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摘要：体外预应力加固法是一种有效的桥梁加固方法，具有操作简单、对原结构损伤小、不影响交通、节省投资的优点，能显著提高结构承载力和抗裂度，有效改善结构的应力状态。本文拟通过工程实例介绍体外预应力加固技术在路桥施工的应用。
关键词：公路路桥；体外预应力；加固施工
在桥梁建设飞速发展的今天, 上个世纪修建的许多公路陆续地进入了维修期, 对已经出现严重病害且不能满足实际交通需求的桥梁，急需采取工程措施进行加固或改造。 常见加固方法有体外预应力加固技术、粘贴钢板加固技术、增大构件截面加固技术、裂缝修补加固技术等。
体外预应力加固法是采用外接预应力钢拉杆对结构构件进行加固的方法， 改变原结构内力分布并降低原结构应力水平， 使一般加固结构中所有的应力应变滞后现象得以完全消除，因此，后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体承载力可显著提高。体外预应力加固根据加固目的及被加固结构受力要求的不同分为直线式、折线式、曲线式等拉杆布置方式。本文拟通过工程实例介绍体外预应力加固技术在路桥施工的应用。
一、工程概况
本次需加固桥梁位于某高速公路，总长4344m，上部结构为176孔预应力钢筋砼空心板（部分预应力A类构件），最大跨径为25m；下部为钻孔灌注桩基础，柱式墩、台。桥梁上、下行分幅修建，桥面净宽2×12.25m，两侧各设0.50m防撞护栏。桥面每幅由8块预制空心板组成，空心板间采用铰接。该桥主要技术指标为：a)设计荷载：汽---超20级；挂车---100；b)桥面横坡2％；c)地震基本烈度 Ⅷ度，按Ⅸ度设防。
病害情况：该桥空心板边板腹板跨中附近存在竖向裂缝，缝最宽0.3mm，空心板底板跨中附近出现多条横向裂缝，裂缝宽在0.05～0.43 mm之间，部分竖向裂缝与底板横向裂缝相连通。此外，空心板底板存在纵向裂缝、砼缺损、空洞、露筋、泛碱等病害。空心板梁部分铰缝勾缝混凝土脱落，产生空隙。从板底起 30 cm高度范围内铰缝存在较多空隙，无混凝土填充。此外，铰缝勾缝混凝土脱落处存在明显的渗水、泛碱现象。
二、加固设计方案
1设计方案
a)对空心板底板横向受力裂缝及边板外侧腹板受力斜裂缝采用粘贴钢板的方法进行加固处理。对其他裂缝根据缝宽分别采用表面封闭和压力灌浆。
b)对空心板铰缝混凝土渗水、脱落采用从铰缝下部压力注胶填实的加固施工方法。并在铰缝处锚固加强钢板，从而增强各板的横向联系，改善各板的受力性能。
c)作为上部空心板结构的主动加固措施，对空心板梁桥施加横向预应力。预应力钢筋采用符合《预应力混凝土用精轧螺纹钢筋》（GB/T20065—2006）的精轧螺纹钢筋（强度级别为PSB785，直径采用25mm），采用螺母锚固方式，螺母应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370—2007）。
横向预应力的张拉应在空心板的其他病害处理完成后进行。
2加固设计要点
本次加固只对该桥右幅第122跨～第127跨施加横向体外预应力，在每跨空心板底增设5根直径25mm的螺纹钢筋（图1），采用螺母锚固于空心板底板的锚固垫板上，锚固垫板采用钢结构形式（见图2），与梁体采用高强锚栓锚固。预应力钢筋采用小型千斤顶张拉，张拉控制力取 173.3kN。
试验结果表明：通过对装配式空心板梁张拉体外横向预应力，可以增加结构的整体刚度，增加幅度约为10%～15%；提高原结构的抗弯承载能力，提高幅度约为8%～15%。
三、关键施工工艺
1 粘贴锚固垫板施工
粘贴锚固垫板具体施工步骤为：
a)粘钢区域混凝土表面处理。依据设计图的要求并结合现场量测定位情况，在混凝土表面放出锚固垫板位置大样，先凿出粘钢区域的表层砂浆，外露坚实的混凝土，并形成平整的粗糙面，表面不平处应用尖凿轻凿整平。再用钢丝轮清除表面浮浆，剔除表层松散物，最后用压缩空气吹净表面粉尘，并用工业丙酮擦拭表面。
b)钻孔埋植膨胀螺栓螺杆。钻打盲孔前，使用钢筋混凝土保护层测试仪查明空心板底板钢筋和预应力管道位置，避免钻打盲孔时碰及钢筋或伤及预应力管道。孔深严格按照设计图要求钻打。
