关键词：高边坡；复杂地质；预应力锚索；施工技术；公路
1、引言
在高边坡防护工程中，预应力锚索防护技术的应用，直接关乎着该工程的后期运营安全与运营质量，根据预应力锚索防护技术的应用情况来看，主要包含边坡开挖、造孔、钢筋制造与安装等环节，每一环节都直接关乎着高边坡防护工程的质量。由此可见，预应力锚索防护技术对该工程具有现实意义，只有良好地应用该技术，才能有效保障高边坡工程项目顺利建设。
2、预应力锚索施工
某桥梁上部结构为40m+60m+40m跨径组合的三跨变截面预应力混凝土连续箱梁。该桥位于交通要道，车流量较大，且经常有运输砂石的超载车辆通过。经过十多年的运营，该桥出现了不少病害。经检测发现，该桥主要病害为裂缝和挠度。裂缝主要分布形态有支点附近的顶板纵桥向和横桥向裂缝、翼板横向裂缝、腹板斜向裂缝以及主跨跨中30m范围内的底板横向裂缝。梁体裂缝共计275条，其中底板横向裂缝最多，最大裂缝宽度0.9mm，且有不断加大趋势。主梁线形检测数据跟应用标高对比显示，主跨跨中下挠10.8mm，且有继续下挠的趋势。另外，箱梁局部有蜂窝、麻面、露筋、钢筋锈蚀等缺陷。
2.1病害成因分析
1)应用原因。
原应用纵向预应力应用不足，预应力安全储备偏小;部分预应力束布置不合理，造成局部应力过大，普通钢筋配置偏少，不能有效阻止、延缓裂缝的发展。
2)施工质量原因
桥梁施工时振捣不够充分或模板质量较差，导致混凝土表面产生较多蜂窝、麻面;施工时钢筋保护层不够，造成露筋、钢筋锈蚀等缺陷;由于赶工期，跨中段混凝土浇筑质量差，有的地方腹板厚度少了2cm～3cm;施加预应力时构件龄期过短，徐变引起的变形及预应力损失过大;箱梁悬臂浇筑时线形控制较差导致跨中段桥面铺装层过厚，恒重加大。因此，造成主跨跨中下挠较大。
3)外部环境原因。
该桥位于交通要道，车流量大，且超载车较多，加之桥位附近的金属冶炼企业污染较严重，对钢筋混凝土影响较大;混凝土的收缩徐变造成预应力损伤过大。
2.2高边坡预应力加固应用
通过对该桥进行承载能力检算和荷载试验显示，该桥抗弯承载能力明显不足，应力和挠度校验系数部分低于1，实测刚度低于理论值。针对以上病害情况，采取以下措施维修:对蜂窝麻面、裂缝进行修补，对钢筋裸露部分进行除锈，钢筋锈蚀严重的重新焊接钢筋。针对承载能力不足的情况，采用折线形高边坡索加固以达到增强抗弯承载力的要求。根据原应用图纸和现场检测得出的尺寸及配筋数据，采用MidasCivil软件进行计算。计算中考虑的荷载有:连续梁自重;桥面二期恒载;公路—Ⅰ级汽车活载;梁截面竖向非线性温度分布效应按《公路桥涵应用通用规范》取;原预应力及相应的二次内力效应;混凝土收缩徐变及其相应的二次内力效应。不考虑支座位移，只涉及纵向受力及配筋计算。考虑到该桥跨径不算大，又采用单箱双室，拟采用8束无粘结钢绞线集束作为高边坡索，分别在中腹板两侧、两边腹板内侧成折线形布置，每侧面两束。高边坡索取每束19s15．2无粘结预应力钢绞线集束，每束截面面积为19×140=2660mm2，8束截面面积A=21280mm2，抗拉强度标准值fpk=1860，张拉控制应力取0．55fpk=0．55×1860=1023MPa。高边坡预应力索在中跨、边跨均采用双折线，中间绕过中支点横隔板，两端锚固于边跨支点附近的新增齿块上，在新增齿块上设锚座，采用两端张拉锚固。新增钢结构肋形转向横隔板，共6道。高边坡预应力索布置见图。
图1高边坡预应力加固布置图
2.3张拉作业
张拉设备的率定:锚杆张拉设备选择与设计吨位相匹配的设备，张拉设备和仪表均应进行率定，且率定间隔期不得超过6个月。(2)锚索浆液达到7d龄期，浆液强度、锚墩混凝土的强度均达到张拉强度要求。出口边坡锚索张拉分单股预紧和整束分级张拉两个阶段。预紧张拉力为0.2P(P为设计控制应力)，使每股预应力筋受力均匀后，再进行整束张拉。整束张拉共分五个量级进行，即张拉力为0.25P、0.5P、0.75P、0.95P、1.1P。分级张拉持荷时间前四级均为5min，第五级张拉完成后稳压时间为30min。张拉加载和卸载应缓慢平稳，加载速率每分钟不应超过0.1P，卸载速率每分钟不应超过0.2P。锚索张拉结束锁定后，夹片错牙不大于2mm，否则应退锚重新张拉。张拉施工采用以张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法，当张拉实测伸长值与理论伸长值偏差超出(﹢10%，－5%)时，应停机检查，待查明原因并采取相应措施后，方可恢复张拉。另外张拉操作时应专人负责，千斤顶受力方向危险区不得有人穿行、停留。
3、加固效果分析
加固完成后，按公路—Ⅰ级标准对该桥进行荷载试验，试验效率系数介于0．97～1．02，符合相关规范要求。试验结果表明，该桥经高边坡预应力加固后，跨中挠度降低了约30%，主跨跨中和边跨跨中在试验荷载作用下的最大挠度值分别为8．2mm和6．1mm。各测点校验系数均大于1，实测主桥刚度大于理论值。高边坡预应力加固后，使梁体产生了预压力，之前的裂缝大量减少或基本闭合，提高了桥梁的抗裂性。加固后中跨跨中和边跨跨中下缘测点挠度、应力数据见表1。
表1加固后中跨跨中和边跨跨中下缘测点挠度、应力数据
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1)路桥在运营过程中出现的病害主要为裂缝和跨中下挠，其产生原因主要有设计存在不足、施工质量较差以及环境变化等情况;
2)对路桥而言，高边坡预应力加固显著提高了桥梁结构的承载能力和有效改善了桥梁结构的工作性能，加固后跨中挠度明显减小，裂缝宽度变窄甚至闭合。高边坡预应力加固路效果明显、施工方便、工程质量易于控制，具有明显的经济效益和广阔的发展空间。
4、结语
上述施工技术经验既有很强的可操作性，又可以在保障施工质量安全的情况下促进施工进度，节约工程成本。因此，可以在其它更多复杂地质条件高陡边坡支护工程中得以应用。
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论文作者:扈春顺
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷24期
论文发表时间:2020/4/26
标签：预应力论文; 裂缝论文; 挠度论文; 钢筋论文; 防护论文; 应力论文; 腹板论文; 《建筑实践》2019年38卷24期论文;