预应力混凝土连续箱梁桥加固技术研究

胡 欣

(武汉交通职业学院 武汉 430000)

预应力混凝土连续箱梁桥是一种常见的桥型，目前我国公路上很多的此类桥梁都存在不同程度的病害，如主梁跨中下挠、预应力束孔道锈蚀和梁体开裂等。因此国内外众多学者对桥梁老化问题进行研究，废除这些旧桥重建新桥需要中断交通，花费巨资和时间。大量文献表明，桥梁加固能带来明显的经济效益和实用价值[1-3]。

本文以一座六跨预应力混凝土连续箱梁加固为工程背景，系统阐述了连续箱梁桥病害成因分析、加固过程中的加固措施、加固监控手段的应用情况。

1 工程概况

湖北省省道S306某特大桥主桥为预应力混凝土连续箱梁桥，主桥为(55+4×100+55)m六跨变截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁截面为单箱单室，箱底宽6m，顶宽10.8m，顶板设1.5%双向横坡，桥面仅设4cm沥青混凝土铺装。

该桥于1990年建成通车，在通车运营20年后，2010年检测发现存在箱梁顶板和腹板开裂等多种病害，为保证桥梁运营安全，采取主桥箱梁体外索加固、箱梁节段施工套夹钢板加固等技术进行了首次加固。2017年对该桥进行检测评估发现，主桥箱梁底板与腹板多处有纵向和竖向裂缝、节段接缝开裂、混凝土破损漏筋等问题。根据检测结果，大桥主桥被评定为三类桥梁，为保证该桥使用的安全，必须对主桥进行二次加固，以提高其承载能力。

2 病害成因分析

2.1 主要病害

对该桥检测结果显示：箱梁内部主要病害为腹板、顶板局部开裂、渗水、析白等，腹板有16条竖向、斜向裂缝，裂缝总长21.2m，缝宽0.10～0.38mm；顶板有41条纵向裂缝，裂缝总长72.6m，缝宽0.08～0.22mm；顶板预应力齿块有39条纵向裂缝，裂缝总长57.3m，缝宽0.10～0.24mm；腹板2条施工节段缝，裂缝总长2.8m，缝宽2.3mm，顶板有2处网裂，面积0.2m2。箱梁外部主要病害有混凝土局部开裂，混凝土破损、漏筋、渗水、析白、其中腹板、底板共有35条斜向、纵向裂缝，裂缝总长41.7m，缝宽0.08～0.46mm；漏筋有17处，总长5.25m；混凝土破损6处，总面积0.7m2；腹板、底板共有9处渗水。

2.2 成因分析

箱梁顶板纵向裂缝产生的主要原因是：(1)箱梁内外温差过大，产生温度应力超过混凝土抗拉强度；(2)施工过程中养护不当，收缩徐变导致发生裂缝。顶板纵向裂缝会导致钢筋锈胀，降低结构耐久性，应对裂缝进行封闭处理。

箱梁腹板斜裂缝产生的原因比较复杂，有竖向预应力筋部分失效，偏心荷载下畸变应力过大等因素。竖向预应力筋一般施工困难，施工质量不理想，甚至失效。腹板竖筋有效预应力大小直接影响到腹板主拉应力。

箱梁底板纵向裂缝产生的主要原因：(1)在自重和纵向预应力作用下，由于泊松比效应，底板将出现横向拉应力，如果拉应力超过混凝土容许抗拉强度，将引起底板混凝土纵向开裂；(2)底板局部段钢筋保护层偏薄，底板横向拉应力作用下产生裂纹，导致底板纵向开裂。

节段接缝裂缝主要原因是悬臂施工时由于施工接头处理不好，成为薄弱截面，在纵向弯矩、混凝土收缩或较大温差应力等作用下开裂。

根据大桥检测报告以及对桥梁现状承载能力评定分析，主桥箱梁承载力及正常使用状态下均满足85规范要求，桩基竖向承载力也满足规范要求。主桥主要问题在于施工节段缝病害，竖向预应力钢筋外漏，沥青桥面铺装破损较为严重等病害。基于以上分析，主桥加固的主要目的是补张拉主梁预应力备用索，提高主梁纵向承载力；对施工节段缝病害进行加固补强；保护竖向预应力钢筋锚头，避免影响主体结构的安全性；改善桥面沥青层破损的现状。

3 加固措施

3.1 张拉箱梁体外预应力备用索

由于本次加固改造中因对主桥桥面铺装进行了加厚改造增加了荷载，同时发现新增了3道施工节段缝病害。原桥在2010年加固施工过程中，预留了体外预应力备用索孔道，经计算和研究分析，拟对箱梁边跨及中跨体外预应力备用索进行补张拉，首先可提高箱梁的纵向承载力，其次可降低节段施工缝开裂的可能性。

