预应力混凝土连续箱梁桥计算及维修加固

曾利强

（惠州市道路桥梁勘察设计院，广东 惠州 516001）

预应力混凝土连续箱梁桥计算及维修加固

曾利强

（惠州市道路桥梁勘察设计院，广东 惠州 516001）

针对（30+40+30）m预应力混凝土连续箱梁的结构受力情况及病害进行分析,提出预应力混凝土连续箱梁的维修加固方案。经采取对裂缝封闭、灌注处理、粘贴钢板加固补强、张拉预应力束加固等技术措施后,桥梁整体受力性能得到显著提高。

连续箱梁；桥梁病害；维修加固

1 工程概况

大亚湾白寿湾大桥（原惠澳大道淡澳河大桥）桥梁跨径布置：5×20 m T梁+（30+40+30）m连续箱梁+5×20 m T梁，桥梁全宽28 m,按双向六车道设计，两侧各设0.5m防撞墙及1.0 m人行道（或检修道），中央设防撞分隔栏杆。主桥上部结构为三跨等截面直腹式单箱三室预应力箱梁，为左右分离式双幅桥，梁高1.6 m。桥梁位于R=12 174 m竖曲线上，桥中心标高为10.98 m。桥面横坡为1.5%，由桥墩盖梁1.5%的坡形成，T梁桥面铺装层及箱梁在横向均等厚,水泥混凝土桥面铺装。该桥设计荷载为汽车-超20级，挂车-120级，于2000年建成通车。

2 桥梁结构计算及病害分析

大亚湾白寿湾大桥在2013年委托有资质的公路工程质量监测中心进行全面检测及静载试验，检测结果显示该预应力连续箱梁底板和腹板存在多处的胀裂、收缩裂缝及网裂等裂缝。箱梁底板多处存在横向裂缝，裂缝宽度0.1 mm左右，腹板局部存在竖向开裂。此外，该桥桥面磨耗严重，粗骨料外露，桥面存在较多的横向和纵向裂缝，部分裂缝贯通，最大宽度为2 mm,桥面铺装存在大面积的网裂和龟裂现象，最大裂缝宽度达2.3 mm。

下面采用平面杆系计算软件“桥梁博士”对主桥预应力混凝土连续箱梁进行结构受力分析，模型如图1所示。全桥共划分64个单元，65个节点。计算采用kN·m制，应力单位为MPa。

图1 （30+40+30）m连续箱梁分析模型

该桥在维修加固前通过“桥梁博士”计算在承载能力极限状态最不利荷载组合下主跨连续箱梁弯矩包络图如图2和图3所示。

图2 加固前箱梁承载能力正弯矩及抗力包络图（单位：kN·m）

图3 加固前箱梁承载能力负弯矩及抗力包络图（单位：kN·m）

由图2可以看出，边跨的正弯矩承载能力安全储备较大，中跨正弯矩承载能力安全储备较小。因此，箱梁底板多处横向裂缝应该属于非结构性开裂，这些病害是主桥梁体施工工艺较差、混凝土保护层厚度不足、养生不到位等原因造成的。

由图3可以看出，连续箱梁现状及加铺桥面铺装改造后的支点负弯矩承载能力略为不足，考虑到长久使用安全问题，需对箱梁开裂处进行封闭或灌注处理后，对连续箱梁中跨的底板进行加固处理，对连续箱梁中支点负弯矩区进行加固处理。

3 维修加固措施施工工艺

针对大桥主跨的病害现状，经过方案比选和详细分析论证，决定采取封闭、灌注主跨箱梁所有裂缝后，采用粘贴钢板加固法对主跨连续箱梁中跨底板进行加固处理，采用张拉预应力束加固法对中支点区域进行加固处理，最后桥面加铺2 cm厚的NovaChip超薄磨耗层，以提高箱梁的整体承载能力和行车安全性和舒适性。

3.1 裂缝处理[1]