c)先用工业丙酮清洗处理粘钢区域混凝土表面和钢板表面，再在混凝土表面和钢板粘贴面涂抹一层薄而均匀的粘钢胶（厚度控制在2～4mm左右），然后再将钢板粘贴上。
d)加压固定。当锚固垫板粘合上后，加垫片、紧固螺母，交替拧紧各加压螺杆，使多余的粘钢胶沿板边挤出，以达到密贴程度，加压固定的压力不小于0.15 Mpa。同时要不断轻轻敲打钢板及时检查钢板下粘钢胶的饱满性。
e)在钢板粘胶初凝后，用小锤轻轻敲击钢板，从音响判断粘贴固化效果，若發现钢板固化面积小于90%，则此粘贴钢板无效，应剥下重新粘贴。经检验确认，钢板粘贴固化效果可靠后，清除钢板表面污垢和锈斑并进行相应防腐处理。
2 梁底预应力施工
a)对预应力钢筋进行下料，去除钢筋表面锈斑及污物并清洗干净，然后进行防腐处理。
b)对锚固垫板检验确认合格后，穿入预应力钢筋，安装端头螺母并紧固，使用小型千斤顶进行单端张拉，张拉控制应力=353.22 MPa，初张拉应力为0.1 =35.32 Mpa。预应力张拉顺序按照先中间后两边对称顺序张拉。
c)初张拉。每道预应力钢筋张拉时先对千斤顶主缸充油，使钢筋略为拉紧，同时调整锚母及千斤顶位置，使孔道、锚具和千斤顶三者之轴线互相吻合，注意使螺纹钢筋受力均匀，当钢筋达初应力0.1时作伸长量标记，并借以观察有无滑丝情况发生。
d)张拉。采用单端张拉法进行，千斤顶的升压速度应均匀，当达到控制应力时，鸣号，并继续供油维持张拉力不变，持荷5min，同时测量实际伸长量是否与计算值相符。
e)张拉完毕，切除多余钢筋，钢筋应用圆盘切割机切割，不允许用电、气切割。对外露钢筋进行防锈处理。
3 预应力钢筋的防腐
预应力钢筋防腐具体步骤为：使用清洗剂将原螺纹钢筋表面锈迹及污物清洗干净，并用钢丝刷打磨处理直至呈现金属光泽。然后均匀涂刷4道防锈油漆。分别为：先涂刷1层环氧富锌底漆，再涂刷2层环氧云铁中间漆，最后涂刷1层丙烯酸聚氨脂面漆。连接器及螺母内填充环氧砂浆用以防锈。
四、施工中的主要问题和解决办法
预应力加固方法还在不断完善和推广应用阶段，在设计与施工中避免不了会出现问题，本次加固施工中发现的主要问题和解决办法。
a)在采用植筋方式加压锚固垫板时，一个垫板上就设置12根植筋，相互位置固定且施工面积较小。为保证植筋不损伤梁体钢筋或伤及预应力管道，同时保证植筋质量。钻打盲孔前，应用钢筋混凝土保护层测试仪查明空心板底板钢筋和预应力管道位置，然后根据实际情况，在保证锚固效果的情况下设置锚固筋。
b)在锚固齿板安装时一定要控制好锚垫板的水平位置，否则易造成预应力钢筋断丝，并增加应力值的损失。
c)预应力钢筋腐蚀是在应力和腐蚀复合作用下的应力腐蚀（属电化腐蚀范畴），其特点是在金属内部先形成裂纹，内裂纹发生后便形成应力集中，加速裂纹的发展。因此预应力钢筋的防腐是至关工程质量寿命的重大问题。本次加固采用防腐油漆保护涂层预应力钢筋，其工艺装备比较简单，投资低，易于上马。但防腐油漆涂层的抗老化问题尚未解决，且其力学性能较金属镀层低得多。因此，在张拉后涂层可能存在裂纹，影响保护效果。若在张拉后涂刷防腐油漆，又会存在锚固端无法涂刷，存在涂层死角等问题，其暴露部分也就成了钢筋腐蚀的重大突破口。建议采用热镀锌作为镀层方法。
d)预应力钢筋张拉过程中的预应力损失包括：
(a)锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失，可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失；(b)预应力钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失，可通过二次升温措施减小该项预应力损失；(c) 预应力钢筋松弛引起的预应力损失，可通过超张拉减小该项预应力损失；(d)空心板间铰缝因不密实引起的变形导致预应力损失，可通过对空心板铰缝注胶填实保证铰缝密实性等措施减小该项预应力损失。
五、结束语
该桥的补强施工已完成，桥梁检测结果与理论计算值基本相符，效果良好，且对桥梁外观改变较小。
