預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋加固與拓寬設(shè)計(jì)

　　單就一座橋梁的維修加固可以說(shuō)任務(wù)簡(jiǎn)單一些，但有時(shí)病害橋梁在需要加固處理時(shí)，還需要進(jìn)行拼寬改造，這就要考慮拓寬施工階段和拓寬后使用階段橋梁新舊上部結(jié)構(gòu)的相互影響問(wèn)題，因此在成因分析、方案設(shè)計(jì)等方面就要復(fù)雜的多。目前我國(guó)高速公路上預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋占有較大比重，此文以某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)楸尘?，介紹該橋的病害情況及解決方案，希望對(duì)同類橋梁工程能起到一定探討作用。

　　橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

　　某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋跨徑組成為三聯(lián)4x40m，橋梁全長(zhǎng)495.43m，全橋共12孔。設(shè)計(jì)荷載：汽車-超20級(jí)，掛車-120.橋梁上部結(jié)構(gòu)為單箱單室等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高2.4m，頂板寬12.0m，底板寬5.8m，腹板為斜腹板。下部構(gòu)造橋墩為雙支點(diǎn)蓋梁獨(dú)柱墩，獨(dú)柱墩柱徑2.2m，基礎(chǔ)為4根1.2m鉆孔灌注樁，0號(hào)臺(tái)為肋式橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)，12號(hào)臺(tái)為組合式橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)。

　　在對(duì)該橋進(jìn)行特殊檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)各跨頂板均有縱向裂縫分布，縫寬0.05~0.2mm，裂縫長(zhǎng)度由10c m~300cm不等，沿橫橋向呈均布態(tài)勢(shì)，裂縫間距15cm~50cm;腹板裂縫主要集中在支點(diǎn)附近及鋼束齒板錨固區(qū)域，裂縫走向與鋼束下彎方向基本垂直，縫寬0.05~0.3mm，最大裂縫寬度達(dá)到0.75mm，最長(zhǎng)的裂縫已貫通整個(gè)腹板。底板有新增和發(fā)展的橫向裂縫；箱梁頂板水蝕嚴(yán)重，鋼筋銹脹混凝土大面積脫落，局部鋼筋銹斷，頂板混凝土局部有腐蝕和大塊混凝土劈裂現(xiàn)象，頂板多處有鐘乳狀懸掛沉積物。

　　計(jì)算分析在正常使用極限狀態(tài)下，最不利荷載組合工況，主梁上、下緣均出現(xiàn)拉應(yīng)力，均未超過(guò)A類構(gòu)件規(guī)范容許應(yīng)力值；最不利荷載組合工況，距邊支點(diǎn)約5m處最大主拉應(yīng)力達(dá)-2.25M Pa.靜載試驗(yàn)結(jié)論為，在試驗(yàn)荷載作用下邊跨跨中截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)1.03，撓度校驗(yàn)系數(shù)1.07~1.12，中跨跨中截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)1.19，撓度校驗(yàn)系數(shù)1.09~1.10，中跨支點(diǎn)截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)0.98.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)一般為0.7~0.9，但不得超過(guò)1.05.該橋的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)較高，雖處于彈性工作狀態(tài)，但已經(jīng)沒(méi)有強(qiáng)度儲(chǔ)備。

　　病害分析

　　1、頂板縱向裂縫

　　本橋箱梁頂板寬12m，采用的單箱單室斷面，橫向跨度較大，頂板縱向裂縫由橫向彎曲和箱梁畸變引起?？沽羊?yàn)算最大裂縫寬度為0.21mm，因此有縱向裂縫產(chǎn)生，加之長(zhǎng)期受超載車輛作用，裂縫發(fā)展、數(shù)量增加。

　　2、頂板橫向裂縫

　　頂板橫向裂縫主要位于齒板錨固前段約1m處，部分已橫向貫通，是由于頂板束錨固過(guò)于集中，錨固位置不合理，導(dǎo)致局部應(yīng)力超限引起。

　　1999年加固時(shí)已灌漿封閉，順橋向粘貼了鋼板條，檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)處理過(guò)的橫向裂縫有進(jìn)一步開裂的現(xiàn)象。

