预应力混凝土桥梁检测与加固实例分析

陈雪芬

(广东华路交通科技有限公司，广东　广州　510420)

预应力混凝土桥梁检测与加固实例分析

陈雪芬

(广东华路交通科技有限公司，广东广州510420)

关键词：预应力混凝土桥梁；桥梁检测；加固

0引言

为推动经济的发展，近年来公路桥梁的修筑越来越多，桥梁建成投入使用后，长期暴露在自然环境中，经受太阳暴晒、雨水冲刷，以及空气中的腐蚀性污染物都会使桥梁产生破坏，再加上车流量的增加，重型大车、超载车辆的增多，使得桥梁经常超负荷工作，从而发生病害和缺陷，轻则影响行车舒适性，重则对行车安全构成威胁[1]。桥梁发生病害后拆掉重建耗资巨大且影响交通，因此，对桥梁进行检测以预防病害，同时采取有效措施对桥梁进行加固维持并力求延长桥梁使用寿命是目前桥梁工程的重点[2]。

对于已建成投入使用中的桥梁进行结构损伤、结构材料变化状况的详细检测，以准确掌握桥梁的安全性能和可使用寿命，而对已产生病害的桥梁结构部分则应采取相应有效的措施进行加固、修补。

1工程概况

某变截面预应力混凝土连续刚构桥，按全预应力设计，跨径为(75+96+63.83=233.83)m，上下行分左右两幅，单幅桥宽13.45 m(0.60 m护栏+12.25 m机动车道+0.60 m护栏)，设计荷载为：城-A级。设置双车道，-1.00%的纵坡，2.00%的横坡，设计标准如表1所示。

表1　桥梁设计标准值表

桥梁上部结构为单箱单室的箱形变截面，梁高从4.50 m线型变化到2.20 m，主梁为C50混凝土现浇而成。下部结构采用柱式墩，桥台采用肋板台，基础采用钻孔灌注桩，桥面铺装采用沥青混凝土材料，护栏是钢筋混凝土。主墩分别高20.8 m、21.7 m，横桥向设椭圆端，墩宽10 m，最大壁厚2 m，顺桥向宽3 m，壁厚60 cm。左右幅主墩共用承台，主墩承台尺寸为34.1×8.7×4 m，承台下承接12根直径2.2 m的桩基。箱梁截面上布置竖向、横向、纵向的三向预应力束。

该桥采用挂篮施工技术，在桥墩处设置挂篮，按照一般构造图(见图1)分段施工，在边跨合拢段断采用满堂支架现浇施工，中跨合拢段长2 m，先进行两边跨现浇施工，预留2 m的合拢段，等边跨顶板、腹板以及底板预应力短钢束张拉完工后，进行中跨合拢段的现浇施工，然后将所有腹板及底板的长预应力钢束进行张拉。

图1　桥梁平面布置图

2桥梁检测分析

主桥在修建完毕(2008年)开放通车前，进行静载和动载试验，结果表明左、右幅桥梁的承载能力皆达到设计要求。

在通车两年后，再次对桥梁进行静载和动载试验，结果表明，主桥右幅桥梁均存在大量的裂缝，主要分布在受力较大部位，裂缝主要集中在各跨跨中附近和腹板、墩顶附近。其中，严重的裂缝还由底板延伸至腹板，大多数裂缝宽度大于规范允许的0.1 mm，严重影响桥梁承载能力，需要进行必要的加固措施。同时主桥跨中下挠，根据相应的规范，该桥技术评定状况为不合格级。该桥裂缝开裂示意图如图2～4所示，跨中裂缝最大值见表2。

图2　右幅第38跨梁体裂缝分布示意图(裂缝宽度单位：mm)

图3　右幅第39跨梁体裂缝分布示意图(裂缝宽度单位：mm)

图4　右幅第40跨梁体裂缝分布示意图(裂缝宽度单位：mm)

位置裂缝宽度边跨跨中中跨跨中边跨跨中右幅0.240.140.24

经过动静载试验，第38跨和第40跨最大正弯矩试验挠度校验系数均>1，不满足规范要求，第39跨接近1，表明该右幅桥结构刚度储备不足，承重能力不能满足城A设计荷载标准，结构整体状态较差，必须对该桥采取加固维修处之措施，并在加固后重新进行荷载试验，挠度校验系数见表3。

表3　试验挠度校验系数表

3桥梁病害原因分析

(1)施工原因。桥梁修建的采用分层浇筑的施工方案，分层浇筑时间间隔长达1～2个月，在此间隔时间里，满堂支架、挂篮以及桥梁下部结构都会随着时间推移发生不同程度的沉降。先浇筑的混凝土在承受自重荷载以及挂篮荷载的同时还要承受后浇筑的混凝土作用，容易造成先浇筑的混凝土产生裂缝。

(2)收缩作用。混凝土在硬化过程中，水和水泥颗粒结合以及水分的蒸发都使得混凝土体积缩小，进而产生裂缝。

(3)温度作用。水泥硬化产生水化热、太阳的照射等温度变化使得混凝土内温度应力变化大于混凝土的抗拉强度，从而造成裂缝产生。

4加固方案

该桥有两种不同类型的裂缝，需要采取不同方式进行修补：裂缝宽度介于0.15～0.3 mm之间，采取高压灌注法进行修复；裂缝宽度介于0.015～0.15 mm，采取直接封闭裂缝的方法进行修补[3-4]。

