獨柱橋墩蓋梁加固設計

江 楠

（四川省交通勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

公路橋梁安全運行和長效耐久日益成為社會關注的重點，按照《交通運輸部關于進一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》、《公路危舊橋梁改造行動方案》有關要求，“十四五”期間集中開展公路危舊橋梁改造行動，確保橋梁安全運行。本文以某大橋維修加固工程為例，介紹了該獨柱橋墩蓋梁主要病害，對病害產生的原因及機理進行分析，探討了增大截面法、預應力碳纖維板加固、體外預應力鋼束加固三種加固方法。

1 工程概況

某橋位于四川省甘孜藏族自治州G227上，橋寬10.5m，雙向兩車道，橋梁全長176m，于2014年建成通車。橋梁上部結構采用8×20m預應力混凝土簡支小箱梁，橫向布置4片梁；下部結構橋墩采用鋼筋混凝土矩形蓋梁、圓形獨柱墩、樁基礎，橋墩樁基均為端承樁；兩岸橋臺采用重力式U臺、擴大基礎。2019年，檢測單位對橋梁進行定期檢查時發現，全橋1～7號橋墩蓋梁均在墩頂上緣出現豎向裂縫現象，裂縫長度0.6～2m不等，最大裂縫寬度1.6mm，遠超鋼筋混凝土構件規范限值0.2mm。該橋橋梁結構技術狀況綜合評分 r=56.2分，依據主要承重部件最差缺損狀況評定為四類橋，需要進行維修加固。

2 主要病害原因及機理分析

全橋7個蓋梁在墩頂上緣出現的豎向裂縫現象，與獨柱橋墩蓋梁開裂模式吻合，判斷其為承載力不足造成的受力裂縫。通過查閱施工圖設計文件，建模計算分析結果如下：持久狀況、承載能力極限狀態、蓋梁正截面抗彎承載能力、斜截面抗剪承載能力均滿足規范要求，但安全儲備不足；持久狀況正常使用極限狀態，蓋梁為鋼筋混凝土構件，在最不利偏載荷作用下最大裂縫寬度0.235mm，略微超限。檢測報告中蓋梁最大裂縫寬度達1.6mm，理論計算結果與實際開裂程度不吻合，兩者在混凝土強度、配筋等方面存在一定偏差，初步推測為施工質量原因造成的該類豎向裂縫。本橋位于四川省甘孜州，受當地氣候條件影響，混凝土收縮徐變、日照溫差形成的溫度梯度效應明顯，同時日益增長的交通量、重載交通以及支座輕微脫空、伸縮縫堵塞等因素，均加劇了蓋梁裂縫的形成與發展。

3 橋墩蓋梁加固方案設計

需要主動對蓋梁豎向裂縫進行加固處治，將承載能力提高。針對橋墩蓋梁加固，《公路橋梁加固設計規范》（JTG/T J22-2008）建議可采用體外預應力、增大截面、粘貼鋼板或纖維復合材料加固[1-3]。結合獨柱橋墩蓋梁受力模式、加固成效以及當地施工條件、難易程度等因素，擬采用以下三種蓋梁加固方案。

3.1 外包混凝土加固

外包混凝土加固屬于增大截面加固法，通過增大構件的截面或增加鋼筋、鋼束的同時增大截面來提高原有構件的承載力和剛度，主要用于配筋混凝土受彎、受壓構件的加固。本加固方案在原蓋梁兩側各增大截面35cm，在下側增大截面50cm，對原結構鑿毛、刻槽、植筋后，采用C40鋼纖維混凝土外包，并在兩側新增混凝土內配置預應力鋼束，從而改善結構內力分布，提高結構承載能力[4-5]。外包混凝土加固方案如圖1所示。

圖1 外包混凝土加固方案

3.2 預應力碳纖維板加固

碳纖維板目前在橋梁加固中已廣泛利用，具有良好的力學及耐老化性能，對碳纖維板施加預應力，可充分發揮其強度性能，從而提高結構的承載力。

根據本橋蓋梁受力特點及施工空間因素，將預應力碳纖維板沿蓋梁橫橋向兩側上緣布置，通過鋼錨梁錨固在蓋梁兩端。碳纖維板選用高強度Ⅰ級板，標準強度2400MPa，單層板寬度為50mm，厚度為2mm，每條碳纖維板由11層碳纖維板構成并由波形錨具夾持固定，即11層2×50mm的碳纖維板疊合在一起同時進行預應力張拉和錨固。一個蓋梁橫橋向兩側各布置4條預應力碳纖維板（每個蓋梁共8根），預應力碳纖維板加固方案如圖2所示。

圖2 預應力碳纖維板加固方案

3.3 體外預應力鋼束加固

體外預應力加固方法主要是通過張拉體外預應力，利用預加力對結構產生的內力抵消部分恒、活載產生的內力，從而改善原結構的內力和變形，提高結構的承載力、抗裂性。

根據項目區氣候條件及舊橋蓋梁構造特點，體外應力加固采用防腐性能、抗疲勞性能、空間利用率較高的GJ15-12型整束擠壓拉索，拉索索體為12×15.2mm環氧噴涂無粘結鋼絞線纏包后外擠PE，錨具采用低回縮GJ15A/B-12型擠壓錨。拉索布置在蓋梁兩側，單側豎向共布置兩束，通過鋼錨梁錨固在蓋梁兩端。體外預應力鋼束加固方案如圖3所示。

圖3 體外預應力鋼束加固方案

3.4 蓋梁加固方案比選

蓋梁外包混凝土加固、預應力碳纖維板加固、體外預應力鋼束加固三種加固方案優、缺點對比情況如表1所示。

表1 蓋梁加固方案對比表

本項目位于四川省甘孜州，項目區氣候條件復雜，施工后期養護水平薄弱。橋址位于縣城主要過境通道上，平日交通量大，中斷交通施工方案不可行。根據以上建設條件，結合三種加固方案的加固成效、施工難易程度、運營交通影響等因素，本著技術可行、經濟適用的設計原則，本次橋梁維修加固工程最終采用了體外預應力鋼束加固方案。

4 結束語

本文結合工程實例，對鋼筋混凝土獨柱蓋梁主要病害原因及機理進行了分析，提出了外包混凝土加固、預應力碳纖維板加固、體外預應力鋼束加固三種加固方法，通過對加固方法的闡述以及方案的比選，結合建設條件，確定了最優加固方案，為類似工程提供借鑒與參考。