預應力混凝土連續箱梁橋計算及維修加固

曾利強

（惠州市道路橋梁勘察設計院，廣東 惠州 516001）

預應力混凝土連續箱梁橋計算及維修加固

曾利強

（惠州市道路橋梁勘察設計院，廣東 惠州 516001）

針對（30+40+30）m預應力混凝土連續箱梁的結構受力情況及病害進行分析,提出預應力混凝土連續箱梁的維修加固方案。經采取對裂縫封閉、灌注處理、粘貼鋼板加固補強、張拉預應力束加固等技術措施后,橋梁整體受力性能得到顯著提高。

連續箱梁；橋梁病害；維修加固

1 工程概況

大亞灣白壽灣大橋（原惠澳大道淡澳河大橋）橋梁跨徑布置：5×20 m T梁+（30+40+30）m連續箱梁+5×20 m T梁，橋梁全寬28 m,按雙向六車道設計，兩側各設0.5m防撞墻及1.0 m人行道（或檢修道），中央設防撞分隔欄桿。主橋上部結構為三跨等截面直腹式單箱三室預應力箱梁，為左右分離式雙幅橋，梁高1.6 m。橋梁位于R=12 174 m豎曲線上，橋中心標高為10.98 m。橋面橫坡為1.5%，由橋墩蓋梁1.5%的坡形成，T梁橋面鋪裝層及箱梁在橫向均等厚,水泥混凝土橋面鋪裝。該橋設計荷載為汽車-超20級，掛車-120級，于2000年建成通車。

2 橋梁結構計算及病害分析

大亞灣白壽灣大橋在2013年委托有資質的公路工程質量監測中心進行全面檢測及靜載試驗，檢測結果顯示該預應力連續箱梁底板和腹板存在多處的脹裂、收縮裂縫及網裂等裂縫。箱梁底板多處存在橫向裂縫，裂縫寬度0.1 mm左右，腹板局部存在豎向開裂。此外，該橋橋面磨耗嚴重，粗骨料外露，橋面存在較多的橫向和縱向裂縫，部分裂縫貫通，最大寬度為2 mm,橋面鋪裝存在大面積的網裂和龜裂現象，最大裂縫寬度達2.3 mm。

下面采用平面桿系計算軟件“橋梁博士”對主橋預應力混凝土連續箱梁進行結構受力分析，模型如圖1所示。全橋共劃分64個單元，65個節點。計算采用kN·m制，應力單位為MPa。

圖1 （30+40+30）m連續箱梁分析模型

該橋在維修加固前通過“橋梁博士”計算在承載能力極限狀態最不利荷載組合下主跨連續箱梁彎矩包絡圖如圖2和圖3所示。

圖2 加固前箱梁承載能力正彎矩及抗力包絡圖（單位：kN·m）

圖3 加固前箱梁承載能力負彎矩及抗力包絡圖（單位：kN·m）

由圖2可以看出，邊跨的正彎矩承載能力安全儲備較大，中跨正彎矩承載能力安全儲備較小。因此，箱梁底板多處橫向裂縫應該屬于非結構性開裂，這些病害是主橋梁體施工工藝較差、混凝土保護層厚度不足、養生不到位等原因造成的。

由圖3可以看出，連續箱梁現狀及加鋪橋面鋪裝改造后的支點負彎矩承載能力略為不足，考慮到長久使用安全問題，需對箱梁開裂處進行封閉或灌注處理后，對連續箱梁中跨的底板進行加固處理，對連續箱梁中支點負彎矩區進行加固處理。

3 維修加固措施施工工藝

針對大橋主跨的病害現狀，經過方案比選和詳細分析論證，決定采取封閉、灌注主跨箱梁所有裂縫后，采用粘貼鋼板加固法對主跨連續箱梁中跨底板進行加固處理，采用張拉預應力束加固法對中支點區域進行加固處理，最后橋面加鋪2 cm厚的NovaChip超薄磨耗層，以提高箱梁的整體承載能力和行車安全性和舒適性。

3.1 裂縫處理[1]