同时，结合本桥裂缝多、变形严重，以及交通压力大、不适宜封闭交通进行桥梁加固施工的实际情况，经过专项会议分析决定采用具有施工速度快、施工技术简单、坚固耐用、经济实惠等优点的粘贴钢板法对本桥进行加固，即等主桥裂缝封闭完成后，在箱梁底板粘贴10 mm厚钢板，粘贴钢板时须采用优质粘钢胶。

施工阶段流程为：(1)在95 m中跨跨中布置6台27 t载重汽车，封闭中跨底板裂缝；(2)在63.83 m跨布置6台27 t载重汽车，封闭其底板裂缝；(3)在75 m边跨布置6台27 t汽车，封闭底板裂缝，卸载车辆；(4)裂缝封闭全部完成达到固化强度后，在中跨布置5台27 t汽车，粘贴两边跨底板开裂区域钢板；(5)在两边跨裂缝区域布置6台27 t载重汽车，粘贴中跨底板开裂区域的钢板。

5加固后检测分析

5.1试验方案及测定布置

在该桥不同位置设计控制截面A-A，B-B，C-C，D-D，E-E，同时设计不同的工况，其中A-A控制截面为工况一第38跨最大正弯矩工况，B-B控制截面为工况二第38#墩最大负弯矩工况，C-C控制截面为工况三第39跨跨中最大正弯矩工况，D-D控制截面为工况四39#墩顶最大负弯矩试验，E-E控制截面为工况五第40跨最大正弯矩试验。截面试验截面布置如图5所示。

图5　试验截面布置图

A-A、C-C、E-E截面应变测定布置如图6所示。

图6　截面应变测点布置图

B-B、D-D截面应变测定布置如图7所示。

图7　截面应变测点布置图

在进行挠度试验分析，取墩顶、1/4跨、3/4跨和其它跨的跨中和墩顶设置挠度测点，其中第39跨挠度测定布置如图8所示，其余跨类似。

图8　38跨挠度测点布置图

5.2静载结果分析

鉴于文章篇幅有限，这里只列出工况三的应变和挠度试验数据(见表4、表5)。

表4　实测应变值表

表5　挠度值表(单位：mm)

各级荷载下实测与计算挠度对比图如图9所示。

图9　试验挠度值与计算挠度值比较图

从表4～5中可以看出，布置在截面下缘的测点相对残余应变均≤0.20，在设计规范的范围内，即该预应力桥梁结构进行加固后，处在弹性工作状态，说明加固后的桥梁整体性能好，满足承载能力要求。

5.3挠度校验系数

在最大级荷载作用下，取截面左右两侧挠度测点实测弹性变位值Se，将两者数据平均得出截面中心的弹性变位值Se中，再与理论计算结果进行比较。具体数据见表6。

表6　挠度校验系数表

从表6可以看出，校验系数分别为0.73、0.63、0.88，说明该桥粘贴钢板后，钢板与混凝土共同发挥了作用，结构整体刚度满足要求。

6结语

投入使用后的桥梁随着时间的推移，其结构会在各种荷载的作用下发生不同程度、不同类别的损害。对使用已久的桥梁结构进行检测，有利于掌握桥梁结构的工作状态，避免出现因桥梁损害造成行车不安全的现象发生；对于已经出现问题的桥梁，则需结合检测的结果采取有效的加固措施，进行桥梁结构的加固。本文结合具体的工程实例，分析预应力混凝土桥梁结构的检测与加固关系，在加固前检测，以便选择适当的加固措施；在加固后检测，以确定该加固措施对桥梁损害的修复效果，为后续类似工程提供参考。

参考文献

[1]张广元.预应力混凝土桥梁检测评定与加固设计的研究探索[D].北京市市政工程研究院，2015.

[2]夏占武.桥梁检测与加固技术应用[D].吉林：吉林大学，2004.

[3]朱德宏.预应力混凝土箱式桥梁加固前后使用状态分析研究[D].合肥：合肥工业大学，2008.

[4]张帅.预应力混凝土桥梁损伤评估及仿真加固分析研究[D].北京：北京交通大学，2009.

摘要：文章结合工程实例，通过桥梁检测分析预应力混凝土桥梁投入使用后的结构性能变化及病害原因，提出了相应的加固处治方案，并对加固效果进行评价，探讨旧桥加固的实用方法。

Analysis on Testing and Reinforcement Practices of Prestressed Concrete Bridge

CHEN Xue-fen

(Guangdong Hualu Transportation Technology Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong，510420)

Abstract：Combined with the engineering practices，this article analyzed the structure performance change and disease reasons of prestressed concrete bridge after put into use through bridge inspection，proposed the corresponding reinforcement treatment measure，evaluated the reinforcement effect，and discussed the practical old bridge reinforcement method.

Keywords：Prestressed concrete bridge；Bridge inspection；Reinforcement

作者简介

中图分类号：U445.7

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.016

文章编号：1673-4874(2016)04-0054-04

收稿日期：2016-03-26

陈雪芬(1978—)，工程师，研究方向：公路桥梁检测。