杨 斌，尹 恒，崔振山

(1.深圳高速公路股份有限公司，广东深圳 518026;2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710075)

0 引言

普通钢筋混凝土连续箱梁允许带裂缝工作，但在桥梁养护工作中，常常发现普通钢筋混凝土连续箱梁的裂缝超过限值，并有发展趋势，极大地影响了桥梁结构的安全性和耐久性。分析裂缝成因，制定相应的维修加固方案，成为桥梁养护或扩建工程的工作重点。

本文以深圳梅观高速公路扩建工程中一座普通钢筋混凝土箱梁的加固为依托工程，依据检测结论和结构计算，对桥梁裂缝成因进行分析，提出相应的维修措施。

1 桥梁结构现状

桥梁建成于1997年，上部结构为17 m+2×21 m+17 m现浇普通钢筋混凝土连续箱梁，箱梁梁高1.2 m，单箱单室断面，顶板宽度为9.5 m，底板宽度为5.0 m，悬臂长度为2.05 m，箱梁腹板厚度为30～50 cm，跨中截面顶板厚度20 cm、底板厚度20 cm;下部结构采用柱式桥墩、肋式桥台和桩基础;水泥混凝土桥面铺装，仿毛勒式伸缩缝，TPZ-1型盆式橡胶支座。上部结构箱梁存在主要病害如下。

1.1 底板横向裂缝及腹板竖向裂缝

各跨箱梁底板在1/4～3/4桥跨范围内有多条横向裂缝产生，缝宽基本介于0.05～0.15 mm之间，最大裂缝宽度为0.25 mm，缝长介于底板宽度的1/4～1/2之间，缝间距介于 0.15 ～0.35 m 之间，部分裂缝延伸到腹板;另外，腹板除与底板连通的裂缝外，还有大量竖向裂缝，缝宽基本介于0.05～0.15 mm之间，最大缝宽达0.25 mm，裂缝多呈中间宽、两端窄的“枣核形”，长度在1/2～2/3腹板高度之间，少量裂缝贯通腹板高度。

1.2 底板及腹板斜向裂缝

部分桥跨底板、腹板在1/4及3/4桥跨附近有少量斜向裂缝产生，缝宽基本介于0.05～0.12 mm之间，最大缝宽为0.22 mm，缝长介于0.5 ～1.00 m之间。

1.3 翼缘板横向裂缝

部分桥跨翼板有少量横向裂缝产生，缝宽介于0.10 ～0.15 mm 之间，最大缝宽为 0.28 mm，缝长介于翼板宽度的1/3～2/3之间，少量裂缝贯通翼板宽度。

1.4 混凝土表观缺陷

箱梁梁体存在大量钢筋锈胀、混凝土剥落。腹板及底板有多处裂缝修补痕迹，未见重新开裂现象，但修补材料表层风化剥落。

2 有限元计算及病害成因分析

采用通用有限元分析程序，按照实际受力情况简化结构受力模式，建立梁格单元结构分析模型。纵梁根据腹板位置采用“工”字形截面模拟，横梁根据箱梁顶底板厚度采用等刚度“二”型截面模拟，有限元分析模型参见图1。计算活载为汽车超—20挂—120，分别考虑左侧偏载、中载、右侧偏载三种活载工况。温度梯度竖向日照正温度梯度温度基数T1=25℃、T2=6.7℃;竖向日照负温度梯度温度基数T1=-12.5℃、T2=-3.35℃。最不利荷载组合作用下承载能力极限状态弯矩包络结果见图2。

表1、表2为原结构箱梁验算表。计算结论:在承载能力极限状态下，箱梁跨中及支点截面抗弯承载能力不足，安全系数在0.57～0.96之间。

图1 有限元分析模型

图2 承载能力极限状态弯矩包络图

表1 原结构箱梁验算表(承载能力极限状态)

表2 原结构箱梁验算表(正常使用极限状态)

病害成因分析:承载力计算结果表明，箱梁各跨跨中抗弯极限承载力不足，因而底板产生横向裂缝，并延伸至腹板。梁靠近支点位置的两侧翼缘板板底有横向裂缝，两侧翼缘板底的横向裂缝有对称性，因此判断支点处顶板已横向贯通开裂。翼缘板裂缝，为施工时腹板先期浇筑固结早，对翼板有约束作用，浇筑翼板时，因温度变化，翼板混凝土变形受到腹板约束，因而产生横向裂缝。

3 桥梁加固内容及要点

1)对主梁采用增大截面法，腹板外侧布置齿板及转向块，张拉体外预应力钢束，然后浇筑腹板加厚段，预应力束设置在全桥腹板外侧，两端分别锚固于距梁端1.3 m处箱梁腹板上，每侧腹板均设置2根5Φ15.2 mm的体外预应力钢束，全桥共4根钢束，锚下控制应力为1 116 MPa，预应力布置见图3。

图3 新增体外预应力图(单位:cm)

2)采用常规病害修复措施对上部结构裂缝及混凝土缺陷等病害进行处理。

4 加固计算结果

加固后按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85)承载能力验算，结果见表3。加固后桥箱梁截面的抗弯承载能力安全系数边跨跨中为1.13，中跨跨中为1.14，支点处为1.03，箱梁跨中、支点截面抗弯均满足要求。

表3 加固后箱梁承载能力极限状态抗弯验算表

新增体外预应力加固需要对箱梁端部体外索锚固区进行局部分析。在体外索张拉锚固作用下，箱梁腹板与新增齿板交界面处混凝土表层在未考虑原结构普通钢筋作用下的最大拉应力约为2.4 MPa。体外预应力张拉锚固作用下箱梁应力云图见图4。

图4 体外预应力张拉锚固作用下箱梁应力云图

5 结论

1)采用体外预应力加固钢筋混凝土箱梁的加固效率较高，合理布置预应力钢束，可以有效改善箱梁的受力，增加压应力的安全储备，提高抗弯承载力。

2)新增体外预应力加固需要对箱梁端部体外索锚固区进行局部分析，锚固时尽量靠近梁端横梁布置，锚固区越靠近梁端由此产生的箱梁拉应力越小。

3)体外预应力钢束的布置受各种构造条件限制，对于梁高较矮的普通钢筋混凝土连续箱梁桥由于受箱梁翼沿控制，钢束无法靠近截面上缘布置，导致此类加固方法对支点负弯矩承载能力提高幅度有限。必要时可以考虑对箱梁翼沿钻孔，抬高支点附近钢束位置使之布置于桥面铺装内，从而大幅提高支点抗弯承载能力。

［1］郁清玲.公路改扩建工程实用手册［M］.哈尔滨:哈尔滨地图出版社，2004.

［2］驾栓海.公路桥梁荷载横向分布计算方法［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［3］尹 恒.箱梁拼宽前后内力变化分析及处理措施［J］.贵州大学学报，2010(1).

［4］JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范［S］.