黄明海 王 萌（郑州市交通规划勘察设计研究院 河南 郑州 450001）

随着桥梁使用年限的增长、车流量及车辆荷载的日益增大，很多公路上的桥梁出现不同程度、各种各样的病害，严重的还会危害桥梁结构的安全，甚至造成安全事故。本文结合某典型病害桥例，结合检测结果分析病害原因，提出加固措施，以期对未来日益增多的旧桥改造提供有价值的参考。

1 工程概况

该桥位于国道310上，建于1990年，设计标准为汽车－超20，验算荷载为挂车－120，人群荷载为3kN/m2。桥梁左右分为两幅，中央分隔带宽2m，单幅4车道，行车道宽18.25m，人行道宽1.25m，防撞墙宽0.5m，全桥长5孔50m，上部结构为预应力混凝土简支T型梁，横向由8片T梁组成，翼板由钢板搭接连接，梁间每隔7m设一道横隔梁。下部结构为桩柱接盖梁结构，钻孔灌注桩基础，每墩设三根立柱，柱高约20m，柱径1.8m，桩径2.0m。

2 主要病害情况

该桥主梁、 横隔梁及墩柱分别出现不同程度的病害。分别如下：

1）主梁

主梁裂缝有密集型、破损严重型和可闭合型裂缝。个别梁体裂缝达30条之多。按梁统计表明，显裂缝的出现率约为1/8＝12.5%，可闭合裂缝的出现率按梁统计约为2/8＝25%，均出现在主梁跨中的梁横隔梁之间。可闭合裂缝分布密集，有发展趋势，成为主梁结构安全隐患，严重影响结构承载能力和使用寿命。

2）横隔梁

横隔梁问题主要有两个：其一对接头失效（见图1），其一是对接头错位（见图1）。

横隔梁对接头完全失效的左幅桥占17.26%，右幅桥21.43%。

相邻主梁的横隔梁对接部位偏差大多数在50～59mm范围，占23.8%，其次是40～49mm的占22.2%。横隔梁对接头偏差严重影响结构荷载的横向分布和结构的承载能力。

图1 横隔梁接头失效

图2 横隔梁接头错位

3）墩柱

墩柱发现有明显的沿柱高方向的竖向裂缝，缝宽均超出正常使用要求，宽度最宽的达到0.45mm，详见图3、图4；对于柱裂缝深度，经取芯验证，裂缝深度超过保护层，进入核心受压区。个别墩柱存在水平缝，且裂缝处在发展过程中，有连接贯通趋势。

图3 墩顶竖向裂缝

图4 墩身竖向裂缝

3 桥梁检测

鉴于以上病害，对整个桥梁进行了无损检测、静载试验和动载试验，检测情况及主要结论如下：

（1）无损检测

无损检测主要为确定混凝土强度的回弹试验及混凝土碳化深度测试，混凝土的回弹试验和碳化测试结果表明，现役桥梁的混凝土柱的强度等级在均值28.0MPa，标准差3.66 MPa，批推定强度22 MPa，不满足原设计要求（25号混凝土，约相当于C23）；混凝土主梁的强度等级均值53MPa，标准差2.85MPa，批推定强度48.3 MPa。满足原设计要求（50号混凝土，约相当于C48）。

但存在个别构件强度偏低现象，墩柱的碳化严重现象。

（2）静载试验

最大静载试验荷载下，边梁跨中的梁底面应变约为372µε（折算应力为12.8MPa），校验系数为2.24；中梁的为593µε（折算应力为20.5MPa），校验系数为5.87，大大超过了校验系数容许范围。

中梁静载试验测得跨中最大竖向位移为20.04mm，边梁的为18.67mm，《规范》规定结构容许位移[w]＝L/600＝81mm。考虑自重等因素，最大总挠度为73.84mm＜81.7mm，刚度满足要求。然而，荷载较小时校验系数大于1.0，较大时又小于1.0，表明结构损伤较为严重。

（3）跑车试验

跑车试验在40km/hr速度下的最大动荷系数为µ＝0.11，在60km/hr速度下的最大动荷系数为µ＝0.23，车速对动荷载系数影响明显。

（4）双梁静载试验

由于桥梁的第一跨与第三跨现状不同，进行了双梁静载试验，试验表明：左幅桥第一跨的北二梁与北三梁之间的铺装层断裂，荷载横向分布大大减小，与铺装层完好的第三跨比较，第一跨的应力（11.3MPa）是第三跨的应力（5MPa）的2.26倍，增加126%。

