公路连续箱梁桥病害与加固技术

郭咏辉

(广州铁路职业技术学院，广东 广州 510430)

1 工程概述

该桥位于广州市，双向四车道，在后期建成的内环路中间，为20跨一联的普通钢筋混凝土连续梁桥，全桥长400 m，跨径组合为16 m+3×20 m+24 m+10×20 m+24 m+3×20 m+16 m=400 m。墩台轴号分别为加 1#(桥台)，加 2#，加 3#，2#～16#，加 4#，加 5#，加 6#(桥台)，其中最中间的5个桥墩(7#～11#)与主梁固结，其余桥墩均为活动支座。桥梁原设计荷载为汽车－20和挂车－100，竣工日期为1994年3月。桥台采用4根直径1.2 m的桩，桩底嵌入微风化泥岩，该持力层天然抗压强度为8 MPa，两端桥台桩长分别为14.4 m和15.1 m。全桥上部结构采用大悬臂的单箱单室箱形断面，梁高1.25 m(不包括铺装)，桥宽16.00 m，桥梁横断面布置如图1所示。上部箱梁沿纵向每4 m设置一道横隔板，横隔板由箱梁内横隔板以及腹板外侧悬挑横隔板组成，横隔板厚度0.3 m，设置横隔板处的横断面布置如图2所示。

图1 横断面(单位:cm)

2 桥梁病害原因分析

2.1 病害描述

1)上部结构病害

箱梁的底板、腹板、翼板和每个桥墩处腹板外横隔板均存在裂缝，其中开裂严重的桥跨为加1#～加2#轴跨(16 m 跨)、3#～4#轴跨(24 m 跨)、14#～15#轴跨(24 m跨)和加5#～加6#轴跨(16 m跨)，即桥梁的24 m跨和16 m边跨。

图2 横断面(横隔板处)(单位:cm)

主梁腹板裂缝主要出现在桥跨的L/4至3L/4处(L为跨径)梁段，裂缝为竖直分布，呈下宽上窄形式，支点附近裂缝较少，宽度最大的裂缝位于3#～4#轴跨(24 m跨)主梁腹板，裂缝宽度为0.35 mm。

主梁底板和翼板裂缝数量较少，缝宽也较小，各桥跨出现裂缝的截面位置、裂缝分布规律、裂缝宽度等大体相同。

2)下部结构病害

桥墩横梁开裂，桥台前墙开裂，桥台受压劈裂。全部桥墩的横梁自上而下开裂，半贯通桥墩，裂缝上宽下窄。桥墩最大裂缝宽0.5 mm，远远超过了规范限值。

3)桥面系病害

①桥面铺装损坏、开裂。该病害为桥梁桥面铺装的普遍现象。②伸缩缝橡胶老化，车辆在伸缩缝行驶时产生较大噪音，伴有跳车现象。③落水管缺失，桥面排水系统无排水管引导落下。

4)静动荷载试验

对本桥加1#～加 2#跨、2#～3#跨及 3#～4#跨的静载试验结论如下:该桥的静力工作性能较差，承载能力不足，不能满足汽－20和挂－100设计荷载等级的要求。动载试验结果表明:该桥刚度偏小，振动响应较大，行车性能较差。

2.2 病害分析

采用桥梁博士对全桥20跨连续梁桥进行整体验算。结构计算分析以现场实际以及设计图纸所示跨度、跨数、断面尺寸及支承形式为基础，对桥梁分别按照桥梁设计时的旧规范和现行的新规范分别进行验算。并采用Midas板单元模型分别对24 m桥跨箱梁进行了验算，采用 Midas实体模型对桥墩进行分析。通过以上验算及病害成因分析，并结合动静力荷载试验的结果，可以得出如下结论:①桥梁上部梁体正截面抗弯强度支点(各跨)、L/4(L表示跨径)断面(各跨)、L/2断面(24 m跨)不足，各跨支点处和距支点4 m处抗剪截面尺寸不足，需要对其进行加宽，以提高梁体的承载能力及刚度。②箱梁顶板纵横向正弯矩承载能力不足，需要对其进行加固补强。③桥墩横梁顶部拉应力过大，横梁顶钢筋偏少，抗力不足，需对其进行补强。

对于本桥所出现的病害，究其原因，有以下两个方面:以前设计很少关心截面抗剪，缺少对使用状态挠度和裂缝的验算控制;由于当时空间计算软件应用不普遍，对宽桥结构横向受力的不均匀性缺少必要的计算手段，另外随着大车重车和车流量大幅度增加，加剧了这种缺陷发生。

3 加固设计方案

本桥加固维修时，遵循如下的原则:①不改变原桥纵横向坡度;②加固后桥梁正截面、斜截面承载能力满足《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)公路－II级荷载要求。③加固后增加的恒载为:新增厚度不超过6 cm，防撞护栏顶增加钢栏杆后增加荷载不大于0.5 kN/m。

