体外预应力在佳木斯松花江大桥加固中的应用

窦大峣

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 项目背景及概况

佳木斯松花江公路大桥位于黑龙江省佳木斯市，桥梁全长1 396.2 m，桥宽17 m。主桥为带挂孔的预应力混凝土T型刚构桥，分跨为55+100+5×120+100+55 m，采用双箱单室箱形截面。该桥于1989年9月建成通车，是鹤大公路跨越松花江的唯一通道，自投入运营以来，一直承受着繁重的交通荷载，对省内各地区的经济发展起到了极为重要的作用。

该桥自1989年投入使用约18年后(至2007年)，发现主桥的悬臂端牛腿出现下挠现象，下挠量达10.3 cm，影响了桥面行车的安全和结构的正常使用。为查明导致梁端下挠的根本原因，了解桥梁主要构件的真正受力状态，对佳木斯松花江公路大桥进行了全面的检测，为下一步正确地判断该桥的现有状态和安全性，并对其进行维修加固改造提供科学的依据。

2 旧桥检测主要病害

通过对该桥的全面检测得出主要结论如下。

(1)桥面铺装面层破损严重，桥面凹凸不平，不平整，当重载车辆高速通过时，桥梁产生较大的振动，对结构的冲击作用明显。

(2)大部分伸缩缝存在着不同程度的损坏，表现为伸缩装置橡胶的变形、错位、脱落、翘曲、断裂等;至少有一半以上的伸缩装置，由于其局部破损部位被混凝土封住，导致伸缩缝失去了正常的伸缩功能。

(3)经详细检测发现该桥出现不同程度的箱梁腹板开裂、箱梁顶板纵向裂缝、箱梁横隔梁竖向裂缝、箱梁牛腿外侧开裂。

(4)由于T构悬臂端的下挠和挂梁长期反拱引起的上拱，导致桥面系在挂梁处出现了折线线形，使桥面系呈波浪状起伏，造成了桥面线形的不平顺。牛腿相对于拟合参考线形发生的最大下挠在5#墩的悬臂末端，为103 mm。

根据加载试验的结果和对结构的分析，虽然牛腿处发生了下挠现象，但T构箱梁各截面的承载能力和刚度并没有降低，没有出现能够影响到结构受力性能的裂缝，T构的各个构件如墩柱、牛腿、挂梁、悬臂等始终处于良好的工作状态，T构的混凝土、普通钢筋、预应力钢筋、支座等没有出现任何质量问题和耐久性问题，因此，可以排除由于主梁截面刚度下降、截面抗力下降以及预应力大量损失等导致下挠的原因，认为后期变形主要由混凝土的收缩、徐变引起。另外，该桥设计时设置的成桥预拱度偏小，也是导致后期线形不平顺的一个因素。

3 加固措施

综合外观检测、动载试验等结论，同时考虑到本桥维修施工半封闭交通、施工期短的特点，确定本桥主要加固原则及措施如下。

(1)桥梁振动过大的问题:主要与桥面铺装层平整度太差及伸缩装置破坏有关。因此决定对桥面铺装层和伸缩装置做彻底的改造。

(2)针对箱梁腹板开裂、箱梁顶板出现纵向裂缝、箱梁横隔梁出现竖向裂缝、箱梁牛腿外侧开裂的病害，决定采用压力灌封、封闭裂缝及不同方式粘贴钢板的方式进行加固。

(3)桥梁下挠过大的问题:分析认为T构下挠过大与早期混凝土的收缩、徐变有关，排除了主梁截面刚度下降、截面抗力下降以及预应力大量损失等因素，因此，不需提高结构进行强度和刚度加固。

为做到桥面线形平顺，可采用桥面沥青铺装混凝土找平，但由此带来的问题是额外的找平层增加了结构的自重荷载，因此对原结构进行验算。发现桥梁结构的承载力不满足规范要求，需采用体外预应力进行加固提高结构的承载力。

在车辆荷载作用下桥梁结构将产生振动，同时也会引起体外索的振动。若体外索振动过大，将导致索内产生较大的索力变化，这对体外索的抗疲劳性能和锚具的工作性能不利。为防止在车辆荷载作用下体外索产生过大的振动，需要对体外索采取减振措施。

本桥体外索减振装置采用减振横梁配合减振支架的方法，见图1。先在箱梁两腹板之间设置横向的减振横梁，横梁由两根槽钢组成，位于体外索下方并靠紧体外索的护套管，横梁的两端通过锚固钢板固结在箱梁腹板上。减振横梁每隔6 m设置一道。

图1 体外索减振装置构造图

减振支架由橡胶垫块、半圆形钢套管和钢支架组成。松散的体外束由橡胶垫块和两个半圆形钢套管收紧后，通过钢支架固定在减振横梁上。减振横梁上方的护套管需要剥除。

为使各体外束在护套管内更紧密地结合成为整体，在护套管内设置了体外束收紧装置，见图2。收紧装置由橡胶垫和外面的收紧钢板组成，每隔3 m设置一道。

图2 体外束收紧装置

综上所述，本次维修加固，通过桥面系处理、钢板粘贴、伸缩缝更换、设置体外索、裂缝灌注等措施，大大提高了结构的承载能力、动力工作性能和耐久性，达到了桥梁维修加固的预期效果。检验了加固方案的合理性，为同类型桥梁结构加固的加固和荷载试验提供了参考依据。