3.1.1 封閉裂縫施工工藝

對于裂縫寬度fw＜0.15 mm的細小裂縫，通常采用涂刷環氧樹脂膠進行封縫處理。裂縫封閉施工工藝如下：

（1）表面處理：清除混凝土裂縫周邊油漬、灰塵等雜物，測量和記錄裂縫的寬度。

（2）封閉裂縫：根據封縫膠配合比，配制好封縫膠，配制時將封縫膠顏色調到與原混凝土相似，垂直裂縫方向涂刷第一道。前一道干后再涂刷第二道，涂刷方向與第一次互相垂直。

3.1.2 灌注裂縫施工工藝

對于裂縫寬度fw≥0.15 mm的裂縫，通常采用環氧樹脂膠或其他灌縫材料進行壓力灌漿法灌注裂縫。裂縫灌注施工工藝如下：

（1）表面處理：清除混凝土裂縫周邊油漬、灰塵等雜物，測量和記錄裂縫的寬度。

（2）確定注漿咀位置：裂縫寬度在0.15～1 mm時注漿嘴間距取15～35 cm，根據裂縫寬度越小注漿嘴間距越小的原則，每處裂縫設置不少于2個注漿嘴。

（3）封閉裂縫：根據封縫膠配合比，配制好封縫膠，用刷子涂刷在裂縫上，封閉裂縫，遇到貫通的裂縫時，應同時對兩端進行封閉。

（4）灌注裂縫：根據配合比配制灌縫用漿,按從下至上的灌漿順序進行灌縫。

（5）表面清理：全部裂縫灌注完成后，24 h后除去表面注漿嘴及封縫膠，全面清理裂縫表面。

3.2 粘貼鋼板

根據舊橋結構計算結果，連續箱梁邊跨的正彎矩承載能力安全儲備較大，但中跨正彎矩承載能力安全儲備較小。考慮到長久使用安全問題，需對箱梁開裂處進行封閉或灌注處理后，對連續箱梁中跨的底板進行粘貼鋼板（規格為30 200 mm× 250 mm×8 mm）加固處理，該加固技術主要適用于加固受拉、受彎或受剪結構。

3.2.1 施工步驟

混凝土放線定位及表面處理→鋼板加工→鋼板表面除銹和糙化處理→鉆孔植埋螺栓→安裝鋼板→配制結構膠→封邊→灌膠→施工質量檢驗→鋼板表面防腐處理。

施工時，粘貼位置混凝土表層含水率不宜大于4%,并保證鋼板與混凝土表面的間隙在3～5 mm，以確保灌注膠層的厚度不小于3 mm；焊接鋼板接縫前必須先在地面焊接好，不得隨意截斷并確保接縫錯位3.5 m和同一接縫位置不得超過50%。

3.2.2 施工質量驗收

一般用小錘錘擊或其他有效探測儀進行檢測，按檢測結果計算的有效粘貼面積不應小于設計粘貼面積的95%。

當采取錘擊法檢測時，先將粘貼好的鋼板分區，然后逐區檢測空洞面積。若單個空洞面積小于或等于10 000 mm2，建議采取鉆孔注射法充膠修復；若無法鉆孔，或者單個空洞面積大于10 000 mm2，則應重新粘貼，直到符合要求為止。

3.2.3 鋼板表面防腐處理

粘貼的鋼板經檢測符合要求后，去除所有注漿嘴和排氣管,清理鋼板表面污垢和銹斑后對外露鋼板和錨固螺栓進行罩面防腐涂裝處理，涂裝方案如下：

（1）底涂層采用環氧富鋅底漆兩道，厚度不小于80 μm。

（2）中間涂層采用厚漿型環氧云鐵中間漆兩道，厚度不小于100 μm。

（3）表面采用丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆兩道，總厚度不小于80 μm。

3.3 張拉預應力束加固[2]

