高速公路箱梁桥加固设计

　　一、工程概况

　　某高速公路上的一座桥梁，全长742.568m，设计荷载为公路—I级。桥梁结构跨径组成为8×25+9×40+7×25m。上部结构为装配式预应力混凝土连续箱梁，下部结构为柱式墩、空心薄壁墩，肋板式台，钻孔灌注桩基础。

　　图1 大桥总体照

　　桥梁部分箱梁底板、腹板跨中附近不同程度出现多条横向、竖向裂缝。检测单位对大桥进行了详细检测和桥梁荷载试验，箱梁荷载试验结论表明病害严重的主梁纵向抗弯强度和刚度较正常箱梁挠度和应力的效验系数偏高15%～20%。因此为确保桥梁的运营安全，需对该类箱梁进行受力加固。

　　二、桥梁主要受力病害及荷载试验结论

　　2.1桥梁主要病害

　　1、箱梁底板、两侧腹板部位均不同程度出现横向和竖向裂缝，裂缝主要分布在箱梁L/4～L3/4范围内，裂缝数量较多，间隔多为30cm～60cm，大部分裂缝宽度介于0.05～0.2mm之间，少量箱梁跨中底板横向及腹板竖向裂缝宽度达到0.3～0.4mm；裂缝为结构受力裂缝，荷载试验加载时，有非常明显的开合现象。

　　2、个别箱梁中横隔板混凝土浇筑不密实，存在大量的蜂窝麻面等病害。

　　图2 典型箱梁腹板竖向裂缝 图3 典型箱梁底板竖向裂缝

　　2.2桥梁荷载试验结论

　　桥梁静载试验检测结果表明：该桥有病害孔箱梁应变校验系数比无病害孔箱梁校验系数偏高约15%～20%，表明缝对该桥强度、刚度及抗裂性能均有影响，但应变与挠度校验系数仍低于1。箱梁抗裂性能不满足设计规范要求。

　　三、箱梁开裂原因

　　箱梁开裂的原因是复杂的，影响因素较多。经认真调研及仔细分析计算，认为该未运营箱梁就出现较严重的受力裂缝。可能原因如下：

　　3.1运梁车轴载影响

　　箱梁均存在主梁架设好，尚未进行横向联系施工，且未进行体系转换未张拉顶板负弯矩钢束的情况下，即通过40m箱梁运梁车，当运梁车很大的轴载作用于主梁跨中时，其活载弯矩远远大于运营活载弯矩，故可能造成主梁开裂。

　　3.2混凝土龄期不足造成预应力损失

　　通过对该桥施工工序的了解，大桥存在主梁预制2～3天后混凝土强度约为70%的设计强度即张拉预应力钢束的情况。

　　3.3其他施工偏差

　　除上述两方面的影响因素外，若箱梁本身的实际结构尺寸偏小、箱梁混凝土强度不够、预应力钢束布置不足、预应力管道偏差过大、预应力管道未压浆、预应力张拉吨位或引申量不够等也会使既有结构偏离原设计预期。这些影响因素对箱梁的不利影响或大或小，小至降低结构的安全储备，大至直接导致结构开裂。

　　四、加固设计方案介绍

　　4.1体外预应力加固

　　针对改桥梁病害特点，连续箱梁跨中附近箱梁底板及腹板开裂且裂缝宽度超限主要由预应力钢束永存预应力不足引起，故本次加固设计采取主动加固方式对箱梁进行加固处理，改善箱梁目前不利的受力状态。

　　图4 箱梁腹板、底板体外预应力加固

　　4.2粘贴碳纤维加固

　　针对轻微开裂的箱梁，采取梁底粘贴碳纤维布加固。并对存在腹板竖向裂缝的箱梁，在腹板纵向粘贴碳纤维布，提高结构安全储备。

　　图5 箱梁底板粘贴碳纤维布加固

　　五、加固效果评价

　　该桥加固完成后，建设方委托第三方进行了大桥的荷载试验。试验结论如下：

　　1、桥梁静载试验表明，桥梁具有良好刚度。

　　2、在试验荷载作用下，箱梁应力、挠度实测值以及校验系数均较加固前有较大改善，说明桥梁结构受力状态满足目前运营荷载的要求。

　　目前大桥已经运营，通过对大桥的回访以及对管养单位的了解，该桥目前运营状态良好。