3.1.1 封闭裂缝施工工艺

对于裂缝宽度fw＜0.15 mm的细小裂缝，通常采用涂刷环氧树脂胶进行封缝处理。裂缝封闭施工工艺如下：

（1）表面处理：清除混凝土裂缝周边油渍、灰尘等杂物，测量和记录裂缝的宽度。

（2）封闭裂缝：根据封缝胶配合比，配制好封缝胶，配制时将封缝胶颜色调到与原混凝土相似，垂直裂缝方向涂刷第一道。前一道干后再涂刷第二道，涂刷方向与第一次互相垂直。

3.1.2 灌注裂缝施工工艺

对于裂缝宽度fw≥0.15 mm的裂缝，通常采用环氧树脂胶或其他灌缝材料进行压力灌浆法灌注裂缝。裂缝灌注施工工艺如下：

（1）表面处理：清除混凝土裂缝周边油渍、灰尘等杂物，测量和记录裂缝的宽度。

（2）确定注浆咀位置：裂缝宽度在0.15～1 mm时注浆嘴间距取15～35 cm，根据裂缝宽度越小注浆嘴间距越小的原则，每处裂缝设置不少于2个注浆嘴。

（3）封闭裂缝：根据封缝胶配合比，配制好封缝胶，用刷子涂刷在裂缝上，封闭裂缝，遇到贯通的裂缝时，应同时对两端进行封闭。

（4）灌注裂缝：根据配合比配制灌缝用浆,按从下至上的灌浆顺序进行灌缝。

（5）表面清理：全部裂缝灌注完成后，24 h后除去表面注浆嘴及封缝胶，全面清理裂缝表面。

3.2 粘贴钢板

根据旧桥结构计算结果，连续箱梁边跨的正弯矩承载能力安全储备较大，但中跨正弯矩承载能力安全储备较小。考虑到长久使用安全问题，需对箱梁开裂处进行封闭或灌注处理后，对连续箱梁中跨的底板进行粘贴钢板（规格为30 200 mm× 250 mm×8 mm）加固处理，该加固技术主要适用于加固受拉、受弯或受剪结构。

3.2.1 施工步骤

混凝土放线定位及表面处理→钢板加工→钢板表面除锈和糙化处理→钻孔植埋螺栓→安装钢板→配制结构胶→封边→灌胶→施工质量检验→钢板表面防腐处理。

施工时，粘贴位置混凝土表层含水率不宜大于4%,并保证钢板与混凝土表面的间隙在3～5 mm，以确保灌注胶层的厚度不小于3 mm；焊接钢板接缝前必须先在地面焊接好，不得随意截断并确保接缝错位3.5 m和同一接缝位置不得超过50%。

3.2.2 施工质量验收

一般用小锤锤击或其他有效探测仪进行检测，按检测结果计算的有效粘贴面积不应小于设计粘贴面积的95%。

当采取锤击法检测时，先将粘贴好的钢板分区，然后逐区检测空洞面积。若单个空洞面积小于或等于10 000 mm2，建议采取钻孔注射法充胶修复；若无法钻孔，或者单个空洞面积大于10 000 mm2，则应重新粘贴，直到符合要求为止。

3.2.3 钢板表面防腐处理

粘贴的钢板经检测符合要求后，去除所有注浆嘴和排气管,清理钢板表面污垢和锈斑后对外露钢板和锚固螺栓进行罩面防腐涂装处理，涂装方案如下：

（1）底涂层采用环氧富锌底漆两道，厚度不小于80 μm。

（2）中间涂层采用厚浆型环氧云铁中间漆两道，厚度不小于100 μm。

（3）表面采用丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆两道，总厚度不小于80 μm。

3.3 张拉预应力束加固[2]

