梁式桥梁加固维修设计思路分析

靳晓蔚

(山西诚达公路勘察设计有限公司阳泉分公司，山西 阳泉 045000)

1 工程概述

秀水大桥位于国道239线K892+364处(原石阳线K120+290)，建成于1993年07月，上部结构为3 m×20 m的钢筋混凝土T梁桥，下部结构为柱式台、双柱式桥墩，基础均采用桩基础。

2 秀水大桥主要病害原因及历史加固设计及实施情况

2.1 秀水大桥病害主要原因

(1)原桥设计荷载等级为汽车-20，挂车-100，前两次加固均未对混凝土梁体构件受力情况进行改善，仅仅封闭了表面裂缝，经过几年的运营，随着车辆数量增加，主梁抗弯承载能力再次退化。

(2)长期大量的超重车辆作用在桥面上，桥梁处于超负荷运营状态，梁体处于极限工作状态，超过规范规定值，主梁混凝土必然开裂，裂缝逐渐扩张延伸至腹板，形成闭合面，随着时间的延伸，裂缝深度贯通腹板，裂缝闭合的截面处于全截面开裂状态。

2.2 2007年秀水大桥T梁腹部的裂缝加固

2007年对投资数十万元秀水桥进行了初次加固，主要是处理T梁腹部的裂缝初次加固对470条裂缝用环氧树脂与玻璃纤维布进行表面封闭，重新铺筑4 cm+5 cm沥青混凝土桥面和混凝土桥面铺装，重做伸缩缝和桥面连续，增加桥头搭板。

2007年加固后至2010年又产生新裂缝155条，其中裂缝最多的是5#-5梁有12条裂缝，裂缝最宽为0.7 mm，裂缝最长为70 cm，占T梁腹部高度的53.9%；13处横隔板混凝土剥落，连接钢板锈蚀甚至断裂；11道湿接缝渗水白化；伸缩缝堵塞、损坏变形；锥坡、护坡勾缝脱落。

2.3 2011年秀水大桥T梁整体裂缝加固

故2011年公路养护管理段对该桥进行二次加固，加固方案为：

(1)对于T梁腹部的裂缝，用环氧树脂与碳纤维进行处理；

(2)横隔板连接处用环氧砂浆修复保护层后用钢板对拉加固；

(3)重做15 cm厚双层钢筋网混凝土桥面；

(4)重做防撞护栏、伸缩缝和桥面连续；

(5)对0#台桥头沉陷部分，挖除后换填砂砾重做路面结构层，对1#台桥头30 m沥青层挖除后重新铺筑；

(6)完善排水系统，对桥台锥坡、护坡重新勾缝。

3 梁式桥梁加固维修设计思路

3.1 梁式桥梁加固维修设计的原则

根据桥梁实际状况及病害情况，本次改造加固设计遵循以下几点原则。

原桥设计荷载等级为汽车-20，挂车-100，经过几十年的运营，主梁抗弯承载能力退化，该桥主梁承载能力已不满足公路Ⅱ级要求，需对上部结构进行承载能力加固。

对桥梁其他耐久性病害进行修复，延长桥梁使用寿命。

3.2 梁式桥梁加固维修设计的要点

针对本桥的实际病害情况，处理方法如下：

(1)对T梁进行正截面抗弯加固，在T梁梁肋两侧进行体外预应力加固，同时在T梁底面及侧面粘贴碳纤维复合材料，与预应力管道冲突位置截断纤维复合材料。

(2)对T梁横隔板侧面粘贴钢板进行加固，同时将T梁间铰改造为固结，增强横向连接；

(3)凿除原有桥面铺装，主梁腹板位置中植入剪力筋，重新浇筑混凝土铺装，同时更换桥面排水系统；

(4)对全桥支座处清扫垃圾，涂润滑油，钢板做防锈处理；

(5)对T梁裂缝进行封缝灌缝处理，裂缝宽度≥0.15 mm的采用裂缝灌注胶进行灌缝处理，裂缝宽度<0.15 mm的采用透明裂缝封闭胶进行封缝处理；

(6)用环氧树脂砂浆修复破损和疏松的混凝土；对锈蚀或外露钢筋进行除锈和阻锈处理；

(7)外倾的0#台右侧墙顶及护栏拆除重建，更换透水性良好的台后填料。

3.3 梁式桥加固梁板正截面抗弯承载能力加固设计思路

(1)梁式桥加固梁板锚固措施设计思路一

安全可靠的锚固措施是体外预应力加固法的关键技术之一，在本次加固设计中采用钢齿板锚固钢束，通过高强螺栓将钢齿板锚固于梁肋，按摩擦连接性设计，设计时钢板与混凝土之间摩擦系数按0.5计算，施工时应实验确定钢板与混凝土接触面实际摩擦系数，若实测摩擦系数小于0.5，应对接触面做粗糙处理保证实际摩擦系数不低于0.5。

