淺析預應力混凝土連續梁橋的維修及其加固技術

摘 要：介紹了對預應力混凝土連續梁橋維修及加固的必要性；以某連續梁橋為例分析了該橋梁病害的產生原因；并詳細介紹了對于該橋梁的維修及加固過程，根據維修加固過程中存在的問題總結了橋梁在維護保養時所需要注意的事項。

關鍵詞：混凝土；梁式橋；橋梁維修加固；質量控制

1 引言

在我國最常見的公路橋梁就是混凝土橋梁，尤其是梁式橋，這種橋梁因其特有的結構優勢以及較長的使用壽命一直廣受青睞。作為一種建筑材料，混凝土的特點非常鮮明，即抗壓強度高，但是抗拉強度低。因此，人們往往將混凝土中加入鋼筋，鋼筋的抗拉強度很高，將兩者混合使用不僅彌補了各自的劣勢，而且使得兩種材料的優勢更為明顯。盡管如此，橋梁長時間的承載車輛，以及受到外部環境的影響，總會出現一些損害。為了保障人們的生命財產安全，對于橋梁的維修和加固就顯得勢在必行。

2 預應力混凝土連續梁橋維修及加固技術

2.1 橋墩維修加固，維修加固橋梁的下方能夠對橋墩的承載力度進行提升，一般來說，常見的加固方式主要包括粘貼鋼板、外包混凝土以及碳纖維等，針對橫向跨度大橋梁的結構性損傷，在加固的過程中要注意選擇加填注漿以及硬土等做好橋墩的加固工作。

2.2 改變結構受力體系的維修加固，這種方法主要是對結構受力體系進行改變來改善橋梁的載重能力，具有非常強的主動性，在降低撓度的時候還能夠增強結構剛度等。但是改造費用比較大，而且維修加固效果不穩定，因此使用較少，常見的方法有增加橫向聯系、增設主梁、錨噴混凝土等。

2.3 碳纖維維修加固，碳纖維維修加固耐腐蝕、強度高，而且操作起來非常簡便，因此近幾年在我國應用比較多，但是，它也存在脆性不好、耐火性不高等缺點，因此應用也受到了一定的限制。

2.4 增大截面并配筋的維修加固，一般來說，這一方法是對橋梁側面或者底面的尺寸進行加大，并進行主筋的增配，進而使橋梁主要界面有效高度得以提升，實現橋梁載重力度的提升。

2.5 體外預應力維修加固，這種方法是于橋梁下部分受拉區域放置預應力相關的材料，再通過張拉來獲得偏心預應力，這種偏心壓力會讓梁體上拱，抵除了一些橋梁的自重應力。

3 案例分析

以某連續梁橋為例，該橋為具有七個等高度橋孔的預應力混凝土連續梁，其跨度布置為：兩端跨度均為30m，中間五孔跨度均為40m。橋的截面形式采用單箱單室，橋的箱梁頂寬是12.74m，底寬為7m，梁的高度為118m。箱梁的頂板厚度為25cm，底板的厚度為24cm。跨中處的腹板和近支點附近的腹板的厚度略大，分別為40cm和60cm。該連續梁橋采用雙向預應力的結構形式。其橋體設計完成時間為1997年，1998年實現通車。該連續梁橋的結構設計依據的標準為交通部1985年頒布的橋梁設計規范，設計載荷是，汽-20，掛-100。它的施工方法采用當時非常普遍的逐段澆筑法。橋梁共分為十三個施工節段，各段之間再設置十二個長度為2m的后澆段，橋梁的分段點在四分之一跨度處。施工澆筑時，后澆段內一半預應力鋼束要進行接長張拉，另一半的鋼束僅僅通過不進行張拉，而是在下一節段張拉；如此循環施工，直到全梁澆筑以及張拉完成。

3.1 維修加固前的準備工作

檢測部門在對該連續梁橋進行詳細的檢測后發現以下兩個主要的病害：

3.1.1 在箱梁孔的后澆段的邊緣產生了橫向裂縫，裂縫的寬度已經完全超出了最低限制值。

3.1.2 對底板和腹板進行檢測發現，大部分出現橫向裂縫，而且有的裂縫甚至已經貫穿底板和腹板。底板和腹板的裂縫寬度最大已經達到了4mm。

檢測結果顯示，該連續梁橋的結構處在線彈性狀態，產生的橫向裂縫嚴重影響著梁體的縱向剛度。其表現形式為，當載荷增大時，跨中撓度已經不能呈現非常明顯的線性關系。由于橫向裂縫的存在，梁體整體剛度大大降低，結構殘余變形也明顯增大，根據檢測結果可以推斷該連續梁橋已無法達到汽-20，掛-100的設計載荷標準。