根據舊橋結構計算結果，中支點截面（負彎矩區）的極限抗彎承載能力略為不足，考慮到長久使用安全問題，箱梁中支點負彎矩區采用增設預應力鋼束進行加固補強。采用預應力筋加固方案時，受箱梁可加固施工的部位限制，預應力筋宜采用多束型號，結合舊橋結構計算的應力指標特點及確保加固方案的安全可靠性，預應力筋采用低張拉方案（即張拉控制應力采用0.5 fpk）。經綜合分析后預應力鋼束采用19×15.2 mm的低松弛高強度鋼絞線,抗拉標準強度為fpk=1 860 MPa,張拉控制應力為0.5 fpk=930 MPa，即張拉控制力為2 473.8 kN，要求左右側同時對稱張拉，如圖4所示。

圖4 主橋箱梁預應力加固設計圖

施工時，在預應力筋錨固位置的腹板和懸臂上新舊混凝土接觸面開剪力槽,對原混凝土進行鑿毛露出新鮮骨料。然后放樣鉆孔，并采用植筋技術，在新舊混凝土接觸處涂E200界面膠。在老混凝土表面處理達到設計要求并保持表面混凝土濕潤狀態下，用毛刷涂抹一層0.5～1 mm厚的界面劑，可以在一定程度上改善新老混凝土的黏結微觀結構，提高黏結強度。預應力管道采用定位鋼筋固定，澆筑前應檢查波紋管的密封性，防止管道阻塞。待新澆筑混凝土立方體強度和彈性模量均達到設計值的90%以后，方可對鋼束進行張拉。張拉采用張拉控制應力和引伸量雙控,以張拉控制應力為主。預應力筋張拉結束后，應及早對孔道進行壓漿并錨固。

與粘貼鋼板、貼碳纖維布等加固方法比較，張拉預應力束加固屬主動加固法，可有效提高橋梁結構的承載力，結合增大截面加固法可提高橋梁結構剛度，改善結構的整體受力性能。

3.4 橋面加鋪超薄磨耗層

4 加固效果

（1）在荷載作用下，箱梁板底混凝土表面粘貼的鋼板和原箱梁混凝土結構形成整體，箱梁混凝土表面已封閉或灌注的裂縫處于非活動狀態，跨中正彎矩承載能力提高了12.3%,如圖5所示；箱梁中支點負彎矩區采用增設預應力鋼束進行加固補強后，支點處新增預應力鋼束和原箱梁結構共同受力，中支點負彎矩承載能力提高了14.4%，如圖6所示。對該箱梁橋維修加固處理后，橋梁整體受力性能得到顯著提高，橋跨結構承載能力均滿足設計和規范要求。

圖5 加固后箱梁承載能力正彎矩及抗力包絡圖（單位：kN·m）

圖6 加固后箱梁承載能力負彎矩及抗力包絡圖（單位：kN·m）

（2）橋面鋪裝銑刨舊橋面鋪裝平均1 cm厚后加鋪2 cm厚NovaChip超薄磨耗層，在最小限度增加結構自重的情況下有效提高了橋梁的行車安全性和舒適性。

5 結語

大亞灣白壽灣大橋維修加固后確保了橋梁的承載力,改善了橋梁的整體受力性能，提高了橋梁的行車安全性和舒適性。今后，還需對該橋進行定期監測，并建立橋梁檢測檔案,密切留意橋梁的病害發展情況。

[1]JTG H12—2004，公路橋涵養護規范[S].

[2]廣東省公路管理局．廣東省公路橋梁維修加固技術指南[M]．北京：人民交通出版社，2011.

更正

本刊2016年第4期發表的論文《公路隧道二次襯砌厚度不足成因分析和治理研究》（作者：蔣華龍，范厚彬）中，第一作者蔣華龍的單位應為“同濟大學地下建筑與工程系”，第二作者范厚彬的單位應為“浙江省交通集團甬臺溫高速公路有限公司”。

特此更正，并向作者致歉！

《城市道橋與防洪》編輯部

2016年5月

U448.35

B

1009-7716（2016）05-0172-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.049

2016-02-03

曾利強（1983-），男，廣東河源人，本科，路橋工程師，從事路橋設計工作。