黃明海 王 萌（鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 河南 鄭州 450001）

隨著橋梁使用年限的增長(zhǎng)、車(chē)流量及車(chē)輛荷載的日益增大，很多公路上的橋梁出現(xiàn)不同程度、各種各樣的病害，嚴(yán)重的還會(huì)危害橋梁結(jié)構(gòu)的安全，甚至造成安全事故。本文結(jié)合某典型病害橋例，結(jié)合檢測(cè)結(jié)果分析病害原因，提出加固措施，以期對(duì)未來(lái)日益增多的舊橋改造提供有價(jià)值的參考。

1 工程概況

該橋位于國(guó)道310上，建于1990年，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為汽車(chē)－超20，驗(yàn)算荷載為掛車(chē)－120，人群荷載為3kN/m2。橋梁左右分為兩幅，中央分隔帶寬2m，單幅4車(chē)道，行車(chē)道寬18.25m，人行道寬1.25m，防撞墻寬0.5m，全橋長(zhǎng)5孔50m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T型梁，橫向由8片T梁組成，翼板由鋼板搭接連接，梁間每隔7m設(shè)一道橫隔梁。下部結(jié)構(gòu)為樁柱接蓋梁結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，每墩設(shè)三根立柱，柱高約20m，柱徑1.8m，樁徑2.0m。

2 主要病害情況

該橋主梁、 橫隔梁及墩柱分別出現(xiàn)不同程度的病害。分別如下：

1）主梁

主梁裂縫有密集型、破損嚴(yán)重型和可閉合型裂縫。個(gè)別梁體裂縫達(dá)30條之多。按梁統(tǒng)計(jì)表明，顯裂縫的出現(xiàn)率約為1/8＝12.5%，可閉合裂縫的出現(xiàn)率按梁統(tǒng)計(jì)約為2/8＝25%，均出現(xiàn)在主梁跨中的梁橫隔梁之間?？砷]合裂縫分布密集，有發(fā)展趨勢(shì)，成為主梁結(jié)構(gòu)安全隱患，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)承載能力和使用壽命。

2）橫隔梁

橫隔梁?jiǎn)栴}主要有兩個(gè)：其一對(duì)接頭失效（見(jiàn)圖1），其一是對(duì)接頭錯(cuò)位（見(jiàn)圖1）。

橫隔梁對(duì)接頭完全失效的左幅橋占17.26%，右幅橋21.43%。

相鄰主梁的橫隔梁對(duì)接部位偏差大多數(shù)在50～59mm范圍，占23.8%，其次是40～49mm的占22.2%。橫隔梁對(duì)接頭偏差嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)荷載的橫向分布和結(jié)構(gòu)的承載能力。

圖1 橫隔梁接頭失效

圖2 橫隔梁接頭錯(cuò)位

3）墩柱

墩柱發(fā)現(xiàn)有明顯的沿柱高方向的豎向裂縫，縫寬均超出正常使用要求，寬度最寬的達(dá)到0.45mm，詳見(jiàn)圖3、圖4；對(duì)于柱裂縫深度，經(jīng)取芯驗(yàn)證，裂縫深度超過(guò)保護(hù)層，進(jìn)入核心受壓區(qū)。個(gè)別墩柱存在水平縫，且裂縫處在發(fā)展過(guò)程中，有連接貫通趨勢(shì)。

圖3 墩頂豎向裂縫

圖4 墩身豎向裂縫

3 橋梁檢測(cè)

鑒于以上病害，對(duì)整個(gè)橋梁進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)、靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)，檢測(cè)情況及主要結(jié)論如下：

（1）無(wú)損檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)主要為確定混凝土強(qiáng)度的回彈試驗(yàn)及混凝土碳化深度測(cè)試，混凝土的回彈試驗(yàn)和碳化測(cè)試結(jié)果表明，現(xiàn)役橋梁的混凝土柱的強(qiáng)度等級(jí)在均值28.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)差3.66 MPa，批推定強(qiáng)度22 MPa，不滿足原設(shè)計(jì)要求（25號(hào)混凝土，約相當(dāng)于C23）；混凝土主梁的強(qiáng)度等級(jí)均值53MPa，標(biāo)準(zhǔn)差2.85MPa，批推定強(qiáng)度48.3 MPa。滿足原設(shè)計(jì)要求（50號(hào)混凝土，約相當(dāng)于C48）。

