高架連續梁橋病害與設計加固方案研究

沈俊

摘 要：文章寫于2016年3月，筆者在此文工程案例中擔任橋梁專業負責人，全文對高架連續梁橋的常見病害進行分析，對病害產生原因進行簡要論述，最后側重結合某高架連續梁橋工程實例，對工程橋梁病害的主要表現以及維修加固設計方案進行探討分析，望能夠為同類型高架連續梁橋病害的針對性處理提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：連續梁橋；高架橋；病害；維修加固；設計

中圖分類號：U445.71 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0020-02

1 概 述

近年來，我國交通基礎設施的建設力度不斷擴大，建設規模取得了質的飛躍。高架連續梁橋作為新興城市基礎交通體系中的重要構成部分之一，具有使用性能多元、施工方便迅速、工程造價低廉、以及后續養護簡單等多個方面的優點，進而得到了廣泛應用。

但同時，隨著高架連續梁橋使用經驗的不斷發展與完善，跨中下擾過大、跨中底板橫向開裂、以及頂板底板縱向裂縫等病害缺陷也開始不斷凸顯，成為影響高架連續梁橋安全運行的最主要問題。

本文即就高架連續梁橋的主要病害以及在維修加固設計方面的關鍵問題展開探討，望引起重視。

2 高架連續梁橋主要病害

在高架連續梁橋的實際運行期間，主要可能存在以下缺陷及病害：

第一是跨中下撓。跨中下撓是高架連續梁橋最為常見與典型的結構病害，下撓值的增加可能導致梁體跨中段出現垂直型裂縫，或導致腹板裂縫病害的大量產生，進而影響橋梁結構的整體穩定性與耐久性；

第二是裂縫。高架連續梁橋中裂縫病害的表現形式較多，其中，1/4跨徑部位、腹板增厚部位、以及邊跨現澆段均為斜向裂縫的高發區域；邊跨與主跨合攏段部位相應底板則容易出現腹板豎向裂縫缺陷或橫向裂縫缺陷。

除此以外，還有部分高架連續梁橋在外部荷載作用力影響下可能導致橋墩墩頂以及頂板地面出現縱向、橫向裂縫，影響橋梁結構的正常使用。

3 高架連續梁橋病害原因

導致高架連續梁橋出現各類病害的主要原因包括以下幾個方面：

第一是施工控制力度不嚴，整體施工質量偏低。包括梁體混凝土澆筑不密實，產生孔洞，或因摸板尺寸控制不嚴導致超方或少方問題的產生；

第二是梁體開裂進而導致下撓值增加。由于混凝土施工質量或養護不到位，加之受到構造尺寸的影響，導致箱梁梁體出現開裂病害，影響高架連續梁橋結構剛度水平，撓度值也顯著增加；

第三是溫度因素。即部分高架連續梁橋原有規范中缺乏對溫度因素的考量，整體升降溫以及溫度梯度的產生均會對橋梁主體超靜定結構產生影響；

第四是箱梁尺寸設置存在局限。部分高架連續梁橋在原有設計方案中片面追求尺寸的輕薄，缺乏對混凝土性能的估計，進而可能導致裂縫等病害的產生。

4 工程實例

某高架連續梁橋為薄壁柔性墩四跨連續剛構橋，橋面布置為55.0 m+85.0 m+85.0 m+55.0 m，單向部分為預應力結構，單幅橋面寬度為12.0m，設計荷載等級為汽車-超20級，掛車為-120級。

工程前期設計標準為：主橋箱梁結構底板寬度為

6.4 m，懸臂長度為2.8 m，支點梁體高度為4.5 m，跨中梁體高度為2.0 m，梁高以及底板厚均呈二次拋物線式過渡，腹板厚度自跨中部位至支點部位分別為30.0 cm、35.0 cm、40.0 cm、以及