3.2 分析連續梁橋病害的產生原因

3.2.1 設計考慮不周

在位于連續梁橋的主孔箱梁的后澆筑帶，預應力鋼束錨固的強度很大，致使錨下產生了應力集中，后澆筑帶對于混凝土便產生了拉應力。隨著橋梁投入時間的增長，混凝土不斷地收縮、徐變加大；同時在進行體系轉換時，二次應力相應的增大，從而使得裂縫最先在該位置的混凝土上出現。此外，后澆筑帶的位置是橋體跨度的四分之一處，因此在計算彎矩時，將其作為正負彎矩轉換區而沒有引起足夠的重視。

3.2.2 施工質量不高

除了設計計算所產生的問題，施工單位在對后澆筑帶進行施工時，對于施工質量的控制也不是很到位。在對橋體進行檢測時，發現該位置的混凝土有砂漿接茬痕跡，說明在橋梁竣工時，橋梁的質量就不達標，而檢測人員也沒有因其足夠的重視，導致裂縫發展很快，從而對腹板甚至是頂板的質量帶來了一定的影響。該連續梁橋，施工空間較小，作業難度較大也是導致施工質量偏差的一個原因。

3.3 連續梁橋維修及加固設計

3.3.1 加固設計分析

根據施工條件以及施工經驗，本次加固的箱梁梁體采用有限元分析法，進行設計計算。在計算時，如果以預應力的失效在20%或以上進行分析時，那么根據分析結果可知該橋已經大范圍超限，這種分析結果與實際情況是不相符的。因此，本連續梁橋在加固設計時做了兩個假設；

（1）預應力的失效在10%。（2）根據交通部1985年頒布的橋梁設計規范可知，其當時規范的C45等級的混凝土相對于2004年新頒布的規范的C43級，因此在加固設計時將混凝土的等級進行降級處理，從C50降至C45。體外預應力摩阻損失取0.1，k取0。同時對于因為混凝土徐變產生的損失不計入分析結果，混凝土錨塊也計入恒載范圍。

3.3.2 維修及加固的施工特點。從應力的分布、拉應力的狀態以及裂縫的分布情況來考慮，選擇通長體外預應力束的布置位置為距離箱內底板頂面300m處。該布置可以補償橋底板的拉應力。以通長鋼束取代預應力束轉向器，從而降低了施工難度，縮短了施工工期。在采用轉向器時，由于預應力的作用，會出現一個合力，這樣就不可避免的增設錨塊。采用通長剛束以后，因為沒有了合力，也就不再需要數量眾多的錨塊，極大地節省了施工成本的投入。

合理選用鋼絞線，本加固過程中，錨端的張拉力是3270KN。在每一個錨塊上布置兩束鋼絞線，錨塊的厚度是1m，錨塊的寬度為118m，這一尺寸的錨塊需要承受一個很大的拉力。為此，采用有限元方法對錨塊進行應力分析，根據分析結果計算出截面彎矩，然后按照需要加設抗彎矩鋼筋。

3.3.3 施工經驗及教訓。通過對該連續梁橋的加固，我們發現橋梁出現的眾多問題，其實在很大程度上都是人為因素。橋梁設計、橋梁的施工控制以及橋梁的后期維護每一個環節都存在著或多或少的問題，從而導致橋梁損失嚴重。在橋梁的施工中，預應力的布置非常關鍵，在同一截面上預應力束一半錨固一般通過的做法會在錨固區產生應力集中，混凝土由于拉應力的長期作用，極易產生裂縫。因此，在施工時要增大通過束的比例，減小截面兩側的應力差。除了在設計時，就格外注意細節，橋梁投入使用后，養護工作也是必不可少的。通過對該連續梁橋的檢測以及養護工作的調查發現，該橋在竣工后，從未進行過維修養護工作，因此損害程度才會如此之大。

4 結束語

橋梁的維修加固，對于交通運輸業的快速發展所起到的重要性不言而喻。但是確保行車安全不僅僅是橋梁管理單位的責任，作為從事運輸業的工作者則應嚴格遵守相關法律，嚴禁超載。同時，政府管理部門進一步加大對車輛超載現象的監管以及懲罰力度，同時完善橋梁管理系統。

參考文獻

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