富春江一桥的旧桥加固技术

许万贵 王 森 周东波

（1.宁波顺和路桥设计有限公司 宁波 315192；2.宁波市鄞州区交通投资有限公司 宁波 315192）

桐庐县富春江一桥是桐（庐）义（乌）公路上的一座大桥，位于桐庐城区西部，是沟通桐庐县江南与江北两大区块的主要通道之一。桥梁全长659m，主桥为20m＋3×25m＋52m＋3×80m＋52m＋8×25m＋20m，其中，中间的主孔为52m＋3×80m＋52m的3向预应力混凝土连续箱梁，两侧25m跨为简支T梁桥，20m跨为空心板梁桥。主桥桥面为1.75m（人行道）＋10.0m（行车道）＋1.75m（人行道），总宽13.5m。桥梁设计荷载为：汽－20，挂－100，人群3.5kN／m2。该桥于1991年建成通车。

随着交通流量的急剧增加，特别是在超载超重车辆的作用下，该桥已出现了较多病害，主桥全桥结构技术状况综合评分为59.0分，评定为三类桥梁，连续箱梁评为四类。该桥两侧引桥病害近几年也发展明显。

1 主桥箱梁现状

（1）箱梁。①箱梁裂缝。箱梁结构开裂比较严重，数量多，宽度大，相当一部分裂缝宽度超限；裂缝在数量、走向两方面基本对称箱梁轴线；腹板内侧斜向裂缝为竖向正应力和剪应力组合作用下产生的受力裂缝；腹板外侧裂缝与内侧斜裂缝对称分布，且多为斜向裂缝，主要分布在各跨6号块至11号块范围和支架施工节段；箱内顶板横向中部出现较多的纵桥向受力裂缝；②箱梁材质。具有95%保证率的混凝土强度推定值为52.1 MPa，混凝土强度为良好状态。

综合腹板混凝土碳化深度、保护层厚度、钢筋有锈蚀活动性等检测结果表明，对结构耐久性有较大影响［1］。

（2）桥面线形。桥面线形起伏变化较大，不够平整，可以推断箱梁发生了一定的下挠变形、相邻墩有一定的不均匀沉降。

（3）荷载试验表明，箱梁各控制截面在最不利试验荷载工况作用下，实测结构挠度、应变校验系数大多介于0.70～1.05之间，基本满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》对顶的预应力混凝土结构荷载试验校验系数［0.7，1.05］的限值，跨中最大正弯矩控制截面和支点最大负弯矩截面强度满足汽车－20 级、挂车－100 的要求。箱梁个别测点的挠度、应变校验系数大于1.05，表明大桥的刚度由于箱梁的开裂严重导致一定程度的降低。

（4）次边跨和中跨L／4附近截面抗剪承载力不满足汽车－20 级、挂车－100 的要求。这与箱梁L／4截面附近斜裂缝数量多，缝宽大的检查结果和承载能力评定结果相吻合。

（5）通过质量检测、荷载试验和极限承载能力评定表明，箱梁结构存在较多的病害，对桥梁的承载能力和耐久性均有较大影响；大桥的刚度由于箱梁的开裂严重导致一定程度的降低，储备量不足，对桥梁的正常运营存在一定的安全隐患；L／4截面抗剪承载力不满足设计荷载等级汽－20级、挂车－100的要求。

2 箱梁维修加固与应力计算

2.1 维修加固内容及目的

通过桥梁承载能力检测、病害状况检查及结构验算，针对富春江一桥主桥连续箱梁腹板裂缝较多，且开裂较为严重；顶、底板纵向裂缝较多、裂缝较为细微；跨中底板外表面存在少量横向裂缝及箱内顶、腹板存在渗漏；引桥空心板底开裂，梁板外移，桥墩挡块损坏；全桥桥面破损严重等情况，该桥的整修工作分为以下几个方面［2］。

（1）铲除全桥桥面铺装层，修补各类缺陷，提高桥梁的耐久性。

（2）修补主桥连续箱梁及引桥空心板的裂缝，限制裂缝的进一步发展，恢复桥梁上部结构的正常使用，提高桥梁整体的耐久性。

（3）对主桥连续箱梁腹板、顶板和底板的裂缝进行封闭与补强，引桥开裂空心板补强与部分梁板更换，将移位严重的引桥空心板吊装归位，恢复桥梁的使用安全性。

（4）修复桥面铺装、伸缩缝等部件以维持桥梁正常使用，增加行车舒适性。

2.2 主桥箱梁主应力计算

对主桥连续箱梁以通用桥梁结构设计施工计算系统“桥梁博士”进行结构分析。

2.2.1 原桥结构

主桥成桥阶段在荷载组合II（1期恒载＋2期恒载＋温度应力＋支座沉降＋汽车－20级＋人群荷载）作用下，主要截面应力图见图1。

对比两计算结果可知，张拉体外预应力后，箱梁各截面主拉应力值分布较为均匀，跨中主拉应力降低了很多，特别是次边跨跨中（34号截面）由2.27 MPa降低至1.69MPa。

