橋梁加固維護施工監控研究

■顧 威 ■遼寧省交通高等專科學校，遼寧 沈陽 110122

近年來橋梁加固維護工程逐漸增多［1-4］，沈陽市某橋采用體外預應力形式對橋梁進行加固取得了良好效果，在加固維護施工過程中進行了全程橋梁加固維護施工監控。

1 橋梁概況

該橋上部結構采用三孔變截面預應力混凝土連續箱梁。全橋橋寬25.5m，分上、下行橋修建，每半幅橋采用單箱單室斷面。橋墩22#墩中心線為變坡點，左側設+2%縱坡，右側設-3%縱坡，豎曲線要素為R=4500m，T=112.45m，E=1.406m;主橋平面位于直線段與緩和曲線上，直線段內橫向坡度為雙向1.5%，緩和曲線段內橫向坡度由雙向1.5%過渡為單向2.31%。

主橋上部結構主梁采用三向預應力混凝土結構，每半幅橋箱梁頂面寬度為12.5m，底面寬度為6.9m，翼緣板長為2.8m，箱梁頂、底板橫向為平坡，橋面橫坡由橋面鋪裝形成。箱梁根部斷面梁高為5.5m，跨中及邊跨合攏段斷面梁高為2.3m。底板厚度箱梁根部斷面為70cm，跨中及邊跨合攏斷面為30cm。頂板厚度為30cm，腹板厚度采用40cm、60cm兩種。

主橋縱向預應力鋼束分頂板束和底板束兩種，頂、底板鋼束均采用9φj15.24mm 鋼絞線，設計張拉噸位為 1740KN、1699KN、1652KN，相應錨具采用OVM15-9型;橫向預應力鋼束采用φs5mm碳素鋼絲，設計張拉噸位565KN，采用一端張拉方式，張拉端錨具采用GZ5-24型弗氏錨具，非張拉端配置DM5B-24鐓頭錨板;豎向預應力鋼筋采用直徑為25mm的高強精軋螺紋粗鋼筋，設計張拉噸位為331KN，采用梁頂一端張拉方式，配φ25軋絲錨具。

2 主橋病害情況

該橋梁經過多年的運營，出現了較多的病害。該橋主橋存在如下的病害:(1)多處橋面鋪裝和伸縮縫損壞嚴重。防撞墻和中央分隔帶破損現象嚴重;表層混凝土開裂、脫落，鋼筋銹蝕、外露。中央分隔帶有部分缺失現象。東、西兩幅橋連接處滲水嚴重。(2)各跨箱梁腹板和頂板均有裂縫［5］，箱梁底板開裂現象較為嚴重。

箱梁腹板裂縫主要為斜向裂縫，越靠近跨中傾斜角越小，在跨中4m范圍內為豎向裂縫;箱梁頂板裂縫為順橋向裂縫，箱梁頂板裂縫主要集中在各幅橋箱梁中心線附近;除東幅橋跨中少數裂縫有滲水現象外，其它各裂縫尚未發現滲水現象。見裂縫分布圖1。

圖1 該橋東幅邊跨裂縫分布示意圖

3 主橋處理措施

3.1 抑制腹板裂縫措施

通過腹板內側加厚腹板，并在其內增設縱向腹板束，來大大改善箱梁腹板縱、橫向主拉應力狀況，進而在后期的運營過程中，抑制腹板裂縫進一步發展。

3.2 增設底板體外縱向預應力鋼束及腹板束

在箱體內布置底板體外束及腹板束來提高橋梁的承載力，使維護后的結構維持汽車-20級、掛車-100標準，并保證有一定的安全儲備。

4 施工監控方法

目前在加固施工橋梁施工控制方面應用較多的為自適應控制理論。對于預應力混凝土橋梁，施工中每個工況的受力狀態達不到設計所確定的理想目標的重要原因是計算模型中計算參數的取值問題，主要是混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數和永存預應力等與施工中實際情況有一定的差距以及環境溫度、臨時荷載的影響。要得到比較準確的控制調整措施，必須先根據施工中實測到的結構反應來修正計算模型中的這些參數值，以使計算模型在與實際結構磨合一段時間后，自動適應結構的物理力學規律，當計算模型與實際結構相吻合后，再用計算模型來指導以后的施工，這就是自適應控制的基本原理。在閉環反饋控制基礎上，再加上一個系統辯識過程，整個控制系統就成為自適應控制系統。

主梁變形觀測內容中主要包括以下幾個方面:

