独柱桥墩盖梁加固设计

江 楠

（四川省交通勘察设计研究院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

公路桥梁安全运行和长效耐久日益成为社会关注的重点，按照《交通运输部关于进一步提升公路桥梁安全耐久水平的意见》、《公路危旧桥梁改造行动方案》有关要求，“十四五”期间集中开展公路危旧桥梁改造行动，确保桥梁安全运行。本文以某大桥维修加固工程为例，介绍了该独柱桥墩盖梁主要病害，对病害产生的原因及机理进行分析，探讨了增大截面法、预应力碳纤维板加固、体外预应力钢束加固三种加固方法。

1 工程概况

某桥位于四川省甘孜藏族自治州G227上，桥宽10.5m，双向两车道，桥梁全长176m，于2014年建成通车。桥梁上部结构采用8×20m预应力混凝土简支小箱梁，横向布置4片梁；下部结构桥墩采用钢筋混凝土矩形盖梁、圆形独柱墩、桩基础，桥墩桩基均为端承桩；两岸桥台采用重力式U台、扩大基础。2019年，检测单位对桥梁进行定期检查时发现，全桥1～7号桥墩盖梁均在墩顶上缘出现竖向裂缝现象，裂缝长度0.6～2m不等，最大裂缝宽度1.6mm，远超钢筋混凝土构件规范限值0.2mm。该桥桥梁结构技术状况综合评分 r=56.2分，依据主要承重部件最差缺损状况评定为四类桥，需要进行维修加固。

2 主要病害原因及机理分析

全桥7个盖梁在墩顶上缘出现的竖向裂缝现象，与独柱桥墩盖梁开裂模式吻合，判断其为承载力不足造成的受力裂缝。通过查阅施工图设计文件，建模计算分析结果如下：持久状况、承载能力极限状态、盖梁正截面抗弯承载能力、斜截面抗剪承载能力均满足规范要求，但安全储备不足；持久状况正常使用极限状态，盖梁为钢筋混凝土构件，在最不利偏载荷作用下最大裂缝宽度0.235mm，略微超限。检测报告中盖梁最大裂缝宽度达1.6mm，理论计算结果与实际开裂程度不吻合，两者在混凝土强度、配筋等方面存在一定偏差，初步推测为施工质量原因造成的该类竖向裂缝。本桥位于四川省甘孜州，受当地气候条件影响，混凝土收缩徐变、日照温差形成的温度梯度效应明显，同时日益增长的交通量、重载交通以及支座轻微脱空、伸缩缝堵塞等因素，均加剧了盖梁裂缝的形成与发展。

3 桥墩盖梁加固方案设计

需要主动对盖梁竖向裂缝进行加固处治，将承载能力提高。针对桥墩盖梁加固，《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）建议可采用体外预应力、增大截面、粘贴钢板或纤维复合材料加固[1-3]。结合独柱桥墩盖梁受力模式、加固成效以及当地施工条件、难易程度等因素，拟采用以下三种盖梁加固方案。

3.1 外包混凝土加固

外包混凝土加固属于增大截面加固法，通过增大构件的截面或增加钢筋、钢束的同时增大截面来提高原有构件的承载力和刚度，主要用于配筋混凝土受弯、受压构件的加固。本加固方案在原盖梁两侧各增大截面35cm，在下侧增大截面50cm，对原结构凿毛、刻槽、植筋后，采用C40钢纤维混凝土外包，并在两侧新增混凝土内配置预应力钢束，从而改善结构内力分布，提高结构承载能力[4-5]。外包混凝土加固方案如图1所示。

图1 外包混凝土加固方案

3.2 预应力碳纤维板加固

碳纤维板目前在桥梁加固中已广泛利用，具有良好的力学及耐老化性能，对碳纤维板施加预应力，可充分发挥其强度性能，从而提高结构的承载力。

根据本桥盖梁受力特点及施工空间因素，将预应力碳纤维板沿盖梁横桥向两侧上缘布置，通过钢锚梁锚固在盖梁两端。碳纤维板选用高强度Ⅰ级板，标准强度2400MPa，单层板宽度为50mm，厚度为2mm，每条碳纤维板由11层碳纤维板构成并由波形锚具夹持固定，即11层2×50mm的碳纤维板叠合在一起同时进行预应力张拉和锚固。一个盖梁横桥向两侧各布置4条预应力碳纤维板（每个盖梁共8根），预应力碳纤维板加固方案如图2所示。

图2 预应力碳纤维板加固方案

3.3 体外预应力钢束加固

体外预应力加固方法主要是通过张拉体外预应力，利用预加力对结构产生的内力抵消部分恒、活载产生的内力，从而改善原结构的内力和变形，提高结构的承载力、抗裂性。

根据项目区气候条件及旧桥盖梁构造特点，体外应力加固采用防腐性能、抗疲劳性能、空间利用率较高的GJ15-12型整束挤压拉索，拉索索体为12×15.2mm环氧喷涂无粘结钢绞线缠包后外挤PE，锚具采用低回缩GJ15A/B-12型挤压锚。拉索布置在盖梁两侧，单侧竖向共布置两束，通过钢锚梁锚固在盖梁两端。体外预应力钢束加固方案如图3所示。

图3 体外预应力钢束加固方案

3.4 盖梁加固方案比选

盖梁外包混凝土加固、预应力碳纤维板加固、体外预应力钢束加固三种加固方案优、缺点对比情况如表1所示。

表1 盖梁加固方案对比表

本项目位于四川省甘孜州，项目区气候条件复杂，施工后期养护水平薄弱。桥址位于县城主要过境通道上，平日交通量大，中断交通施工方案不可行。根据以上建设条件，结合三种加固方案的加固成效、施工难易程度、运营交通影响等因素，本着技术可行、经济适用的设计原则，本次桥梁维修加固工程最终采用了体外预应力钢束加固方案。

4 结束语

本文结合工程实例，对钢筋混凝土独柱盖梁主要病害原因及机理进行了分析，提出了外包混凝土加固、预应力碳纤维板加固、体外预应力钢束加固三种加固方法，通过对加固方法的阐述以及方案的比选，结合建设条件，确定了最优加固方案，为类似工程提供借鉴与参考。