但存在個(gè)別構(gòu)件強(qiáng)度偏低現(xiàn)象，墩柱的碳化嚴(yán)重現(xiàn)象。

（2）靜載試驗(yàn)

最大靜載試驗(yàn)荷載下，邊梁跨中的梁底面應(yīng)變約為372με（折算應(yīng)力為12.8MPa），校驗(yàn)系數(shù)為2.24；中梁的為593με（折算應(yīng)力為20.5MPa），校驗(yàn)系數(shù)為5.87，大大超過(guò)了校驗(yàn)系數(shù)容許范圍。

中梁靜載試驗(yàn)測(cè)得跨中最大豎向位移為20.04mm，邊梁的為18.67mm，《規(guī)范》規(guī)定結(jié)構(gòu)容許位移[w]＝L/600＝81mm?？紤]自重等因素，最大總撓度為73.84mm＜81.7mm，剛度滿足要求。然而，荷載較小時(shí)校驗(yàn)系數(shù)大于1.0，較大時(shí)又小于1.0，表明結(jié)構(gòu)損傷較為嚴(yán)重。

（3）跑車(chē)試驗(yàn)

跑車(chē)試驗(yàn)在40km/hr速度下的最大動(dòng)荷系數(shù)為μ＝0.11，在60km/hr速度下的最大動(dòng)荷系數(shù)為μ＝0.23，車(chē)速對(duì)動(dòng)荷載系數(shù)影響明顯。

（4）雙梁靜載試驗(yàn)

由于橋梁的第一跨與第三跨現(xiàn)狀不同，進(jìn)行了雙梁靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：左幅橋第一跨的北二梁與北三梁之間的鋪裝層斷裂，荷載橫向分布大大減小，與鋪裝層完好的第三跨比較，第一跨的應(yīng)力（11.3MPa）是第三跨的應(yīng)力（5MPa）的2.26倍，增加126%。

簡(jiǎn)單計(jì)算表明，主梁在橫向分擔(dān)荷載完好的情況下，安全系數(shù)約為1.63，如果考慮15%的預(yù)應(yīng)力損失，安全系數(shù)降為1.38。因此主梁的極限狀態(tài)的儲(chǔ)備是不樂(lè)觀的。

而對(duì)比試驗(yàn)表明，單梁狀態(tài)的構(gòu)件長(zhǎng)期工作在大荷載情況下，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。

4 加固方案

鑒于橫梁連接失效和前期運(yùn)營(yíng)車(chē)輛超載現(xiàn)象普遍等造成橋梁種種損傷和病害，降低了結(jié)構(gòu)的承載能力，需進(jìn)行加固和改造，以提高橋梁的局部和整體結(jié)構(gòu)的安全性，阻止病害的增加和發(fā)展，提高病害橋梁的永久承載能力，達(dá)到提高使用壽命的目的。結(jié)合病害情況和檢測(cè)結(jié)果，分別對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行加固，措施如下：

1）主梁加固措施

根據(jù)無(wú)損檢測(cè)可知主梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)可以滿足原設(shè)計(jì)要求，但靜載試驗(yàn)表明梁梁底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)大大超過(guò)容許范圍，而位移的校驗(yàn)系數(shù)在荷載大小情況下規(guī)律不一，結(jié)合梁體裂縫，綜合判定結(jié)構(gòu)有損傷，且承載能力下降較多，不能滿足原設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，必須對(duì)主梁進(jìn)行加固，提高其承載能力及耐久性。

加固方案主要選擇粘貼碳纖維布，碳纖維布具有強(qiáng)大高，質(zhì)量輕的特點(diǎn)，可以在幾乎不增加原有結(jié)構(gòu)恒載的前提下，極大的提高結(jié)構(gòu)承載力，且碳纖維布剛度較小，可以與底部混凝土充分的粘合在一起。

