橋梁病害分析與加固設計淺談

朱 濤，胡 江

(天津市市政工程設計研究院)

1 項目概況

某市運河橋采用裝配式部分預應力混凝土連續箱梁，左幅橋縱向布置為4×30 m;右幅橋縱向布置為6×25 m+20 m+4×30 m，下部結構采用樁柱式橋墩，柱式臺，鉆孔灌注樁基礎，設計載荷為公路-1級，地震動峰值加速度為0.05 g。暴風驟雨往往是橋梁發生損壞的直接或者間接原因，本橋被山體滑坡的巨石沖擊，其中左幅路基、右幅箱梁、內側波形梁護欄底座、外側防撞護欄造成了嚴重的損壞。

2 橋梁病害分析

箱梁是橋梁重要承重構件，也是本次地質災害中受損最為嚴重的受力構件。經調查，受損箱梁為第3跨內側兩個梁體(第3、4號梁)，其中第3號梁病害最嚴重，受損部位主要位于頂板、腹板以及箱梁第3、4號梁間的濕接縫處。

3 荷載試驗

為了了解結構體系在試驗荷載作用下的實際工作狀態，為科學地評價結構在受損后使用階段的工作狀況提供強度、剛度和變形等方面的資料，本次對比荷載試驗選擇受損的第5跨和相鄰未受損的第4跨進行了對比荷載試驗，為下一階段的加固設計提供依據。

本橋在試驗荷載作用下損傷跨第5跨跨中截面應力校驗系數最高為1.3，撓度校驗系數最高為0.92，而相鄰跨第4跨跨中截面應力校驗系數最高為0.91，撓度校驗系數最高為0.86。預應力混凝土橋梁的結構校驗系數一般為0.7～0.9，但不得超過1.02。本橋損傷跨結構應變校驗系數已遠遠超過常值范圍，橋梁實際應力狀態偏離理論設計值，承載力已經沒有安全儲備。橋梁撓度校驗系數也較高，橋梁實際剛度小于理論設計剛度，存在安全隱患。

4 橋梁加固設計方案

根據上述病害情況、靜載試驗分析，將本次加固分為上部主體結構加固、現澆及預制橋面板加固及橫梁加固三部分。

4.1 加固處理方案

由于箱梁跨中墜石部位裂縫超限，對橋梁結構承載能力的影響較大，本次維修加固設計采用兩種主動加固方案恢復箱梁的承載能力。

方案一:在箱梁底面張拉預應力碳纖維板。采用施加預應力后的碳纖維加固，既有效地利用了碳纖維高強度的特性，節省了碳纖維用量，又能抑制構件的變形和裂縫的發展，其優勢是非常明顯的。

方案二:在箱梁底面張拉體外預應力鋼束。由于鋼絞線的強度高，當需要拉桿承受較大內力時，材料面積也不需要很大，施工起來比較方便。鋼絞線的柔性好，但容易形成設計形狀，施工起來方便。鋼絞線的長度長，可以采用連續跨加固，加強了結構的整體性。由于無粘結鋼絞線的防腐性能較好，在外觀要求不高的情況下，可采取簡單的防腐措施。

4.2 預應力碳纖維板加固后結構計算分析結果見表1和表2(方案一)

表1 正常使用極限狀態驗算(MPa)

表2 抗彎承載力驗算

4.3 體外預應力加固后結構計算分析

體外預應力加固后結構計算分析分析結果見表3和表4(方案二)

表3 正常使用極限狀態驗算(MPa)

表4 抗彎承載力驗算

4.4 方案對比

方案對比見表3所示。

表3 方案對比

經技術經濟比較，將方案一作為推薦方案。

5 結語

本文通過對某橋受墜石破壞所造成的病害情況進行分析，同時結合荷載試驗結論有針對性地提出兩種加固設計方案供必選，最終選擇處理方案，從以上的橋梁事故及加固案例，提出以下建議供參考:

(1)在設計和施工中，避免使用不合理的高陡邊坡，避免大挖大切，以維持山體的平衡穩定。在巖體松散或構造破碎地段，不宜使用大爆破施工，避免因工程技術上的失誤而引起崩塌。較陡斜坡上的巖土體應及時采取清除坡面危石、遮擋、攔截、支擋、坡面加固等措施避免災害的發生。

(2)由于碳纖維強度很高，故而碳纖維用量被很好地調控，所以碳纖維加固方法應用在了此橋上。在施加了預應力后進行加固以后，經過驗證和測試，橋上各部分構件的變形以及由病害導致的裂縫被有效地抑制了。

［1］公路橋梁加固設計規范［M］.北京:人民交通出版社，2008:10.

［2］張勁泉，等.公路舊橋加固成套技術及工程實例［M］.北京:人民交通出版社，2007:8.

［3］冷輝平，祝明橋.體外預應力碳纖維片材補強加固技術［J］.低溫建筑技術，2008，(2).