简单计算表明，主梁在横向分担荷载完好的情况下，安全系数约为1.63，如果考虑15%的预应力损失，安全系数降为1.38。因此主梁的极限状态的储备是不乐观的。

而对比试验表明，单梁状态的构件长期工作在大荷载情况下，严重影响结构的承载能力和使用寿命。

4 加固方案

鉴于横梁连接失效和前期运营车辆超载现象普遍等造成桥梁种种损伤和病害，降低了结构的承载能力，需进行加固和改造，以提高桥梁的局部和整体结构的安全性，阻止病害的增加和发展，提高病害桥梁的永久承载能力，达到提高使用寿命的目的。结合病害情况和检测结果，分别对各构件进行加固，措施如下：

1）主梁加固措施

根据无损检测可知主梁混凝土强度等级可以满足原设计要求，但静载试验表明梁梁底应变校验系数大大超过容许范围，而位移的校验系数在荷载大小情况下规律不一，结合梁体裂缝，综合判定结构有损伤，且承载能力下降较多，不能满足原设计的设计要求，必须对主梁进行加固，提高其承载能力及耐久性。

加固方案主要选择粘贴碳纤维布，碳纤维布具有强大高，质量轻的特点，可以在几乎不增加原有结构恒载的前提下，极大的提高结构承载力，且碳纤维布刚度较小，可以与底部混凝土充分的粘合在一起。

2）横向连接加固措施

对于T梁桥、装配式小箱梁，空心板桥等多主梁结构的桥梁，横向连接强度直接决定其活载的横向分布，若横向连接能力弱，会造成单板受力，进而影响整桥的承载能力，该桥T梁宽2.47米，横向联系主要采用间距为7米的横隔梁及T梁翼缘板顶部每隔3米焊接连接的Q235钢板。

普遍存在的病害是横隔板接头失效或错位，而T梁翼缘板间无湿接缝，焊接连接的钢板刚度小，横向传力的作用有限，而双梁静载试验的结果也正好证明横向联系消弱之后，单梁受力的危害，鉴于此，主要从三个方面增强桥梁的横向联系。

首先，将缺失的横隔板接头重新补焊，同时增大横隔板的面积，增加其抗剪刚度及横向连接刚度（详见图5）；其次，由于原设计的T梁翼缘板厚度较薄，为避免损伤原有结构，放弃常用的增加湿接缝的处理方案，而采用钢横梁连接T梁翼缘板，以增强T梁翼缘板间的横向联系（详见图6）；最后，重新铺设配置双层钢筋网片的桥面铺装，以增强结构的整体性。

图5 横隔板加固后效果

图6 钢横梁加固T梁翼缘板

3）墩柱加固措施

桥墩墩身裂缝遍布，还出现沿墩身的竖向裂缝，且混凝土强度亦不满足原设计要求，为处理裂缝、提高墩柱承载力，采用在墩柱外周包裹钢护筒的方案以加大立柱的抗压截面，提高承载力，墩柱直径为1.8米，核芯受压截面直径为1.7米，钢护筒采用厚度为12毫米钢板卷制而成，直径为1.9米，钢护筒包裹墩柱后核心受压混凝土面积提高约25%，也即该项措施可提高约25%的承载能力（实施图见图7）；除此之外，外包的钢护筒可以使墩柱受压混凝土由单向受压应力状态转换成三向受压应力状态，又大大提高混凝土的抗压能力，但为使钢护筒与原墩柱共同受力，在墩身植入一定数量的钢筋，并在隙缝内灌注具有微膨胀及自密实特性的水泥基灌浆料。

图7 钢护筒加固实施图

5 结语

该桥加固完成至今，已正常通车5年多，每年对大桥的常规检查检测，指标均良好，原加固采用的主梁粘贴碳纤维方案，横向联系加强措施、墩柱围护钢护筒方案收到了预期的目的，有效的解决了桥梁病害，提高了结构的承载能力。

但部分设计方案在实施时发现还值得进一步推敲，如T梁翼缘板间的钢横梁加固，理论上通过增设一定刚度的钢横梁连接T梁两侧翼缘板，可以提升横向联系能力，然而在施工中螺栓、钢横梁、混凝土板连接很难达到设计要求的理想水平，如何使加固设计方案更进一步与施工贴近需旧桥加固方案制定者更深入的考虑；钢护筒与上部盖梁、下部的基桩间的细节连接如何能够保证力的有效传递也需进一步研究。

[1]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）

[2]公路桥梁加固设计规范（JTG /T D62-2004）

[3]公路桥涵养护规范（JTG /T D62-2004）

[4]贾鲁河大桥桥梁检测及加固设计报告 武汉大学