图1 加固前箱梁主应力图（不计竖向预应力）（单位：MPa）

2.2.2 增加体外预应力后

在箱梁各80m 跨的跨中底板内侧，增加3道8Φj15.2体外预应力索后，在荷载组合II（1期恒载＋2期恒载＋温度应力＋支座沉降＋汽车－20级＋人群荷载）作用下，主要截面应力图见图2。

图2 增加体外预应力后箱梁主应力图（不计竖向预应力）（单位：MPa）

3 维修加固实施方案

3.1 更换桥面铺装、伸缩缝

桥面铺装采用10cm C50 混凝土＋3cm 沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA），混凝土中铺设D8的定型焊接钢筋网片。主桥新铺装层与原桥结构应采用植筋连接。植筋采用直径12mm 筋，单根长度11cm，按间距为50cm 的梅花型布置。钢筋植入深度为6cm，顶面与钢筋网焊接。引桥铺装无需植筋。

更换主桥梳齿伸缩缝及两引桥的型钢伸缩缝。更换前，应做一定检查，对情况较好的伸缩缝可请原生产厂商进行修整后予以留用。

对全桥泄水管进行清理。

3.2 箱梁竖向预应力体系的检查与处治

打开主桥铺装后，对竖向预应力钢束进行检查，特别对腹板3号块至合龙段之间范围的竖向预应力进行检查，如不符合设计要求，进行补张拉，补灌浆，以达到原设计要求［3］。

3.3 主桥连续箱梁开裂区段的补强

根据桐庐一桥主桥箱梁裂缝的发展特点，对箱梁不同部位的裂缝采用以下的加固方案：

3.3.1 主桥箱梁腹板外侧裂缝

主桥箱梁腹板外侧裂缝主要分布在6～11号块之间范围，基本为斜向裂缝。采用裂缝压浆封闭的方法处理：裂缝宽度小于0.1 mm 的进行封闭，宽度大于等于0.1mm 的进行灌浆处理。

3.3.2 主桥箱梁腹板内侧裂缝

主桥箱梁腹板内侧裂缝主要分布在3号块至合龙段之间，基本为斜向裂缝。采用裂缝灌浆封闭和粘贴扁钢条的方法处理。

（1）裂缝宽度小于0.1 mm 的进行封闭，宽度0.1～0.2mm 的进行灌浆处理。

（2）对于裂缝宽度大于等于0.2mm 集中区域，针对腹板内裂缝的分布与走向，在垂直于裂缝方向粘贴60mm×6mm 的扁钢条进行加固，扁钢条垂直中心间距25cm，扁钢条延伸至梗腋，在端部以扁钢进行压边。

3.3.3 主桥箱梁顶板内侧裂缝

主桥箱梁顶板内侧裂缝在全桥范围内基本都存在且为纵桥向裂缝。采用粘贴扁钢条和裂缝灌浆封闭的方法处理。

（1）裂缝宽度小于0.1 mm 的进行封闭，宽度在0.1～0.2mm 的进行灌浆处理。

（2）对于裂缝宽度大于等于0.2mm 集中区域，在顶板内侧横向粘贴60mm×6mm 的扁钢条，扁钢条垂直中心间距25cm，在端部以扁钢进行压边。

3.3.4 主桥箱梁底板内侧

本次检测时，由于箱梁内存在大量积水及建筑垃圾，未能对箱梁底板裂缝进行检测，要求施工时对底板进行清理，如发现有结构裂缝，再另行设计处理方法。

3.3.5 主桥箱梁底板外侧裂缝

主桥箱梁底板外侧裂缝主要分布在7号块至合龙段之间，裂缝方向主要为纵桥向，处理方法如下：

（1）裂缝宽度小于0.1 mm 的进行封闭，宽度在0.1～0.2mm 的进行灌浆处理。

（2）对于裂缝宽度大于等于0.2mm 集中区域，在开裂箱梁底板处横向粘贴2层宽250mm、厚0.167 mm 的碳纤维条，中心间距45cm。碳纤维条延伸至腹板，并在底板两边缘用纵向碳纤维条进行压边。

