體外預應力在佳木斯松花江大橋加固中的應用

竇大峣

(黑龍江省公路勘察設計院)

1 項目背景及概況

佳木斯松花江公路大橋位于黑龍江省佳木斯市，橋梁全長1 396.2 m，橋寬17 m。主橋為帶掛孔的預應力混凝土T型剛構橋，分跨為55+100+5×120+100+55 m，采用雙箱單室箱形截面。該橋于1989年9月建成通車，是鶴大公路跨越松花江的唯一通道，自投入運營以來，一直承受著繁重的交通荷載，對省內各地區的經濟發展起到了極為重要的作用。

該橋自1989年投入使用約18年后(至2007年)，發現主橋的懸臂端牛腿出現下撓現象，下撓量達10.3 cm，影響了橋面行車的安全和結構的正常使用。為查明導致梁端下撓的根本原因，了解橋梁主要構件的真正受力狀態，對佳木斯松花江公路大橋進行了全面的檢測，為下一步正確地判斷該橋的現有狀態和安全性，并對其進行維修加固改造提供科學的依據。

2 舊橋檢測主要病害

通過對該橋的全面檢測得出主要結論如下。

(1)橋面鋪裝面層破損嚴重，橋面凹凸不平，不平整，當重載車輛高速通過時，橋梁產生較大的振動，對結構的沖擊作用明顯。

(2)大部分伸縮縫存在著不同程度的損壞，表現為伸縮裝置橡膠的變形、錯位、脫落、翹曲、斷裂等;至少有一半以上的伸縮裝置，由于其局部破損部位被混凝土封住，導致伸縮縫失去了正常的伸縮功能。

(3)經詳細檢測發現該橋出現不同程度的箱梁腹板開裂、箱梁頂板縱向裂縫、箱梁橫隔梁豎向裂縫、箱梁牛腿外側開裂。

(4)由于T構懸臂端的下撓和掛梁長期反拱引起的上拱，導致橋面系在掛梁處出現了折線線形，使橋面系呈波浪狀起伏，造成了橋面線形的不平順。牛腿相對于擬合參考線形發生的最大下撓在5#墩的懸臂末端，為103 mm。

根據加載試驗的結果和對結構的分析，雖然牛腿處發生了下撓現象，但T構箱梁各截面的承載能力和剛度并沒有降低，沒有出現能夠影響到結構受力性能的裂縫，T構的各個構件如墩柱、牛腿、掛梁、懸臂等始終處于良好的工作狀態，T構的混凝土、普通鋼筋、預應力鋼筋、支座等沒有出現任何質量問題和耐久性問題，因此，可以排除由于主梁截面剛度下降、截面抗力下降以及預應力大量損失等導致下撓的原因，認為后期變形主要由混凝土的收縮、徐變引起。另外，該橋設計時設置的成橋預拱度偏小，也是導致后期線形不平順的一個因素。

3 加固措施

綜合外觀檢測、動載試驗等結論，同時考慮到本橋維修施工半封閉交通、施工期短的特點，確定本橋主要加固原則及措施如下。

(1)橋梁振動過大的問題:主要與橋面鋪裝層平整度太差及伸縮裝置破壞有關。因此決定對橋面鋪裝層和伸縮裝置做徹底的改造。

(2)針對箱梁腹板開裂、箱梁頂板出現縱向裂縫、箱梁橫隔梁出現豎向裂縫、箱梁牛腿外側開裂的病害，決定采用壓力灌封、封閉裂縫及不同方式粘貼鋼板的方式進行加固。

(3)橋梁下撓過大的問題:分析認為T構下撓過大與早期混凝土的收縮、徐變有關，排除了主梁截面剛度下降、截面抗力下降以及預應力大量損失等因素，因此，不需提高結構進行強度和剛度加固。

為做到橋面線形平順，可采用橋面瀝青鋪裝混凝土找平，但由此帶來的問題是額外的找平層增加了結構的自重荷載，因此對原結構進行驗算。發現橋梁結構的承載力不滿足規范要求，需采用體外預應力進行加固提高結構的承載力。

在車輛荷載作用下橋梁結構將產生振動，同時也會引起體外索的振動。若體外索振動過大，將導致索內產生較大的索力變化，這對體外索的抗疲勞性能和錨具的工作性能不利。為防止在車輛荷載作用下體外索產生過大的振動，需要對體外索采取減振措施。

本橋體外索減振裝置采用減振橫梁配合減振支架的方法，見圖1。先在箱梁兩腹板之間設置橫向的減振橫梁，橫梁由兩根槽鋼組成，位于體外索下方并靠緊體外索的護套管，橫梁的兩端通過錨固鋼板固結在箱梁腹板上。減振橫梁每隔6 m設置一道。

圖1 體外索減振裝置構造圖

減振支架由橡膠墊塊、半圓形鋼套管和鋼支架組成。松散的體外束由橡膠墊塊和兩個半圓形鋼套管收緊后，通過鋼支架固定在減振橫梁上。減振橫梁上方的護套管需要剝除。

為使各體外束在護套管內更緊密地結合成為整體，在護套管內設置了體外束收緊裝置，見圖2。收緊裝置由橡膠墊和外面的收緊鋼板組成，每隔3 m設置一道。

圖2 體外束收緊裝置

綜上所述，本次維修加固，通過橋面系處理、鋼板粘貼、伸縮縫更換、設置體外索、裂縫灌注等措施，大大提高了結構的承載能力、動力工作性能和耐久性，達到了橋梁維修加固的預期效果。檢驗了加固方案的合理性，為同類型橋梁結構加固的加固和荷載試驗提供了參考依據。