長值及千斤頂?shù)男谐?進行分級）：初張拉（張拉力為0.1倍設計張拉力P）-持荷5分鐘一并檢查是否有異常 情況一張拉并維持設計噸位0.2P一持荷5分鐘一量測延伸量S 11并檢查是否有 異常情況一回油一張拉并維持設計噸位0.35P一持荷5分鐘一量測延伸量S 12并檢查是否有異常情況一張拉并維持設計噸位0.5P一持荷5分鐘一量測延伸量S 13并檢查是否有異常情況一回油一張拉并維持設計噸位 0.65P一持荷5分鐘一 量測延伸量S 14并檢查是否有異常情況一回油一張拉并維持設計噸位0.8P一持荷5分鐘一量測延伸量S 15并檢查是否有異常情況一回油一張拉并維持設計噸 位i張拉并維持設計噸位i持荷5分鐘一量測延伸量S 1-回油一量測延伸量S 2。為保證兩束鋼絞線兩端4個千斤頂同步、對稱張拉，張拉過程中由一人統(tǒng)一