根据旧桥结构计算结果，中支点截面（负弯矩区）的极限抗弯承载能力略为不足，考虑到长久使用安全问题，箱梁中支点负弯矩区采用增设预应力钢束进行加固补强。采用预应力筋加固方案时，受箱梁可加固施工的部位限制，预应力筋宜采用多束型号，结合旧桥结构计算的应力指标特点及确保加固方案的安全可靠性，预应力筋采用低张拉方案（即张拉控制应力采用0.5 fpk）。经综合分析后预应力钢束采用19×15.2 mm的低松弛高强度钢绞线,抗拉标准强度为fpk=1 860 MPa,张拉控制应力为0.5 fpk=930 MPa，即张拉控制力为2 473.8 kN，要求左右侧同时对称张拉，如图4所示。

图4 主桥箱梁预应力加固设计图

施工时，在预应力筋锚固位置的腹板和悬臂上新旧混凝土接触面开剪力槽,对原混凝土进行凿毛露出新鲜骨料。然后放样钻孔，并采用植筋技术，在新旧混凝土接触处涂E200界面胶。在老混凝土表面处理达到设计要求并保持表面混凝土湿润状态下，用毛刷涂抹一层0.5～1 mm厚的界面剂，可以在一定程度上改善新老混凝土的黏结微观结构，提高黏结强度。预应力管道采用定位钢筋固定，浇筑前应检查波纹管的密封性，防止管道阻塞。待新浇筑混凝土立方体强度和弹性模量均达到设计值的90%以后，方可对钢束进行张拉。张拉采用张拉控制应力和引伸量双控,以张拉控制应力为主。预应力筋张拉结束后，应及早对孔道进行压浆并锚固。

与粘贴钢板、贴碳纤维布等加固方法比较，张拉预应力束加固属主动加固法，可有效提高桥梁结构的承载力，结合增大截面加固法可提高桥梁结构刚度，改善结构的整体受力性能。

3.4 桥面加铺超薄磨耗层

4 加固效果

（1）在荷载作用下，箱梁板底混凝土表面粘贴的钢板和原箱梁混凝土结构形成整体，箱梁混凝土表面已封闭或灌注的裂缝处于非活动状态，跨中正弯矩承载能力提高了12.3%,如图5所示；箱梁中支点负弯矩区采用增设预应力钢束进行加固补强后，支点处新增预应力钢束和原箱梁结构共同受力，中支点负弯矩承载能力提高了14.4%，如图6所示。对该箱梁桥维修加固处理后，桥梁整体受力性能得到显著提高，桥跨结构承载能力均满足设计和规范要求。

图5 加固后箱梁承载能力正弯矩及抗力包络图（单位：kN·m）

图6 加固后箱梁承载能力负弯矩及抗力包络图（单位：kN·m）

（2）桥面铺装铣刨旧桥面铺装平均1 cm厚后加铺2 cm厚NovaChip超薄磨耗层，在最小限度增加结构自重的情况下有效提高了桥梁的行车安全性和舒适性。

5 结语

大亚湾白寿湾大桥维修加固后确保了桥梁的承载力,改善了桥梁的整体受力性能，提高了桥梁的行车安全性和舒适性。今后，还需对该桥进行定期监测，并建立桥梁检测档案,密切留意桥梁的病害发展情况。

[1]JTG H12—2004，公路桥涵养护规范[S].

[2]广东省公路管理局．广东省公路桥梁维修加固技术指南[M]．北京：人民交通出版社，2011.

更正

本刊2016年第4期发表的论文《公路隧道二次衬砌厚度不足成因分析和治理研究》（作者：蒋华龙，范厚彬）中，第一作者蒋华龙的单位应为“同济大学地下建筑与工程系”，第二作者范厚彬的单位应为“浙江省交通集团甬台温高速公路有限公司”。

特此更正，并向作者致歉！

《城市道桥与防洪》编辑部

2016年5月

U448.35

B

1009-7716（2016）05-0172-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.049

2016-02-03

曾利强（1983-），男，广东河源人，本科，路桥工程师，从事路桥设计工作。