装配式空心板桥整体受力差，容易出现单板受力是普遍存在的通病，本工程采用的加固方法有别于常用的桥面铺装补强法，对桥上交通不会产生太大影响，且工期较短。如结合桥面铺装层的改造，则可大大提高该类型桥梁的整体性能，彻底改善空心板间的传力。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：公路路桥；体外预应力；加固施工
在桥梁建设飞速发展的今天, 上个世纪修建的许多公路陆续地进入了维修期, 对已经出现严重病害且不能满足实际交通需求的桥梁，急需采取工程措施进行加固或改造。 常见加固方法有体外预应力加固技术、粘贴钢板加固技术、增大构件截面加固技术、裂缝修补加固技术等。
体外预应力加固法是采用外接预应力钢拉杆对结构构件进行加固的方法， 改变原结构内力分布并降低原结构应力水平， 使一般加固结构中所有的应力应变滞后现象得以完全消除，因此，后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体承载力可显著提高。体外预应力加固根据加固目的及被加固结构受力要求的不同分为直线式、折线式、曲线式等拉杆布置方式。本文拟通过工程实例介绍体外预应力加固技术在路桥施工的应用。
一、工程概况
本次需加固桥梁位于某高速公路，总长4344m，上部结构为176孔预应力钢筋砼空心板（部分预应力A类构件），最大跨径为25m；下部为钻孔灌注桩基础，柱式墩、台。桥梁上、下行分幅修建，桥面净宽2×12.25m，两侧各设0.50m防撞护栏。桥面每幅由8块预制空心板组成，空心板间采用铰接。该桥主要技术指标为：a)设计荷载：汽---超20级；挂车---100；b)桥面横坡2％；c)地震基本烈度 Ⅷ度，按Ⅸ度设防。
病害情况：该桥空心板边板腹板跨中附近存在竖向裂缝，缝最宽0.3mm，空心板底板跨中附近出现多条横向裂缝，裂缝宽在0.05～0.43 mm之间，部分竖向裂缝与底板横向裂缝相连通。此外，空心板底板存在纵向裂缝、砼缺损、空洞、露筋、泛碱等病害。空心板梁部分铰缝勾缝混凝土脱落，产生空隙。从板底起 30 cm高度范围内铰缝存在较多空隙，无混凝土填充。此外，铰缝勾缝混凝土脱落处存在明显的渗水、泛碱现象。
二、加固设计方案
1设计方案
a)对空心板底板横向受力裂缝及边板外侧腹板受力斜裂缝采用粘贴钢板的方法进行加固处理。对其他裂缝根据缝宽分别采用表面封闭和压力灌浆。
b)对空心板铰缝混凝土渗水、脱落采用从铰缝下部压力注胶填实的加固施工方法。并在铰缝处锚固加强钢板，从而增强各板的横向联系，改善各板的受力性能。
c)作为上部空心板结构的主动加固措施，对空心板梁桥施加横向预应力。预应力钢筋采用符合《预应力混凝土用精轧螺纹钢筋》（GB/T20065—2006）的精轧螺纹钢筋（强度级别为PSB785，直径采用25mm），采用螺母锚固方式，螺母应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370—2007）。
横向预应力的张拉应在空心板的其他病害处理完成后进行。
2加固设计要点
本次加固只对该桥右幅第122跨～第127跨施加横向体外预应力，在每跨空心板底增设5根直径25mm的螺纹钢筋（图1），采用螺母锚固于空心板底板的锚固垫板上，锚固垫板采用钢结构形式（见图2），与梁体采用高强锚栓锚固。预应力钢筋采用小型千斤顶张拉，张拉控制力取 173.3kN。
试验结果表明：通过对装配式空心板梁张拉体外横向预应力，可以增加结构的整体刚度，增加幅度约为10%～15%；提高原结构的抗弯承载能力，提高幅度约为8%～15%。
三、关键施工工艺
1 粘贴锚固垫板施工
粘贴锚固垫板具体施工步骤为：
a)粘钢区域混凝土表面处理。依据设计图的要求并结合现场量测定位情况，在混凝土表面放出锚固垫板位置大样，先凿出粘钢区域的表层砂浆，外露坚实的混凝土，并形成平整的粗糙面，表面不平处应用尖凿轻凿整平。再用钢丝轮清除表面浮浆，剔除表层松散物，最后用压缩空气吹净表面粉尘，并用工业丙酮擦拭表面。
b)钻孔埋植膨胀螺栓螺杆。钻打盲孔前，使用钢筋混凝土保护层测试仪查明空心板底板钢筋和预应力管道位置，避免钻打盲孔时碰及钢筋或伤及预应力管道。孔深严格按照设计图要求钻打。
c)先用工业丙酮清洗处理粘钢区域混凝土表面和钢板表面，再在混凝土表面和钢板粘贴面涂抹一层薄而均匀的粘钢胶（厚度控制在2～4mm左右），然后再将钢板粘贴上。
