江 楠

（四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

公路橋梁安全運行和長效耐久日益成為社會關(guān)注的重點，按照《交通運輸部關(guān)于進一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》、《公路危舊橋梁改造行動方案》有關(guān)要求，“十四五”期間集中開展公路危舊橋梁改造行動，確保橋梁安全運行。本文以某大橋維修加固工程為例，介紹了該獨柱橋墩蓋梁主要病害，對病害產(chǎn)生的原因及機理進行分析，探討了增大截面法、預應力碳纖維板加固、體外預應力鋼束加固三種加固方法。

1 工程概況

某橋位于四川省甘孜藏族自治州G227上，橋?qū)?0.5m，雙向兩車道，橋梁全長176m，于2014年建成通車。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用8×20m預應力混凝土簡支小箱梁，橫向布置4片梁；下部結(jié)構(gòu)橋墩采用鋼筋混凝土矩形蓋梁、圓形獨柱墩、樁基礎(chǔ)，橋墩樁基均為端承樁；兩岸橋臺采用重力式U臺、擴大基礎(chǔ)。2019年，檢測單位對橋梁進行定期檢查時發(fā)現(xiàn)，全橋1～7號橋墩蓋梁均在墩頂上緣出現(xiàn)豎向裂縫現(xiàn)象，裂縫長度0.6～2m不等，最大裂縫寬度1.6mm，遠超鋼筋混凝土構(gòu)件規(guī)范限值0.2mm。該橋橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評分 r=56.2分，依據(jù)主要承重部件最差缺損狀況評定為四類橋，需要進行維修加固。

2 主要病害原因及機理分析

全橋7個蓋梁在墩頂上緣出現(xiàn)的豎向裂縫現(xiàn)象，與獨柱橋墩蓋梁開裂模式吻合，判斷其為承載力不足造成的受力裂縫。通過查閱施工圖設(shè)計文件，建模計算分析結(jié)果如下：持久狀況、承載能力極限狀態(tài)、蓋梁正截面抗彎承載能力、斜截面抗剪承載能力均滿足規(guī)范要求，但安全儲備不足；持久狀況正常使用極限狀態(tài)，蓋梁為鋼筋混凝土構(gòu)件，在最不利偏載荷作用下最大裂縫寬度0.235mm，略微超限。檢測報告中蓋梁最大裂縫寬度達1.6mm，理論計算結(jié)果與實際開裂程度不吻合，兩者在混凝土強度、配筋等方面存在一定偏差，初步推測為施工質(zhì)量原因造成的該類豎向裂縫。本橋位于四川省甘孜州，受當?shù)貧夂驐l件影響，混凝土收縮徐變、日照溫差形成的溫度梯度效應明顯，同時日益增長的交通量、重載交通以及支座輕微脫空、伸縮縫堵塞等因素，均加劇了蓋梁裂縫的形成與發(fā)展。

3 橋墩蓋梁加固方案設(shè)計

需要主動對蓋梁豎向裂縫進行加固處治，將承載能力提高。針對橋墩蓋梁加固，《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》（JTG/T J22-2008）建議可采用體外預應力、增大截面、粘貼鋼板或纖維復合材料加固[1-3]。結(jié)合獨柱橋墩蓋梁受力模式、加固成效以及當?shù)厥┕l件、難易程度等因素，擬采用以下三種蓋梁加固方案。

3.1 外包混凝土加固

外包混凝土加固屬于增大截面加固法，通過增大構(gòu)件的截面或增加鋼筋、鋼束的同時增大截面來提高原有構(gòu)件的承載力和剛度，主要用于配筋混凝土受彎、受壓構(gòu)件的加固。本加固方案在原蓋梁兩側(cè)各增大截面35cm，在下側(cè)增大截面50cm，對原結(jié)構(gòu)鑿毛、刻槽、植筋后，采用C40鋼纖維混凝土外包，并在兩側(cè)新增混凝土內(nèi)配置預應力鋼束，從而改善結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，提高結(jié)構(gòu)承載能力[4-5]。外包混凝土加固方案如圖1所示。

圖1 外包混凝土加固方案

3.2 預應力碳纖維板加固

碳纖維板目前在橋梁加固中已廣泛利用，具有良好的力學及耐老化性能，對碳纖維板施加預應力，可充分發(fā)揮其強度性能，從而提高結(jié)構(gòu)的承載力。

根據(jù)本橋蓋梁受力特點及施工空間因素，將預應力碳纖維板沿蓋梁橫橋向兩側(cè)上緣布置，通過鋼錨梁錨固在蓋梁兩端。碳纖維板選用高強度Ⅰ級板，標準強度2400MPa，單層板寬度為50mm，厚度為2mm，每條碳纖維板由11層碳纖維板構(gòu)成并由波形錨具夾持固定，即11層2×50mm的碳纖維板疊合在一起同時進行預應力張拉和錨固。一個蓋梁橫橋向兩側(cè)各布置4條預應力碳纖維板（每個蓋梁共8根），預應力碳纖維板加固方案如圖2所示。

圖2 預應力碳纖維板加固方案

3.3 體外預應力鋼束加固

體外預應力加固方法主要是通過張拉體外預應力，利用預加力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力抵消部分恒、活載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而改善原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，提高結(jié)構(gòu)的承載力、抗裂性。

根據(jù)項目區(qū)氣候條件及舊橋蓋梁構(gòu)造特點，體外應力加固采用防腐性能、抗疲勞性能、空間利用率較高的GJ15-12型整束擠壓拉索，拉索索體為12×15.2mm環(huán)氧噴涂無粘結(jié)鋼絞線纏包后外擠PE，錨具采用低回縮GJ15A/B-12型擠壓錨。拉索布置在蓋梁兩側(cè)，單側(cè)豎向共布置兩束，通過鋼錨梁錨固在蓋梁兩端。體外預應力鋼束加固方案如圖3所示。

圖3 體外預應力鋼束加固方案

3.4 蓋梁加固方案比選

蓋梁外包混凝土加固、預應力碳纖維板加固、體外預應力鋼束加固三種加固方案優(yōu)、缺點對比情況如表1所示。

表1 蓋梁加固方案對比表

本項目位于四川省甘孜州，項目區(qū)氣候條件復雜，施工后期養(yǎng)護水平薄弱。橋址位于縣城主要過境通道上，平日交通量大，中斷交通施工方案不可行。根據(jù)以上建設(shè)條件，結(jié)合三種加固方案的加固成效、施工難易程度、運營交通影響等因素，本著技術(shù)可行、經(jīng)濟適用的設(shè)計原則，本次橋梁維修加固工程最終采用了體外預應力鋼束加固方案。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合工程實例，對鋼筋混凝土獨柱蓋梁主要病害原因及機理進行了分析，提出了外包混凝土加固、預應力碳纖維板加固、體外預應力鋼束加固三種加固方法，通過對加固方法的闡述以及方案的比選，結(jié)合建設(shè)條件，確定了最優(yōu)加固方案，為類似工程提供借鑒與參考。