2）橫向連接加固措施

對(duì)于T梁橋、裝配式小箱梁，空心板橋等多主梁結(jié)構(gòu)的橋梁，橫向連接強(qiáng)度直接決定其活載的橫向分布，若橫向連接能力弱，會(huì)造成單板受力，進(jìn)而影響整橋的承載能力，該橋T梁寬2.47米，橫向聯(lián)系主要采用間距為7米的橫隔梁及T梁翼緣板頂部每隔3米焊接連接的Q235鋼板。

普遍存在的病害是橫隔板接頭失效或錯(cuò)位，而T梁翼緣板間無(wú)濕接縫，焊接連接的鋼板剛度小，橫向傳力的作用有限，而雙梁靜載試驗(yàn)的結(jié)果也正好證明橫向聯(lián)系消弱之后，單梁受力的危害，鑒于此，主要從三個(gè)方面增強(qiáng)橋梁的橫向聯(lián)系。

首先，將缺失的橫隔板接頭重新補(bǔ)焊，同時(shí)增大橫隔板的面積，增加其抗剪剛度及橫向連接剛度（詳見(jiàn)圖5）；其次，由于原設(shè)計(jì)的T梁翼緣板厚度較薄，為避免損傷原有結(jié)構(gòu)，放棄常用的增加濕接縫的處理方案，而采用鋼橫梁連接T梁翼緣板，以增強(qiáng)T梁翼緣板間的橫向聯(lián)系（詳見(jiàn)圖6）；最后，重新鋪設(shè)配置雙層鋼筋網(wǎng)片的橋面鋪裝，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

圖5 橫隔板加固后效果

圖6 鋼橫梁加固T梁翼緣板

3）墩柱加固措施

橋墩墩身裂縫遍布，還出現(xiàn)沿墩身的豎向裂縫，且混凝土強(qiáng)度亦不滿足原設(shè)計(jì)要求，為處理裂縫、提高墩柱承載力，采用在墩柱外周包裹鋼護(hù)筒的方案以加大立柱的抗壓截面，提高承載力，墩柱直徑為1.8米，核芯受壓截面直徑為1.7米，鋼護(hù)筒采用厚度為12毫米鋼板卷制而成，直徑為1.9米，鋼護(hù)筒包裹墩柱后核心受壓混凝土面積提高約25%，也即該項(xiàng)措施可提高約25%的承載能力（實(shí)施圖見(jiàn)圖7）；除此之外，外包的鋼護(hù)筒可以使墩柱受壓混凝土由單向受壓應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換成三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，又大大提高混凝土的抗壓能力，但為使鋼護(hù)筒與原墩柱共同受力，在墩身植入一定數(shù)量的鋼筋，并在隙縫內(nèi)灌注具有微膨脹及自密實(shí)特性的水泥基灌漿料。

圖7 鋼護(hù)筒加固實(shí)施圖

5 結(jié)語(yǔ)

該橋加固完成至今，已正常通車(chē)5年多，每年對(duì)大橋的常規(guī)檢查檢測(cè)，指標(biāo)均良好，原加固采用的主梁粘貼碳纖維方案，橫向聯(lián)系加強(qiáng)措施、墩柱圍護(hù)鋼護(hù)筒方案收到了預(yù)期的目的，有效的解決了橋梁病害，提高了結(jié)構(gòu)的承載能力。

但部分設(shè)計(jì)方案在實(shí)施時(shí)發(fā)現(xiàn)還值得進(jìn)一步推敲，如T梁翼緣板間的鋼橫梁加固，理論上通過(guò)增設(shè)一定剛度的鋼橫梁連接T梁兩側(cè)翼緣板，可以提升橫向聯(lián)系能力，然而在施工中螺栓、鋼橫梁、混凝土板連接很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求的理想水平，如何使加固設(shè)計(jì)方案更進(jìn)一步與施工貼近需舊橋加固方案制定者更深入的考慮；鋼護(hù)筒與上部蓋梁、下部的基樁間的細(xì)節(jié)連接如何能夠保證力的有效傳遞也需進(jìn)一步研究。

[1]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）

[2]公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG /T D62-2004）

[3]公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范（JTG /T D62-2004）

[4]賈魯河大橋橋梁檢測(cè)及加固設(shè)計(jì)報(bào)告 武漢大學(xué)