4 施工工序及主要工艺

4.1 加固维修施工工序

本次桥梁上部结构加固维修分阶段进行，其顺序如下：

（1）第一阶段。桥面铺装凿除及主桥箱梁竖向预应力检修。

（2）第二阶段。裂缝封闭、灌浆；主桥箱梁腹板内侧、顶板内侧粘贴扁钢条，箱梁底。板外侧粘贴碳纤维片；引桥裂缝宽度大于等于0.2 mm 的梁板吊除，外移严重的梁板吊装归位，新梁板、桥墩挡块的浇注。

（3）第三阶段。主桥箱梁底板内侧体外预应力的张拉。

（4）第四阶段。更换伸缩缝，桥面铺装，桥梁附属设施修整。

4.2 桥面卸载及竖向预应力管道检修

本次桥梁整修采用封闭施工。先清除全桥（主桥＋引桥）桥面铺装，拆除桥上路灯，卸除部分桥梁二期恒载，为桥梁结构补强做准备。

（1）第一步。清除原桥面铺装。先找出并标记竖向预应力管道位置范围，然后采用人工凿除原桥面铺装，施工时应避免损伤箱梁顶板混凝土及竖向预应力锚具，引桥铰缝更应小心。

（2）第二步。竖向预应力检测、补张拉、管道压浆，顶板顶面裂缝压浆。采用填充树脂混凝土的方式修补顶板空洞。

4.3 裂缝封闭及箱梁腹板粘贴碳纤维片及扁钢条

4.3.1 裂缝压浆及封闭

（1）宽度小于0.1mm 的裂缝，表面开V 形槽，采用环氧水泥表面封闭。在对裂缝压浆的过程中同时进行封闭，其表面不必作特别处理。

（2）宽度大于等于0.1 mm 的裂缝进行压浆。将环氧浆液压入结构物内部裂缝中，以达到封闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性、抗渗性的目的，使混凝土构件恢复整体性。其表面可不开V 形槽处理。

（3）裂缝压浆施工顺序：裂缝的检查及标注→钻灌浆导向孔→清孔及裂缝表面处理→粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭→压气实验→灌注环氧浆操作→灌浆嘴拆除→粘贴灌浆嘴处用环氧树脂胶泥抹平→每道裂缝表面再涂一层环氧水泥浆。

4.3.2 箱梁及空心板表面缺陷修补

（1）施工浇筑缝缺陷修补。

（2）原顶板、腹板缺陷（空洞、渗漏水）修补。

（3）清除残留的锚固丝杆、施工木模。

4.3.3 粘贴箱梁腹板碳纤维片或扁钢条

（1）粘贴碳纤维片。在各跨L／4至3L／4范围内箱梁底板横向粘贴2层宽250mm、厚0.167 mm 的碳纤维条进行抗弯加固。

施工顺序：施工准备（裂缝的检查及标注）→构件表面处理→贴片前基层处理→涂底层涂料→用环氧树脂对构件表面残缺修补→贴碳纤维片→养护→涂装。

（2）粘贴扁钢条。工艺流程为：粘钢区域混凝土表面处理→钻孔植埋螺杆→粘贴扁钢带现场配套打孔与扁钢带粘贴面处理→配置环氧胶砂粘贴扁钢带→加压固定→固定检验→扁钢带表面防腐处理。

4.3.4 浇筑新增混凝土锚固齿板、增设体外预应力钢束

（1）新旧混凝土结合面凿毛，凿毛面和凿除面清洗。

（2）底板开剪力槽，钻孔埋植锚筋。

（3）布设齿板钢筋，浇筑齿板混凝土。

（4）安装体外预应力钢束。

（5）张拉体外纵向预应力钢束。

5 施工注意事项

（1）加固施工中应对结构缺陷进行复查，注意观测结构变形。如发现新的缺陷或病害及时与有关单位联系，以便采取措施进行处理。

（2）在箱内进行灌缝及粘贴扁钢条时，应采取相应的排气通风措施，保证箱内空气畅通，以防中毒。

（3）各植筋施工时，需查明钻孔处各钢筋的位置，避免损坏原结构内的钢筋。

（4）做好主箱内外的通风，防止箱内外出现过大的温差。

（5）主桥箱梁加固完成后，应对结构进行测试，以检验加固效果。

（6）对箱梁进行定期观测，发现问题及时处理。

6 结语

近年来，由于交通量的迅速发展，出现病害的桥梁也越来越多，桥梁结构的加固设计是一项极其复杂的工作，需要结合桥梁结构实际病害的调查结果，制定合理的加固方案，并对加固前后桥梁的应力状态进行全面的计算分析。桥梁损伤状况的检测和评定是进行桥梁加固设计的基础，桥梁加固设计分析计算是确保桥梁加固成功的重要依据，桥梁加固施工质量则是保证桥梁承载能力的关键。

［1］JTG／T J22－2008公路桥梁加固设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［2］GB 50367－2006混凝土结构加固设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］GD62－2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.