d)加压固定。当锚固垫板粘合上后，加垫片、紧固螺母，交替拧紧各加压螺杆，使多余的粘钢胶沿板边挤出，以达到密贴程度，加压固定的压力不小于0.15 Mpa。同时要不断轻轻敲打钢板及时检查钢板下粘钢胶的饱满性。
e)在钢板粘胶初凝后，用小锤轻轻敲击钢板，从音响判断粘贴固化效果，若發现钢板固化面积小于90%，则此粘贴钢板无效，应剥下重新粘贴。经检验确认，钢板粘贴固化效果可靠后，清除钢板表面污垢和锈斑并进行相应防腐处理。
2 梁底预应力施工
a)对预应力钢筋进行下料，去除钢筋表面锈斑及污物并清洗干净，然后进行防腐处理。
b)对锚固垫板检验确认合格后，穿入预应力钢筋，安装端头螺母并紧固，使用小型千斤顶进行单端张拉，张拉控制应力=353.22 MPa，初张拉应力为0.1 =35.32 Mpa。预应力张拉顺序按照先中间后两边对称顺序张拉。
c)初张拉。每道预应力钢筋张拉时先对千斤顶主缸充油，使钢筋略为拉紧，同时调整锚母及千斤顶位置，使孔道、锚具和千斤顶三者之轴线互相吻合，注意使螺纹钢筋受力均匀，当钢筋达初应力0.1时作伸长量标记，并借以观察有无滑丝情况发生。
d)张拉。采用单端张拉法进行，千斤顶的升压速度应均匀，当达到控制应力时，鸣号，并继续供油维持张拉力不变，持荷5min，同时测量实际伸长量是否与计算值相符。
e)张拉完毕，切除多余钢筋，钢筋应用圆盘切割机切割，不允许用电、气切割。对外露钢筋进行防锈处理。
3 预应力钢筋的防腐
预应力钢筋防腐具体步骤为：使用清洗剂将原螺纹钢筋表面锈迹及污物清洗干净，并用钢丝刷打磨处理直至呈现金属光泽。然后均匀涂刷4道防锈油漆。分别为：先涂刷1层环氧富锌底漆，再涂刷2层环氧云铁中间漆，最后涂刷1层丙烯酸聚氨脂面漆。连接器及螺母内填充环氧砂浆用以防锈。
四、施工中的主要问题和解决办法
预应力加固方法还在不断完善和推广应用阶段，在设计与施工中避免不了会出现问题，本次加固施工中发现的主要问题和解决办法。
a)在采用植筋方式加压锚固垫板时，一个垫板上就设置12根植筋，相互位置固定且施工面积较小。为保证植筋不损伤梁体钢筋或伤及预应力管道，同时保证植筋质量。钻打盲孔前，应用钢筋混凝土保护层测试仪查明空心板底板钢筋和预应力管道位置，然后根据实际情况，在保证锚固效果的情况下设置锚固筋。
b)在锚固齿板安装时一定要控制好锚垫板的水平位置，否则易造成预应力钢筋断丝，并增加应力值的损失。
c)预应力钢筋腐蚀是在应力和腐蚀复合作用下的应力腐蚀（属电化腐蚀范畴），其特点是在金属内部先形成裂纹，内裂纹发生后便形成应力集中，加速裂纹的发展。因此预应力钢筋的防腐是至关工程质量寿命的重大问题。本次加固采用防腐油漆保护涂层预应力钢筋，其工艺装备比较简单，投资低，易于上马。但防腐油漆涂层的抗老化问题尚未解决，且其力学性能较金属镀层低得多。因此，在张拉后涂层可能存在裂纹，影响保护效果。若在张拉后涂刷防腐油漆，又会存在锚固端无法涂刷，存在涂层死角等问题，其暴露部分也就成了钢筋腐蚀的重大突破口。建议采用热镀锌作为镀层方法。
d)预应力钢筋张拉过程中的预应力损失包括：
(a)锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失，可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失；(b)预应力钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失，可通过二次升温措施减小该项预应力损失；(c) 预应力钢筋松弛引起的预应力损失，可通过超张拉减小该项预应力损失；(d)空心板间铰缝因不密实引起的变形导致预应力损失，可通过对空心板铰缝注胶填实保证铰缝密实性等措施减小该项预应力损失。
五、结束语
该桥的补强施工已完成，桥梁检测结果与理论计算值基本相符，效果良好，且对桥梁外观改变较小。
装配式空心板桥整体受力差，容易出现单板受力是普遍存在的通病，本工程采用的加固方法有别于常用的桥面铺装补强法，对桥上交通不会产生太大影响，且工期较短。如结合桥面铺装层的改造，则可大大提高该类型桥梁的整体性能，彻底改善空心板间的传力。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。