　　3、腹板斜向裂縫

　　箱梁腹板在支點(diǎn)兩側(cè)5m范圍內(nèi)為50cm厚，其它位置均為30cm厚，對(duì)12m寬的單箱單室斷面，腹板厚度是偏薄的。計(jì)算結(jié)果顯示，在最不利荷載組合情況下，支點(diǎn)附近主拉應(yīng)力達(dá)到2.24MPa，主拉應(yīng)力超限。由主拉應(yīng)力引起的斜裂縫首先出現(xiàn)在剪應(yīng)力最大的部位，隨著交通量的增加，裂縫長(zhǎng)度不斷向受壓區(qū)發(fā)展，裂縫區(qū)也逐漸向跨中方向發(fā)展，最后導(dǎo)致剪切破壞，在多種力學(xué)破壞模式中，剪切破壞的危害最大，也最突然。

　　4、底板橫向裂縫

　　原橋的主梁頂?shù)装邃撌贾们泛侠?，底板預(yù)應(yīng)力束偏短，頂、底板鋼束錨固過(guò)于集中，箱梁局部應(yīng)力超限，導(dǎo)致底板出現(xiàn)橫向裂縫；計(jì)算結(jié)果顯示，在最不利荷載組合情況下，箱梁底板距中墩5m處，拉應(yīng)力為0.8MPa，距中墩10m處，無(wú)壓應(yīng)力儲(chǔ)備。1999年增設(shè)的底板體外預(yù)應(yīng)力，從一定程度上改善了底板的應(yīng)力狀況，裂縫數(shù)量沒(méi)有明顯的增加，但因體外預(yù)應(yīng)力只施加在底板局部，而原箱梁的底板鋼筋配置偏弱，在加固后近10年的運(yùn)營(yíng)期中，受超載車輛的長(zhǎng)期作用，無(wú)壓應(yīng)力儲(chǔ)備的底板出現(xiàn)開裂。

　　5、箱梁剛度情況分析

　　對(duì)橋梁的振動(dòng)評(píng)價(jià)可以采用狄克曼指標(biāo)K，即用人的敏感度來(lái)判別人體對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)感覺(jué)的界限，該橋在重車作用下會(huì)給人以明顯的振感，說(shuō)明在重車作用下，橋梁振幅比較大。靜載試驗(yàn)得出的跨中撓度校驗(yàn)系數(shù)在1.07~1.12之間，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，撓度校驗(yàn)系數(shù)常值為0.7~1.0，撓度校驗(yàn)系數(shù)偏高，說(shuō)明箱梁的剛度儲(chǔ)備偏低。頂板、腹板的多處開裂，削弱了箱梁剛度。

　　6、頂板病害分析

　　箱梁頂板病害與水蝕有關(guān)，橋面鋪裝破損造成橋面雨水滲入箱梁頂板，雨水滲透到混凝土內(nèi)部，將一部分水泥的水化產(chǎn)溶解并析出；雨水還造成鋼筋嚴(yán)重銹蝕、膨脹，鋼筋保護(hù)層厚度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂剝落。

　　在檢測(cè)期內(nèi)，氣候干燥，但是箱梁頂板還有大面積的潮濕區(qū)域，局部混凝土腐蝕析出了含水分的膠狀結(jié)晶，判斷可能是橋梁施工時(shí)，模板上涂刷的油脂類化學(xué)品在拆模后留在箱梁頂板下緣，形成一層封閉阻水薄膜，造成由橋面滲入頂板的雨水不能滲出，長(zhǎng)期積存在頂板混凝土中，積水通過(guò)壓漿不密實(shí)的預(yù)應(yīng)力管道流出，從而導(dǎo)致齒板錨頭因長(zhǎng)期滲水形成鐘乳石狀的結(jié)晶。