某预应力连续箱梁桥加固方案分析

赵云川

(1.太原理工大学，山西 太原 030024;2.山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

1 工程概况

某桥位于高速公路上，桥梁全长为2 294.68m。上部结构为(41+55+41)m+17×25 m+(41+55+41)m+15×25 m+(41+55+41)m+6×25 m+(41+55+41)m+7×25 m+(41+55+41)m+14×24.3 m+(41+55+41)m变截面预应力混凝土现浇连续箱梁和预应力混凝土装配式连续箱梁。下部结构:桥台为肋板式桥台，钻孔灌注桩基础;现浇连续箱梁桥墩为板式桥墩，钻孔灌注桩基础;预制小箱梁桥墩及其过渡墩为柱式桥墩，钻孔灌注桩基础。

该桥的技术指标为:

1)设计荷载:汽—超20级;验算荷载:挂—120;

2)单幅桥面宽度:0.5 m+净12 m+1.25 m;

3)地震基本烈度:7度。

25m跨径箱梁横断面图见图1。

图1 25m跨径箱梁横断面图

2 桥梁现状及问题

本项目桥梁通车使用多年，由相关检测单位对该桥进行了定期检测，发现某桥的主要病害有:部分小箱梁主梁(共计195片箱梁)腹板存在竖向裂缝，缝最宽0.27mm，底板存在横向裂缝，缝最宽0.15mm，腹板竖向裂缝与底板横向裂缝相连通;整体箱梁腹板、底板存在纵向裂缝，缝最宽2mm;整体箱梁存在混凝土缺损、蜂窝、大面积空鼓、露筋、露波纹管;端横隔板存在竖向裂缝，缝最宽0.78mm(见表1)。该桥的具体病害为:

1)主梁存在纵向裂缝，裂缝最宽2mm，底板和腹板存在蜂窝、麻面、渗水泛碱、混凝土剥落、露筋及孔洞等病害。2)部分主梁腹板跨中附近存在左、右两侧对称的竖向裂缝，竖向裂缝最宽达0.27mm(该裂缝出现在左幅68跨2号梁左侧腹板跨中附近)，部分底板存在横向裂缝，缝最宽达0.15mm(该裂缝出现在左幅54跨4号梁底板跨中附近)，且个别腹板竖向裂缝与底板横向裂缝贯通。3)桥梁端横隔板(墩顶现浇横隔梁)多处存在裂缝，裂缝数量多且裂缝较宽，多处超过0.78mm。4)桥梁个别支座出现开裂、脱空、偏位、损坏、上下钢板变形或锈蚀等病害。

3 维修加固的总体原则

通过现场对桥梁病害实地调查以及参考某桥定期检查报告中所描述的病害情况和荷载检测报告结果，需对病害桥跨提高桥梁整体强度和刚度，对预应力损失桥跨采用张拉体外预应力钢束进行补强，以满足结构的受力要求。

表1 某桥桥梁主要病害统计汇总表

1)根据桥梁结构形式和现状，本次维修加固方案拟定为:a.对混凝土结构宽度小于0.2mm的裂缝进行封闭处理，对宽度大于0.2mm的裂缝采用压力灌浆法灌注灌缝胶。b.混凝土结构剥落部位应凿除松散混凝土，然后用修补胶填充补平。c.混凝土结构露筋部位应凿除松散混凝土，并清除钢筋锈迹，然后用修补胶填充补平。d.混凝土结构空洞部位，应凿除周边松散混凝土，并将表面浮尘清理干净，然后用修补胶填充补平。e.混凝土结构表面腐蚀严重的部位应查明渗水原因并进行相应处治后，再将腐蚀的混凝土表面打磨后涂刷修补胶。f.需对病害桥跨提高桥梁整体强度和刚度，对预应力损失桥跨采用张拉体外预应力钢束进行补强。

