“灌”出强筋骨——美国后张拉法施工桥梁的养护与修复

对于一些中小跨径的桥梁而言，后张拉（PT）技术是一种经济实用的施工工法。自从该项技术引入美国工程界以后，经过行业各方的共同努力和不断创新，使得桥梁结构的安全性和耐久性能得以大幅提升。虽然美国大多数州都普遍采用后张拉法建设桥梁，但是在桥梁结构的设计、检测、修复和养护方法等方面，每个州都存在差异，并未形成统一的标准。为了解决这个问题，美国《国家高速公路合作研究项目》（NCHRP）制定了综合指南5621（以下简称综合指南），不仅收集和整理了大量关于采用后张拉法施工的桥梁维修与养护方面的重要信息，还收录了各州交通厅的调查文件及相关的综述文件。此外，该指南还介绍了美国5个州的5个实践工程案例。

图1 利用光线穿透法对桥梁内部孔道进行检测

上世纪50年代初，宾夕法尼亚州费城核桃巷大桥（Walnut Lane Bridge）的建成，标志着后张拉施工法完成在美国的“首秀”。此后不久，美国佛罗里达州于1954年建成了第一座使用后张拉法施工的天桥——坦帕市阳光天桥。后张拉法预应力混凝土施工技术虽然能使桥梁具有较佳的耐久性能，但在其维修和养护方面造成一些困难。例如：对于用于封装后张预应力钢筋束的混凝土灌浆，实施检测的难度很大。此外，由于锚固区和偏差块的几何形状及钢筋束较大的自身重量，致使这些区域的检测也难以实现。21世纪初，因美国发生了几起重大桥梁事故，迫使整个行业从规范文件发布到后张拉法施工人员认证程序等环节都进行了全面的改革，并达到一个更高的标准。在施工过程中，混凝土灌浆的质量通常是决定桥梁钢筋束疲劳损伤程度的重要因素，为了提升注浆质量，科研和施工团队付出大量心血。当年，混凝土灌浆还引发一系列问题，诸如灌浆质量欠佳、灌浆不完全、灌浆污染和袋装灌浆重量不达标等，因此，灌浆质量控制方面的改进将有效提升桥梁的安全性及耐久性。而在后张拉结构腐蚀保护系统方面，项目团队也开展了许多有益的尝试，包括预埋孔道材质从金属管道向塑料管道的转变，以及优质拼接孔道的引入等，均取得一定成果。

在各个利益相关方的共同关注和努力下，混凝土灌浆施工得到了快速发展。在后来的施工过程中，桥梁行业引进了袋装触变混凝土灌浆材料，即一种旨在提高后张拉结构耐久性的新材料。但是若未按照规范和相应的程序施工，使用这种材料也会出现灌浆料离析、稀软、出水过多、氯化物和硫酸盐含量过高等问题。为了提高应用后张拉技术施工的桥梁的整体性能和耐久性，科研团队还采取了一些其他的方法，例如使用冗余预应力钢筋束、柔性填充材料，用于灌浆预应力钢筋修复的专用浸渍材料，以及主要混凝土构件表面的密封涂层等。

后张拉法所建桥梁结构耐久性的改善，归功于业界对共识文件、认证程序、规范标准化以及在推进技术等方面的投入。令人遗憾的是，美国各州交通厅在其辖区内的实施工程案例仍然屈指可数。

图2 养护人员在明尼苏达州普利茅斯大道桥桥体表面喷涂防水层

作为美国《国家高速公路合作研究项目》（NCHRP）综合指南的重要组成部分，美国各州交通厅均详细总结了各辖区内利用后张拉技术修建的桥梁，在设计、施工、修复和养护管理等方面的经验。在美国的国家桥梁清单中，采用此法施工的桥梁有数千座，几乎遍及每个州，涉及多种桥型。据了解，全美只有6个州尚未开展后张拉法的桥梁施工，究其原因，主要在于他们对该项技术不太熟悉、对其耐久性和质量存在担忧、缺乏需求或缺少地方产业配套等。

在过去的几年里，大多数的州交通厅已经更新了后张拉法施工规范，为了参照最佳的实践工程案例，许多州都参考了后张拉研究所（PTI）和美国节段拼装学会（ASBI）所发布的两份共识文件，分别为多股钢筋束和后张拉灌浆规范（-PTI/ASBI M50.3）及后张拉结构混凝土灌浆规范（-PTI M55.1），本世纪初发现的混凝土灌浆问题在各州交通厅的后张拉法桥梁施工规范中并未普遍被提及。虽然大多数的州都根据PTI文件中或者各自州的规范中对后张拉法施工进行了建模，但是各州规范之间仍存在差异，交通相关部门及行业仍然需要进一步努力，加强合作，确保施工规范的统一。

根据调查，美国23个州交通厅具有依托后张拉技术建设的桥梁结构养护经验。州交通厅的报告显示，各州许多养护工作都发生在施工过程中，尤其是在一些细节的施工方面，如孔道拼接、锚固浇筑、约束构件加固等。在部分州交通厅报告中还提到，施工人员在灌浆控制、气压测试和抽真空过程等环节中存在一些问题。另一方面，人员经验和培训在施工作业中亦非常重要。为了解决21世纪以前所遗留的与材料及施工流程相关的灌浆问题，养护部门需要定期对桥梁进行修复。但并非所有的养护修复都和后张拉预应力结构有关，其他的桥梁病害还包括车辆撞击破坏、排水系统设计不当、混凝土质量差及防水系统失效等。

美国交通部对具有创新性的后张拉法施工的桥梁结构修复和养护方法颇感兴趣，许多交通部门已经在养护中使用纤维增强聚合物和专有阻蚀剂，养护人员对这些材料的兴趣也在不断增加。在内部钢筋束的修复方面，也有一些创新技术问世，包括使用干燥除湿技术和浸渍产品。虽然许多州在对后张拉法施工桥梁结构检测方面仍然采取以目测为主的方式，但是在钢筋孔道灌浆状态和性能检测方面，他们已经采用了无损检测技术。

图3 明尼苏达州普利茅斯大道大桥排水系统修复

美国《国家高速公路合作研究项目》综合指南562中列举了5座桥梁的实际工程案例，深度剖析了这些依托后张拉技术建成的项目的维修和养护方面的经验和教训。这5座桥分别来自佛罗里达州、南卡罗来纳州、俄亥俄州、弗吉尼亚州和明尼苏达州。

这些案例集中反映了一个突出问题，即对桥梁结构进行检测的工程技术人员普遍缺乏后张拉施工知识。在某些比较特殊的情况下，检测人员发现桥梁的后张拉系统失效或遭到破坏时，其结构的损毁状况已经非常严重。虽然美国在后张拉施工技术方面取得了显著的进步，但是对于维修与检测人员的教育培训依然必不可少。