根据对该桥的计算分析及加固原则，本次加固方案主要为以下几方面。

3.1 箱梁腹板加固

由于腹板抗剪截面尺寸不够，对全桥腹板增加厚度以加大抗剪截面尺寸。新增腹板外边线与桥梁原外边线平行，新增腹板为斜腹板，等厚度为35 cm。为保证新增腹板与原桥主梁连接较好，采取以下构造措施:①在原腹板外缘植筋、凿毛并加混凝土界面剂，增强连接;②在两横隔板之间新增腹板位置，每隔90 cm间断凿除原箱梁翼板40 cm×40 cm，使该处新增腹板箍筋箍住翼板顶钢筋，从桥面浇筑及振捣混凝土;③在翼板与腹板交接处预埋φ20 mm的注浆小导管，待混凝土浇筑7 d并达到设计强度后，进行二次压浆，注浆压力为1～2 MPa，消除新旧界面之间由于混凝土收缩引起的结构断面不密实，以保证新旧混凝土的良好连接。

3.2 箱梁梁底加固

为了增强桥跨结构中间段的正截面抗弯承载力，拟在桥跨整跨箱梁底(包括新增腹板)间隔粘贴钢板，钢板每片宽度50 cm，板间净距为60 cm，钢板厚度为6 mm，在钢板的端部采取横向的钢板压条。

对经过加固后的梁体按公路 II级荷载等级进行验算，抗剪截面验算根据《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22—2008)5.2.7，增大腹板厚度后，24 m 跨支点处抗剪截面尺寸满足要求;其他截面抗剪截面与24 m跨支点截面相同，而剪力值比24 m跨的剪力小，故均能满足抗剪截面要求。对经过加固后的梁体的抗弯极限承载力按公路II级荷载等级进行验算，结果见表1。

表1 截面抗弯强度汇总

由上表计算结果得出结论，该加固方法能有效提高正截面抗弯承载能力并使抗剪截面尺寸满足规范要求，加固后桥梁能满足公路II级荷载要求。

3.3 桥面板加厚

箱梁顶板的纵横向正截面强度不满足设计要求，需对其进行加固补强。采取在板顶加厚顶板厚度措施达到提高顶板及全梁整体承载能力的目的。

本加固设计为将原桥面的6 cm厚的钢纤维混凝土桥面凿除，新铺10 cm厚的C40混凝土桥面，以与原箱梁顶板形成组合截面，达到加大截面的高度，上面再铺2 cm厚的超薄磨耗层。超薄磨耗层中改性沥青的含量在63%以上，在45℃ ～50℃温度下，黏结力达0.8 MPa。0.6 mm方孔筛通过率100%;0.075 mm方孔筛通过率75%～100%。

凿除桥面铺装层时，要求将原桥面铺装层完全凿除至露出桥面板混凝土新鲜骨料并清洗干净，表面要求毛面，凿毛深度需＞1cm，并在桥面植剪力钢筋，在墩顶布加强钢筋。并在加铺前，涂混凝土截面剂。

3.4 桥墩加固

针对Y形桥墩横梁顶端水平筋不足，本设计采用对Y型桥墩横梁上分叉处钻孔，植高强精轧螺纹钢筋，张拉预应力，在横梁上外包混凝土。钢筋采用JL32高强精轧螺纹钢筋，张拉控制应力 σcon=0.80 fpk，fpk是钢筋的设计强度，取744 MPa，计算得每根钢筋张拉力595 kN，一端张拉，张拉延伸量为15 mm，以张拉力与延伸量双控制，以张拉力控制为主，误差控制在+6%。布置如图3所示。

加固范围:所有非墩梁固结桥墩。钻孔时先采用小直径钻头探孔，确定无主筋后，换大直径钻头成孔。

加固顺序为:桥墩封闭裂缝→钻孔植入高强精轧螺纹钢筋→横梁顶植筋，配普通钢筋，外包混凝土→张拉预应力→灌浆→封锚。

3.5 防撞墙上加护栏

防撞墙高度仅74 cm不满足现行的交通设施规范，本设计为在防撞墙顶加设钢护栏到总高度达到100 cm，可避免将旧的防撞墙拆除。在原防撞墙顶面打膨胀螺栓，设置法兰盘，法兰盘上焊接支架，钢护栏与支架焊接。

3.6 灌浆封闭裂缝

图3 桥墩拉杆布置(立面)(单位:cm)

箱梁的底板、腹板、翼板和横隔板存在的裂缝以及在桥墩、桥台等结构存在的裂缝，当宽度＞0.15 mm时采用压浆补缝措施，当宽度＜0.15 mm时采用表面裂缝封闭处理，封闭裂缝后才进行加固。灌缝前先用钢丝刷清除缝口表面涂料、浮渣并打毛，然后用压缩空气吹尽缝口浮尘。用工业丙酮清洗缝口后，刷上一层裂缝密封胶进行裂缝封闭，厚度不小于2 mm。

4 结束语

随着现代交通的发展，桥梁在交通中的地位越来越重要，为了确保建成的桥梁保持良好的运营状态和正常的使用功能，当务之急是及时发现早期病害，采取有效的维修养护措施，以控制病害发展或把病害清除。对于不同结构的桥梁，根据其病害形式，同时要充分考虑加固方法的可行性，从而采用有效的维修及加固方法。

［1］姚玲森.桥梁工程［J］.北京:人民交通出版社，1993.

［2］中华人民共和国交通部.JTG 041—2000 公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］王茜茜.预应力连续梁桥加固效果试验评定研究［J］.铁道建筑，2010(7):18-20.

［4］李永河.高平大桥V型墩连续梁原位荷载试验分析及加固对策［J］.铁道建筑，2010(9):43-45.

［5］中华人民共和国交通部.JTG/T J22—2008 公路桥梁加固设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2008.

［6］中华人民共和国交通部.JTG D62—2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.