2)桥梁加固后的技术标准和指标为:考虑本次维修加固的桥梁为独立的加固工程项目，设计汽车荷载采用原设计荷载标准汽—超20级。本项目主要技术标准见表2。

表2 主要技术标准

4 桥梁维修加固方案和建设规模

根据桥梁定期检查报告，以及桥梁的专项荷载试验及桥梁现状，对该桥主梁的维修加固提出了以下三种加固方案，并对三个方案的施工难度、工程造价、加固效果等方面进行比选。

1)方案一:增设体外无粘结预应力加固措施。左幅10跨～14跨(5跨一联)、左幅15跨～20跨(6跨一联)、左幅31跨～38跨(8跨一联)、左幅68跨～74跨(7跨一联)连续箱梁各跨病害较为严重且集中、特点明显，裂缝分布在箱梁1/4跨与3/4跨之间。对上述4联连续箱梁进行整体加固，每片箱梁腹板两侧各增设1束(1束3根钢绞线)体外预应力钢绞线，每片箱梁共增设6根钢绞线。预应力钢束采用国家GB/T 5224-2003标准的φ15.2无粘结钢绞线，抗拉标准强度fpk=1 860MPa，张拉控制应力为σcon，e=1116MPa。

2)方案二:梁底增设预应力，锚喷HTCM抗拉砂浆加固措施。左幅10跨～14跨(5跨一联)、左幅15跨～20跨(6跨一联)、左幅31跨～38跨(8跨一联)、左幅68跨～74跨(7跨一联)连续箱梁各跨病害较为严重且集中、特点明显，裂缝分布在箱梁1/4跨与3/4跨之间。对上述4联连续箱梁进行整体加固，每片箱梁梁底增设6束预应力钢绞线，每片主梁共增设6根钢绞线。预应力钢束采用国家GB/T 5224-2003标准的φ15.2钢绞线，抗拉标准强度fpk=1 860MPa，张拉控制应力预应力钢束张拉完后，在箱梁底板植筋，外挂钢丝网、锚喷HTCM抗拉砂浆。

3)方案三:箱梁底板、腹板加厚，增设预应力加固措施。左幅10跨～14跨(5跨一联)、左幅15跨～20跨(6跨一联)、左幅31跨～38跨(8跨一联)、左幅68跨～74跨(7跨一联)连续箱梁各跨病害较为严重且集中、特点明显，裂缝分布在箱梁1/4跨与3/4跨之间。对上述4联连续箱梁进行整体加固，箱梁加大截面，在加大截面内布设预应力钢绞线，每片箱梁增设8束(每束2根)预应力钢绞线，每片主梁共增设16根钢绞线。预应力钢束采用国家GB/T 5224-2003标准的φ15.2钢绞线，抗拉标准强度fpk=1860MPa，张拉控制应力为σcon，e=1116MPa。将该桥的三个预应力加固方案比选汇总，经加固效果、施工难度、工程造价等方面进行综合比选，比选结果见表3。

表3 方案比选

5 结语

由于该加固方法是一种主动加固方法，有效地改善了连续梁桥的受力性能，结合该桥梁的病害特点及桥梁的结构形式，针对性的提出了三个加固方案。随着社会的发展和交通量的持续增加，国内、省内相同类型桥梁可能出现类似的病害，通过对该桥三个加固方法的比选，论述了各个方法的优缺点，这将为相同结构形式桥梁的加固提供更多的参考。同时结合以前加固改造的经验和相关加固改造的论文研究，认为体外预应力加固方法是一个较好的加固方法。该方法是提高截面承载能力的一种较为行之有效的加固方法，它适用于截面承载能力不足或主梁挠度超过规范以及主梁的受拉区裂缝宽度超过规范规定等的一些情况［1］。结合桥梁的特点推荐体外预应力(方案一)为加固方案。

［1］曹蔚枝.预应力混凝土连续梁桥体外预应力加固技术研究［J］.山西交通科技，2009(2):40.

［2］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［3］JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范［S］.

［4］JTG/T J23-2008，公路桥梁加固施工技术规范［S］.