设计思路一建议采用。

(2)梁式桥加固梁板体外预应力设计思路二

钢束锚固采用钢齿板通过高强螺栓锚固于梁肋，体外预应力钢束张拉控制应力取钢绞线标准强度的65%(σK=1 209 MPa)。

在本次加固设计时，钢束的计算主要通过控制应力和裂缝宽度来确定。《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)第8.1.5条规定：当被加固构件的混凝土强度等级低于C25时，不宜采用预应力加固方法；原桥梁结构按普通钢筋混凝土结构设计，经验算原桥梁结构设计合理，故只需通过张拉体外预应力适当改善受拉侧应力状态即可。

在增设体外预应力钢束改善结构应力状态以满足正常使用功能要求的同时，还能提高结构抗弯承载能力值以满足抗力要求。

设计思路二不建议采用。

3.4 梁式桥加固T梁横隔板加固设计思路

本桥部分横隔板底板、湿接缝纵向开裂表明上部T梁横向联系减弱，存在单梁受力的特征，应对横隔板加固处理，增强横向联系。中横隔板的固结加固采用在其两侧面粘贴钢板进行连接，钢板的两端都采用对拉螺栓来固定钢板，确保相邻横隔板的可靠连接。

3.5 梁式桥加固T梁翼缘板横向联系加固设计思路

老桥T梁横向联系为铰接，在车辆的长期反复作用下，铰接缝易破损失效，加之横隔板连接的失效，形成单梁受力，对桥梁受力非常不利。

对相邻T梁翼板间的铰接改造为固结，凿除桥面铺装后，切除T梁悬臂30 cm宽度范围内的原T梁翼板混凝土，切除时注意避免损伤原有T梁翼板下缘钢筋(可以先切除一定深度混凝土。后采用人工凿除)。将原有T梁翼板下缘钢筋与搭接钢筋进行点焊，并浇筑C40钢纤维混凝土形成整体，提高翼板的横向固结效果。此外，通过更换桥面铺装，并在新增的桥面铺装混凝土内设横向加强钢筋，将T梁与桥面铺装层混凝土形成整体，进一步增强横向联系的刚度和强度。

3.6 梁式桥加固更换桥面铺装设计思路

凿除原桥面铺装后，对梁体混凝土存在的缺陷清理至密实部位，并将表面凿毛或凿成沟槽，沟槽凸凹深度不宜小于6 mm，以加强新老混凝土的结合。凿除桥面混凝土铺装层时注意不要伤及梁体，方式为手工工具人工静力凿除，严禁采用大型机械或破拆设备进行。

为加强新老混凝土的结合，在T梁顶面腹板位置植入U形钢筋。在T梁顶面植筋钻孔时，植筋孔的位置可以为躲避原梁内钢筋而调整位置，位置误差不宜超过±3 cm。在T梁上铺设双层钢筋网，上下层钢筋网应与预先植入的U形钢筋可靠绑扎。

在浇筑桥面铺装混凝土前，应对T梁上残留的浮灰或垃圾进行清理，并用高压水进行冲洗，用压缩空气将表面吹干后涂刷界面胶，最后浇筑C40钢纤维混凝土。

3.7 梁式桥加固更换伸缩缝设计思路

更换原桥桥台处伸缩缝前，先凿除背墙一定范围内混凝土。在拆除原桥伸缩缝时注意保留T梁以及背墙原有伸缩缝预埋钢筋，并将其与更换的伸缩缝纵向钢筋连接，切除原有损坏和锈蚀的钢筋并进行植筋，T梁处植筋深度5 cm，背墙植入钢筋深度29 cm，然后以钢纤维混凝土填充捣实，钢纤维混凝土掺量为0.9 kg/m3。

4 结束语

结合秀水大桥加固维修工程，论述了公路梁式桥梁加固维修设计基础资料的调查方法和上部结构及附属物的加固维修方案设计方法。根据项目所在路段的交通量及桥梁的使用情况，曾提出三种加固方案，一是钢板加固法，二是体外预应力法，三是更换主梁法。考虑到本桥临近盂县县城，从市县区规划来看，本项目处于阳泉市新城大道一级路三期项目内，其中一期项目已建成，二期项目正在建设，三期项目正在立项阶段，预计2～3年内建成，建成后对该桥所处路段将禁止大车通行，届时使用寿命可大大提升，年均消耗资金大大降低。故经施工时间、施工工艺、施工难度、施工费用等方面优缺点比较，最终采用钢板加固法。加固后检验证明，秀水大桥达到了公路-Ⅱ级汽车荷载设计标准，可以正常通车运行，取得了良好的经济效益和社会效益，并且为旧桥加固设计施工提供了参考经验和借鉴，值得推广及应用。