本次预应力钢束在原来预留的锚固块及转向架基础上采用两段张拉，张拉控制应力取0.5fpk，单根钢束控制张拉力为2473.8kN。

3.2 箱梁节段缝加固

粘贴钢板加固应在该阶段裂缝处治完成后进行。施工时应先对接缝处进行压降处理，然后采用压力注胶法黏结钢板。施工时应先对接缝进行压浆处理，然后再采用压力注胶法黏结钢板。锚栓钻孔前，应准确确定预应力钢束的位置，避免对预应力钢束的损伤。

3.3 桥面改造

为解决主桥墩顶负弯矩区桥面铺装层破损较为严重、竖向预应力锚头外露等病害，提出桥面改造方案；人工凿除原4cm厚桥面铺装层，凿除时注意保护竖向预应力锚头，再植入抗剪钢筋，铺设直径12钢筋网，最后浇筑8cm厚CF50钢纤维防水混凝土。钢纤维混凝土能显著提高混凝土对塑性收缩、温度、应力等因素导致的非结构性裂缝的抗裂能力，可有效提高混凝土的抗渗防水性能。

4 体外预应力施工技术要点

4.1 测量索长

进场后，首先用测量仪器，包括全站仪、水准仪、钢尺测量各体外预应力索的实际长度，并对应设计给的长度，最终确定厂家订做的长度。

4.2 钢绞线下料

首先对长短两束钢绞线均进行现场模拟穿束后，确定钢束的下料长度，按照确定后的长度进行下料。下料后，对每根钢绞线进行编号，人孔处进入箱内。钢绞线在搬运过程中，注意保护PE外套管不受损害，不得在地上拖运。穿束采用人工进行，从底层开始穿束，每根钢绞线必须穿入对应编号的转向钢管的预留孔中，并防止钢绞线互相缠绕。

4.3 预应力钢束穿布

体外预应力钢束采取卷扬机牵引方式，通过在底板上安装滚动轴，将钢束置于滚动轴上牵引钢束前行，而预应力钢束由厂家制作打盘后送到现场，牵钢束时，将钢束装入索盘放出，在桥面用卷扬机牵引至腹板位置。

4.4 体外预应力钢束张拉

预应力钢束采取对称、均衡张拉，即先张拉第一跨，再第二跨～第五跨，最后张拉第六跨。张拉采用张拉力与张拉伸长量双控，但以张拉力为主。根据理论计算的张拉伸长量，对应千斤顶的最大拉伸量200mm，且由于采取两端张拉的方式，张拉时分别测量计算两端的伸长量。

预应力张拉步骤：

初张拉(即预紧，张拉力为0.2倍设计张拉力P)→检查是否有异常情况→张拉并维持设计吨位0.6P→量测延伸量δ11并检查是否有异常情况→张拉并维持设计吨位P→量测延伸量δ12并检查是否有异常情况→回油→量测延伸量δ2。

4.5 预应力钢束减震器安装

体外预应力钢束张拉完后，在测量桥面线形标高、应力无问题后可安装减震器，减震器通过在腹板植筋固定。 固定钢束减震器与混凝土通过埋植螺栓与梁体连接为一个整体，所有钻孔位置已考虑了避开既有箱梁的预应力钢筋，但若原预应力钢筋位置施工误差过大，有可能钻孔会碰到，钻孔前先探测既有梁体预应力筋与普通钢筋的位置，将全部钻孔位置在腹板上标记好后再开钻。施工中需根据索体、梁体的实际位置关系现场测量、放样、下料。

5 加固效果

通过对加固箱梁主控截面应力、应变、裂缝、主梁挠度等情况的监控监测发现：在体外索张拉过程中，各测点应编制变化较均匀，无突变现象，表面在预应力张拉过程中结构主控截面反应正常。各测试截面基本上呈整体全截面受压，跨中、墩顶截面测试值和理论值较为吻合。

预应力张拉完成后，所有的裂缝均体现为闭合效应，并且效果较为明显。预应力张拉完成后，梁体均有整体上拱的趋势。

在预应力混凝土连续箱梁桥的旧桥加固施工过程中，应用体外预应力加固施工技术能够切实提高公路桥梁建设质量。但是在施工过程中，需要按照项目的特点对预应力加固技术进行选择，同时，还需要在施工时严格按照施工规范进行施工，提高公路桥梁质量。