曾賢斌

（中交三航局湖南分公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

為了保證橋梁在未到設(shè)計年限階段的安全運(yùn)營，通過定期橋梁檢測，發(fā)現(xiàn)我國諸多舊橋中，下部結(jié)構(gòu)完好，上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，對交通安全造成極大隱患。相比起重建新橋，通過對舊橋的維修加固將大大節(jié)約成本，又可以消除交通安全隱患，因此橋梁加固技術(shù)的研究必將推動橋梁建設(shè)和交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，其中如何對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固顯得尤為重要[1]。

橋梁加固設(shè)計實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)很重要，不僅要認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場考察，還要根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)對不同橋梁進(jìn)行加固方法分析，最終選擇最為合理的加固方案。常見的提高橋梁承載力和剛度的加固方法有粘貼鋼板加固、體外預(yù)應(yīng)力加固、增大構(gòu)件尺寸加固等，而增大構(gòu)件尺寸后進(jìn)行體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固的方法在加固設(shè)計中較少采用。本文通過30 m簡支箱梁橋?yàn)槔?，對該方法進(jìn)行設(shè)計計算分析和施工介紹，為廣大橋梁養(yǎng)護(hù)加固設(shè)計人員提供參考。

1 工程概況

某橋梁為三跨30×4=120 m等截面簡支箱梁橋，橋面寬15.5 m，橋梁設(shè)計荷載等級為公路-Ⅰ級。該橋上部結(jié)構(gòu)采用C50混凝土，梁高1.6 m，橫向布置5片小箱梁。下部結(jié)構(gòu)為圓柱式橋墩樁基礎(chǔ)，支座為板式橡膠支座及四氟滑板橡膠支座。橋面為10 cm瀝青混凝土橋面和10 cm厚的C40橋面調(diào)平層。橋梁橫斷面見圖1。

圖1 橋的橫截面（單位：mm）

1.1 橋梁現(xiàn)狀及病害

通過定期橋梁檢測，發(fā)現(xiàn)該橋上部結(jié)構(gòu)跨中處存在大量橫向裂縫，裂縫寬度多在0.15～0.3 mm之間，同時腹板處多處出現(xiàn)斜向裂縫，少量與底板形成貫通的U形裂縫。裂縫典型病害示意見圖2、圖3。

通過橋梁靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該橋的跨中截面抗彎承載能力檢算和支點(diǎn)截面抗剪承載能力檢算已不滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中有關(guān)要求，跨中截面抗彎承載能力檢算見表1，支點(diǎn)截面抗剪承載能力檢算見表2。

圖2 腹板斜向裂縫

圖3 箱梁底的橫向裂縫

表1 第一跨箱梁跨中截面抗彎承載能力檢算 kN·m

表2 1#臺支點(diǎn)截面抗剪承載能力檢算 kN

1.2 病害成因分析

根據(jù)現(xiàn)場勘察和橋檢報告，加固前對舊橋進(jìn)行病害成因詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)主要原因有以下幾個方面：

（1）設(shè)計原因。通過對比該橋竣工設(shè)計圖紙和小箱梁通用圖紙，發(fā)現(xiàn)該橋預(yù)應(yīng)力鋼束過早起彎，上部鋼束起彎點(diǎn)比通用圖紙中起彎點(diǎn)偏早，而且在預(yù)應(yīng)力鋼束數(shù)量上比通用圖紙中少2束[2]。

（2）該橋所在路段處于繞城高速，重型貨車日流通量相比設(shè)計時增多，超載貨車夜間通行等問題突出，加劇了裂縫的產(chǎn)生。

（3）施工時不注意橫隔板振搗養(yǎng)護(hù)，橫隔板處在運(yùn)營過程中開裂，造成梁片單梁受力。

2 加固方法對比分析

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地勘察，該橋所處山區(qū)地勢，長期有霧氣環(huán)繞，如果單純采取體外預(yù)應(yīng)力加固，鋼束長期暴露在霧氣中，使用壽命將大為縮短，而且需要加大對鋼束的檢查，都將造成后期養(yǎng)護(hù)成本提高；而單純采用增大截面尺寸，將造成原梁尺寸過大，又加重梁體自身重量和下部結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，不夠經(jīng)濟(jì)與美觀；粘貼鋼板加固方法與體外預(yù)應(yīng)力一樣，暴露于霧氣中的鋼板會加速腐蝕，存在后期養(yǎng)護(hù)成本過高等問題。

采用增大截面加體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固方法對該橋進(jìn)行加固，不僅解決了腹板斜裂縫的問題，而且體內(nèi)預(yù)應(yīng)力在外包混凝土的保護(hù)下又可長期有效，該加固方法在特殊環(huán)境下有著顯著的優(yōu)勢。經(jīng)過以上比較分析，采用增大截面加體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固方法對該橋進(jìn)行加固。

3 采用增大截面加體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固方法計算分析

3.1 結(jié)構(gòu)加固具體方法

在箱梁的腹板兩側(cè)植筋，增大截面尺寸，放好鋼束的定位鋼筋，澆筑15 cm厚C50混凝土，在腹板兩側(cè)增設(shè)齒板，通過齒板和定位鋼筋設(shè)置通長4束5?s15.2鋼束，并張拉預(yù)應(yīng)力。由于腹板增厚必將導(dǎo)致梁體重量的增加，根據(jù)原支座的承載能力，視具體情況決定是否需要更換支座。加固設(shè)計見圖 4、圖 5。

圖4 箱梁加固設(shè)計圖（單位：mm）

3.2 加固計算分析

本橋根據(jù)實(shí)際情況，不僅要消除交通安全隱患，還要在原有基礎(chǔ)上提高原梁跨中承載力，提高后的跨中截面彎矩組合設(shè)計值為14 041 kN·m。本文通過加固后箱型梁受力分析和加固前進(jìn)行對比，參考公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[3]中體外預(yù)應(yīng)力加固和增大截面加固公式，具體情況具體分析，給廣大設(shè)計者提供參考。