(1)措施及測點布置

測量橋面標高及水平變位，各橋跨的墩頂、L/8、L/4、L/2處箱梁中心線及兩翼緣板端部各一點，共150點。

(2)實施內容要點

①鑿除鋪裝后上述各點的橋面標高;②張拉完底板縱向體外預應力鋼束后測量各點的橋面標高，并且施工過程中定期測量各點的橋面標高;③澆筑完腹板加厚段混凝土后各點的橋面標高;④張拉完腹板束后各點的橋面標高;⑤加固施工完成后測量各點的橋面標高。

5 施工監控數據分析

5.1 位移數據分析

主橋西箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的西箱各跨跨中位移進行測量。邊跨張拉對中跨和遠端邊跨跨中位移的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中位移影響亦很小;主橋東箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的東箱各跨跨中位移進行測量。邊跨張拉對中跨和遠端邊跨跨中位移的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中位移影響亦很小。

主橋西箱、東箱各跨的位移上拱值均小于理論計算值，校驗系數在0.448～0.936之間，說明在底板束張拉時，橋梁處于安全施工狀態，施工過程中的橋梁剛度滿足要求。

腹板預應力束張拉后并進行灌漿后，進行各跨跨中位移測量，各跨跨中位移沒有明顯變化。

從上拱值可以看出，張拉底板預應力束對橋梁的剛度有一定的提高，說明底板預應力束對主橋全橋的剛度有一定程度的貢獻，能夠改善并提高主橋在使用過程中的剛度;腹板預應力束對橋梁的剛度的貢獻不明顯。

從位移的角度看，該橋加固維修工程在底板預應力束張拉和腹板預應力束張拉施工過程中，橋梁處于安全施工狀態，達到加固設計的要求。

5.2 應變數據分析

主橋西箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的西箱各跨跨中應變進行測量。邊跨張拉對中跨和遠端邊跨跨中應變的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中應變影響亦很小;主橋東箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的東箱各跨跨中應變進行測量。邊跨張拉對中跨和遠端邊跨跨中應變的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中應變影響亦很小。

主橋西箱、東箱各跨的應變值均小于理論計算值，校驗系數在0.603～0.939之間，說明在底板束張拉時，橋梁處于安全施工狀態，施工過程中的橋梁應力狀態滿足要求。

腹板預應力束張拉后并進行灌漿后，進行各跨跨中位移測量，邊跨跨中箱梁頂板應變值平均增加30με，中跨跨中箱梁頂板應變增加75με。可見腹板預應力束在底板預應力束的基礎上，進一步改善了主橋主梁的應力狀態。

從應變值可以看出，張拉底板預應力束對橋梁的強度有一定的提高，說明底板預應力束對主橋全橋的強度有一定程度的貢獻，能夠改善并提高主橋在使用過程中的應力狀態;腹板預應力束對橋梁的應力狀態能夠進一步的改善。僅預應力束張拉對主橋各應變測點實現了全截面受壓。

從應變的角度看，該橋加固維修工程在底板預應力束張拉和腹板預應力束張拉施工過程中，橋梁處于安全施工狀態，達到加固設計的要求。

溫度應力實測值在底板預應力束張拉前后變化較小;腹板混凝土澆筑后的收縮徐變值對主橋影響較小。

6 結論

(1)從位移的角度看，該橋加固維修工程在底板預應力束張拉和腹板預應力束張拉施工過程中，橋梁的剛度處于安全施工狀態，進而達到加固設計的要求。

(2)從應變的角度看，該橋加固維修工程在底板預應力束張拉和腹板預應力束張拉施工過程中，橋梁的強度處于安全施工狀態，進而達到加固設計的要求。

(3)預應力束的張拉值均滿足規范要求。全橋在施工過程中強度和剛度對應實測值均小于理論值，說明全橋在施工過程中處于安全施工狀態，進而達到加固設計的要求。

［1］趙友松，付勝利，周應新，王浩，孫武云，袁杰.大跨度連續剛構橋的施工監控［J］.公路.2009(04).

［2］文武松.蘇通大橋輔橋連續剛構施工控制［J］.橋梁建設.2008(04).

［3］郝志強.主跨145m剛構—連續組合體系橋梁施工監控［J］.山西交通科技.2006(03).

［4］曾德榮.橋梁施工監測應力真值分析方法［J］.重慶交通學院學報.2005(06).

［5］詹建輝，陳卉.特大跨度連續剛構主梁下撓及箱梁裂縫成因分析［J］.中外公路.2005(01).