毛 敏，郭文龍，呂立寧

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

運營中的橋梁不但受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，還要承受風(fēng)、地震、車輛等自然環(huán)境和人為因素的作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化；再加上設(shè)計規(guī)范和理論的不完善、施工質(zhì)量問題以及運營交通量劇增、車輛超載等多方面的原因，目前相當數(shù)量的橋梁已提前發(fā)生損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)退化，甚至出現(xiàn)安全問題，這就涉及到橋梁加固。另外還有相當一部分的橋梁涉及到路網(wǎng)升級，公路等級提高，這使得原有橋梁的承載能力不能滿足要求，需要提載加固。

目前橋梁加固方法有增大截面法、粘貼鋼板加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法等[1]。其中，體外預(yù)應(yīng)力加固屬于主動加固，加固效果最為顯著[2]。體外預(yù)應(yīng)力鋼束具有布置靈活、受力明確、安全可靠，施工過程無需中斷交通等優(yōu)點；特別是體外預(yù)應(yīng)力在后期結(jié)構(gòu)運營過程中可以實現(xiàn)對鋼絞線進行二次張拉或換索，這些優(yōu)勢是其他加固方法所無法比擬的[3]。

1 工程概況

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)形式

橋梁全長144.2 m，橋面單幅寬度為1.75 m(人行道)＋9 m（行車道）＋1.75 m（中央分隔帶）。上部結(jié)構(gòu)為7×20 m鋼筋混凝土簡支T梁，橫向布置5片T梁；下部結(jié)構(gòu)為雙柱式墩、柱式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁總體布置圖、斷面圖分別見圖1、圖2。原設(shè)計荷載等級：汽車-20級，掛車-100。因車流量增大、路網(wǎng)升級等原因，需要將荷載等級提高到公路-Ⅰ級。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：cm）

圖2 橋梁斷面圖（單位：cm）

1.2 橋梁提載加固前檢測結(jié)果

提載加固前首先對原橋進行檢測，了解橋梁目前的運營狀況；然后選取部分試驗跨進行荷載試驗，評估橋梁的受力性能。

1.2.1 橋梁病害檢測結(jié)果

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，橋梁主要病害如下。

a）上部結(jié)構(gòu) 腹板有大量豎向裂縫，主要分布于各跨L/8～7L/8之間，間距30～50 cm，豎向裂縫從梁底向上延伸40～60 cm不等，裂縫寬度一般在0.05～0.2 mm之間。第四跨1號邊梁L/2處有1條豎向裂縫從梁底延伸至翼板根部，縫寬0.5 mm。濕接縫滲水、侵蝕嚴重；混凝土局部剝落、露筋。部分T梁翼板邊緣雨水侵蝕并伴有白華；大部分橫隔板焊接鋼板松動。

b）附屬設(shè)施 橋面凹凸不平、有多處龜裂和坑槽，第六跨橋面從5號墩到3L/4范圍有2道2～5 mm寬的縱向裂縫。橋面連續(xù)處均已開裂。部分欄桿破損、銹蝕嚴重，人行道存在嚴重錯臺現(xiàn)象。泄水孔有不同程度的滲水，泄水管銹蝕嚴重，部分支座被填埋。主要典型病害見圖3。

圖3 橋梁典型病害

1.2.2 橋梁荷載試驗結(jié)果

2011年8月進行荷載試驗（加固前），加載采用汽車-20級，掛車-100標準加載，加載荷載效率為：跨中正彎94.0%、支點剪力94.0%。荷載試驗結(jié)果表明：原橋的抗彎強度及抗彎剛度基本能滿足原設(shè)計荷載等級（汽車-20級，掛車-100）的要求，但安全儲備不足。

1.2.3 主要病害原因分析

該橋原設(shè)計為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計梁體允許開裂。但由于該橋車流量大且重載車輛密集，在大流量、密集重載車輛的反復(fù)作用下，造成部分裂縫寬度超出了設(shè)計允許值，梁體承載能力下降。

預(yù)制橫隔板之間僅采用一道6 cm寬的鋼板焊接，橫向聯(lián)系較弱。在汽車荷載的反復(fù)作用下，大部分焊接鋼板已松動。這導(dǎo)致部分主梁“單梁受力”，使得單梁承受荷載過大，長期處于超設(shè)計荷載狀態(tài)，惡化橋梁受力狀況。橋面鋪裝破損，也加速病害的發(fā)展。

2 提載加固設(shè)計總體方案

根據(jù)橋梁病害調(diào)查、加固前荷載試驗報告、提載等級以及理論計算，制定如下體外預(yù)應(yīng)力加固方案：a）拆除橋面鋪裝并鑿除縱向濕接縫。b）處治梁體病害。c）每片T梁腹板兩側(cè)各張拉一束3-φS15.2的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，支點附近豎向粘貼雙層Ⅲ型碳纖維布。d）用鋼板加強橫隔板聯(lián)系，現(xiàn)澆縱向濕接縫。e）澆筑12 cm厚雙層鋼筋網(wǎng)混凝土橋面。

加固設(shè)計方案圖見圖4，加固后的實橋效果見圖5。

圖4 加固設(shè)計方案圖

圖5 實橋加固效果圖

3 提載加固效果驗證

3.1 加固后荷載試驗結(jié)果

2014年3月完成了提載加固后的荷載試驗，本次加載采用公路-Ⅰ級標準加載，加載荷載效率為：跨中正彎99.3%、支點剪力104.1%。試驗結(jié)果如下。

由各主要控制測試斷面混凝土正應(yīng)力校驗系數(shù)表可以看出，加固后正應(yīng)力的上緣校驗系數(shù)主要集中在0.51～0.65范圍內(nèi)，下緣平均校驗系數(shù)集中在0.51～0.59范圍內(nèi)，表明試驗跨主梁現(xiàn)有的抗彎強度能夠滿足加固設(shè)計要求。各主梁控制測試斷面混凝土正應(yīng)力校驗系數(shù)見表1。

表1 各主要控制測試斷面混凝土正應(yīng)力校驗系數(shù)表（加固后）

由各主要控制測點撓度校驗系數(shù)表可以看出，加固后撓度值的校驗系數(shù)主要集中在0.54～0.63范圍內(nèi)，平均校驗系數(shù)集中在0.55～0.65范圍內(nèi)，表明試驗跨主梁現(xiàn)有的抗彎剛度能夠滿足加固設(shè)計要求。各主要控制斷面撓度校驗系數(shù)見表2。

表2 各主要控制斷面撓度校驗系數(shù)表（加固后）

3.2 加固前后荷載試驗結(jié)果對比

為了直觀評估加固效果，2014年3月荷載試驗加載2的荷載效應(yīng)和2011年8月荷載試驗加載2荷載效應(yīng)相當。通過對比加固前后結(jié)構(gòu)響應(yīng)可知，加固后相同荷載效應(yīng)作用下結(jié)構(gòu)控制斷面下緣應(yīng)變降低值主要集中在14%～33%，3～5號梁平均降低16%～31%；結(jié)構(gòu)控制斷面撓度降低值主要集中在25%～36%，3～5號梁平均降低21%～38%，加固效果明顯。加固前后應(yīng)變、撓度對比見表3、表4。

表3 加固前后L/2測試斷面混凝土下緣應(yīng)變對比表

4 結(jié)語

通過加固前后荷載試驗結(jié)果對比情況分析：體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)提載效果明顯，在舊橋加固、提載改造方面具有良好的應(yīng)用前景。