圖5 箱梁加固橫斷面設(shè)計圖（單位：mm）

加固設(shè)計計算：

通過查閱工程竣工圖紙和有關(guān)資料得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpd，e=1260MPa，彈性模量Ep，e=1.95×105MPa，計算跨體外鋼絞線有效長度le=30 951 mm，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積Ap，e=139×4×5=2 780 mm2?？v向普通受拉鋼筋A(yù)s=3 563 mm2。

（1）體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力σpu，e

式中：hp，e為體外預(yù)應(yīng)力筋合力作用點(diǎn)到截面頂面的距離。

hp，e體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力 σpu，e公式為

式中：fcu，k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，50 MPa；b為箱梁腹板寬度；β為混凝土受壓區(qū)高度折減系數(shù)，取0.8；σpe，e為預(yù)應(yīng)力鋼束的永存預(yù)應(yīng)力，取1212MPa；γp為預(yù)應(yīng)力鋼材的安全系數(shù)，取2.2。

經(jīng)過上式計算，體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力為1217 MPa（＜1 260 MPa)。

（2）正截面抗彎承載力計算

預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋的合力作用點(diǎn)到梁頂面的距離分別為hs=h-a=1 393 mm。由

得截面受壓區(qū)高度x=289 mm＜ξbhs=552 mm，且屬于第二類T形截面。（公式中符號意義詳見加固設(shè)計規(guī)范。）加固后梁的抗彎承載力為：

計算結(jié)果表明，加固后跨中正截面抗彎承載力滿足要求。

4 施工注意事項(xiàng)及加固后效果跟蹤

4.1 施工注意事項(xiàng)

（1）為保證新舊混凝土良好結(jié)合，原混凝土的表面應(yīng)鑿成凹凸差不小于6 mm的粗糙面，植入的鋼筋嚴(yán)格按照加固規(guī)范的要求[4]。

（2）由于增大截面施工的作業(yè)空間較小，本工程采用滿堂吊架進(jìn)行施工，施工過程采用自錨固體系的鋼模板，澆筑混凝土?xí)r在橋面上標(biāo)注翼緣板位置，在標(biāo)注處開孔澆筑自密實(shí)混凝土，振搗采用附著式振搗器，確?；炷翝仓馁|(zhì)量[5]。

（3）橋梁加固前應(yīng)對箱梁底原有的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)；橋梁加固施工期間，需要對橋梁進(jìn)行施工監(jiān)控，保證應(yīng)力和撓度符合設(shè)計要求[6,7]。

（4）嚴(yán)格控制混凝土拌合時的含氣量以及模板的溫度，防止脫模時混凝土表面出現(xiàn)氣泡，麻面等問題影響橋梁的外觀。在施工振搗時，應(yīng)注意觀察，是否有漏漿和振搗不到位的現(xiàn)象發(fā)生。

（5）預(yù)應(yīng)力筋孔道要嚴(yán)格按照設(shè)計經(jīng)行布置，定位鋼筋與設(shè)計鋼筋有沖突的地方，應(yīng)適當(dāng)移動普通鋼筋間距，確?？椎牢恢冒丛O(shè)計要求布置。體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，孔道需要盡早壓漿，禁止邊加原料，邊攪拌，邊壓漿。水泥漿強(qiáng)度不小于50 MPa，要求壓漿飽滿。

（6）張拉預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求，提高混凝土養(yǎng)護(hù)齡期，不得在箱梁混凝土強(qiáng)度和彈性模量還未達(dá)到設(shè)計值和齡期未到設(shè)計要求時就張拉預(yù)應(yīng)力筋。

4.2 加固效果跟蹤

加固施工完成之后，通過竣工驗(yàn)收，并在后續(xù)3 a內(nèi)對橋梁進(jìn)行定期的橋梁檢測。結(jié)果表明，本次加固起到了比較明顯的效果：（1）后續(xù)橋梁外觀檢測中，梁底并未發(fā)現(xiàn)新增裂縫，腹板未出現(xiàn)裂縫，下部結(jié)構(gòu)并未因上部結(jié)構(gòu)橋梁重量增加而出現(xiàn)新的病害。（2）加固后橋梁整體剛度得到明顯改善，當(dāng)重車經(jīng)過時，人在橋上振感明顯減小。（3）通過控制施工中澆筑混凝土的質(zhì)量和采用鋼模板，箱梁腹板的外觀得到明顯的改善。

5 結(jié) 語

通過簡支箱梁為例，對箱梁腹板增大截面體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)進(jìn)行較為詳細(xì)的加固設(shè)計分析，通過計算受力分析給廣大加固設(shè)計者作為一個參考。再經(jīng)過后續(xù)的跟蹤，結(jié)果表明本方法結(jié)合了增大截面和體外預(yù)應(yīng)力加固方案兩者的優(yōu)點(diǎn)，解決了增大截面加固方法在提高梁體承載力的同時過度加重上部結(jié)構(gòu)自身重量、影響橋下凈空的缺點(diǎn)，以及體外預(yù)應(yīng)力加固方法中預(yù)應(yīng)力鋼筋無混凝土保護(hù)、易受外界條件腐蝕失效和在極限狀態(tài)下可能因延性不足產(chǎn)生沒有預(yù)兆的失效的后果。

箱梁腹板增大截面體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)加固后外形得到較大的改善，整體結(jié)構(gòu)承載力、剛度以及耐久性也得到很大程度的提高，該方法具有廣闊的前景和重要的推廣意義。