45.0 cm。

4.1 檢測情況分析

該高架連續梁橋運行2年后，中跨合攏段～主跨跨徑1/4范圍內于底板出現明顯橫向裂縫，腹板部位可見斜向以及豎向兩類裂縫。邊跨合攏段附近底板可見橫向裂縫。

結合本工程前期施工資料認為，病害產生原因有以下幾個方面：

第一，設計環節缺乏對混凝土收縮徐變以及溫度作用等因素的考慮；

第二，結構自身預應力度偏低，局部腹板尺寸偏小，導致裂縫病害的產生；

第三，沿線車流量大，超重車多，結構受力被動加大。

4.2 加固設計原則

結合本工程實例，在對高架連續梁橋進行維修加固時，加固方案的設計應當遵循以下幾個基本原則：

第一，確保滿足高架連續梁橋結構極限承載力要求以及高架連續梁橋正常使用的要求；

第二，最大限度的降低高架連續梁橋箱梁法向拉應力水平，將主梁恢復為A類預應力構件；

第三，有效降低高架連續梁橋箱梁腹板主拉應力水平，以合理提高箱梁腹板抗裂能力；

第四，針對高架連續梁橋在實際使用中已經出現的病害進行處理，避免已形成裂縫的進一步發展與擴大；

第五，避免高架連續梁橋的維修加固過程對交通通行產生影響。在被動加固以及主動加固兩種加固設計模式下，被動加固僅能夠借助于補強材料承受活載作用力以及后加橫載內力，但難以對高架連續梁橋結構受力狀態產生影響。

故而，本工程加固方案設計應當優先選用主動加固方式，包括體外預應力加固技術、新增有粘結預應力加固技術、以及改變結構體系加固技術這三種類型。

4.3 維修加固措施

在對高架連續梁橋病害進行處置以及加固的過程中，維修加固措施的設計與實施必須綜合考慮方案成熟度、施工可操作性、以及運營風險等多個方面的問題。結合本工程案例特點來看，維修加固應選擇方案為以體外預應力加固為主，其他主動加固維修措施為輔的整體性維修加固方案。具體維修加固措施可按照如下方案進行設計：

第一，增加體外縱向預應力鋼束。在高架連續梁橋箱梁結構內部布設體外預應力鋼束，利用體外預應力鋼束提高高架連續梁橋整體結構承載力，改善使用性能，以確保主梁結構能夠滿足本工程汽車超20級、掛車-120級的A類預應力構件要求。單幅橋梁橫向設置4束體外預應力鋼束，如圖1和圖2所示。邊跨采用15.2 mm鋼件，中跨采用15.2 mm鋼束，抗拉強度標準值為1 860.0 MPa，張拉控制應力標準值為0.6 fpk，張拉模式為先邊跨后中跨、分批對稱性張拉方案。除此以外，在本工程箱梁內部應用植筋方式設置轉向塊以及錨固齒板。結合高架連續梁橋專項構造要求，轉向塊選型以豎肋式以及塊式為主，體外預應力借助于鉆孔方式穿過墩頂橫隔板，并通過錨固方式與邊跨錨固齒板以及墩頂齒板進行固定。

第二，對高架連續梁橋箱梁裂縫進行處理。針對高架連續梁橋在使用過程中關鍵結構已經出現的裂縫缺陷進行全封閉處理，針對最大寬度不足0.15 mm的裂縫，用樹脂封閉膠進行涂刷并封閉，針對最大寬度在0.15 mm及以上的裂縫，則用灌注膠灌縫的方式進行封閉。

本工程中針對邊跨與中跨合攏段附近箱梁腹板，采用內側粘貼鋼板的方式改善構件主拉應力水平，以提高箱梁腹板抗裂性能。同時，為增加邊跨與中跨合攏段連接剛度，提高底板承載性能，采用于合攏段附近底部粘貼縱向鋼板的維修加固方式，同時有效限制合攏段裂縫發展。

4.4 維修加固效果

經上述維修加固設計方案處理后，主梁正截面以及斜截面抗裂強度均能夠滿足A類預應力構件的基本要求。經針對性處理后，本工程在預計工期內成功恢復通車運營，至今橋梁技術狀況良好，未再次出現裂縫病害。

5 結 語

高架連續梁橋在經過長時間的運行后，部分橋梁容易出現跨中下擾過大、跨中底板橫向開裂、以及頂板底板縱向裂縫等病害缺陷，對高架連續梁橋結構的安全使用產生不良影響，需及時進行維修加固，以提高高架連續梁橋結構穩定性，延長其使用壽命。本文聯合某工程實例，就高架連續梁橋病害與設計時維修加固方案進行研究與論述，望能夠引起重視。

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