广东虎门大桥辅航道桥加固实例
2011-07-06 来源：中国桥梁网论坛
广东虎门大桥辅航道桥位于广东省东莞市，桥孔径布置为150+270+150m预应力混凝土连续刚构，单幅桥箱梁为单箱单室截面，箱梁顶面宽15m，箱宽7m，顶板悬臂宽度4m，主梁根部梁高为14.8m，在跨中位置梁高5m，其间梁高按抛物线变化。箱梁采用三向预应力结构，纵横向预应力采用钢绞线束施加，竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋施加。主桥下部结构为双薄壁墩身，群桩基础。自从1997年建成运营至今，出现了一些病害，病害主要表现在跨中底板出现横向裂缝和下挠以及边跨和1/4中跨附近出现较少量的腹板斜裂缝。下面就这两个主要病害进行分析。
1、跨中出现下挠和开裂
（1）对收缩徐变的认识
由于原设计对收缩徐变认识不够，实际上混凝土的收缩徐变可能要大，那么跨中下缘混凝土的储备会减少，会促使底板产生横向裂缝和跨中下挠。
（2）施工过程中桥面调平层混凝土加厚
通过检测，梁体在施工过程中有较大的超方，桥面混凝土调平层厚度比设计的厚度平均增厚8cm多，这部分增厚的调平层会使跨中下挠3.6cm，而其引起的收缩徐变又会使跨中下挠10.3cm，此部分荷载在跨中产生拉应力，也会使跨中应力储备减少。
（3）温度荷载的影响
不同的温度梯度变化对于跨中下缘应力储备也是不同的。
综合以上三点，通过计算分析，跨中下缘在（恒载+预应力+收缩徐变+活载+降温负温差）组合下，中跨跨中下缘有2.3MPa的拉应力，这也表示跨中混凝土已开裂。另外计算分析可知，铺装加厚与收缩、徐变的估计不足以及铺装加厚引起的收缩、徐变共使跨中产生3.6+2.8+10.3＝16.7cm的下挠值。由于跨中下挠也会加剧箱梁的开裂，而箱梁开裂引起下缘混凝土失效，结构形心轴上移，又会加速箱梁的下挠，跨中开裂与跨中下挠是互相影响的，这也从理论上分析了辅航道桥出现主要病害的根本原因。
2、现状桥主拉应力
考虑桥面铺装混凝土加厚和原设计对收缩、徐变的估计不足，在不考虑竖向预应力情况下各截面最大主拉应力为2.1MPa，考虑竖向预应力后的主拉应力为0.59MPa，腹板主拉应力值并不大；另外从全桥腹板斜裂缝分析来看，虽然裂缝在整个桥跨结构的纵向分布形态中有一定的对称性，但在箱梁上、下游腹板上的对应关系并不显著。因此腹板出现少量斜裂缝不是设计原因，而是竖向预应力的有效应力没有保证所致。
加固设计目标
根据本桥现阶段的病害情况，通过方案比选和初步设计评审以及施工图评审，最终维护的目标主要确定在以下几方面：
1．在原有预应力钢绞线在维护后使用年限内损失10％与不损失两种情况下，确保该桥满足结构极限承载力和正常使用的要求。
2．适当改善主桥的纵向桥面线形，维护目标是跨中挠度上升5-8厘米，缓和主梁明显的继续下挠现象，维持以后运营的桥面线形。
3．增大主梁最小压应力储备，跨中底板下缘增加不小于5MPa的压应力，除将跨中横向裂缝闭合外尚留有2Mpa的压应力。
4．对原有破坏的桥面铺装进行更换处理。
5．对箱内垃圾进行清除，安装永久性照明设备、人梯以便日后检查。
加固措施
1．原管道检查
（1）对顶板上层预应力管道根据布索情况，在靠近锚头处在凿除桥面铺装后凿开梁体混凝土进行通气检查。
（2）对底板预应力管道在凿开封锚混凝土后进行通气检查。
（3）对压浆不密实管道再进行压浆处理。
（4）维护处理过程要加强对管道的保护。
2．增设体外索（纵向预应力钢束）
在箱体内侧布置体外纵向预应力钢束来提高桥梁的承载力，使维护后的结构在原有预应力钢绞线锈蚀10％后仍能达到汽车—超20级、挂车—120标准，并保证有一定的安全储备。
3．箱体裂缝处理
裂缝宽度≥0.15mm的裂缝采用压浆法进行修补，裂缝宽度＜0.15mm的裂缝采用封闭法进行修补。
4．蜂窝、麻面、空洞的处理
将蜂窝、麻面、空洞周围凿毛并洗净，用干砸混凝土填充。
5．掉块、露筋（钢板）的处理
将钢筋或钢板锈迹清除，并把松动的保护层凿去、洗净。如损坏面积不大，可用环氧砂浆修补，如破坏面积较大，喷注高标号水泥砂浆。
6．对桥面铺装的处理
在检测时发现，实际的混凝土平均厚度比设计的厚8cm多，初审意见建议考虑减薄桥面厚度。通过认真研究，认为减薄桥面厚度可以起到减载的作用，但是减薄桥面厚度之后，主梁的挠度和应力增加；另外全桥的桥面厚度减薄会给施工带来比较大的困难，工期无法控制，对桥上交通的正常运营影响很大，因此只对主墩墩顶处一定范围的铺装进行处理。处理措施如下：
A、桥面凿除
在主墩墩顶处（从0号块～6号块约48m范围内）将原桥面铺装凿除。
B、桥面防水
在原箱梁顶面涂刷一层防水材料。
C、桥面植筋
用探测仪探出钢筋和纵向、横向预应力管道和竖向预应力钢束锚具位置后适当植筋，不能植筋的位置采用与梁体普通钢筋绑扎的连接方式。
D、桥面内铺设钢筋网
桥面内铺设间距10x10cm钢筋直径为12mm的钢筋网片，放置在植筋上面。
E、桥面混凝土浇注
在原桥面混凝土应能达到W6抗渗等级要求，具有防水功能。另外桥面铺装每立方米混凝土中掺入2.7kg（即3包）19mm长增强、混参型聚丙烯纤维网。
加固设计要点
1、体外预应力布置
采用的体外预应力钢束均为底板束。中跨共设7对27ф 15.24mm（0.6英寸）钢绞线束，边跨各设1对27ф 15.24mm（0.6英寸）底板钢绞线束。底板束均通过齿板锚固于底板上并靠近底板布置。
体外预应力钢束张拉力取钢绞线破断强度的65%，单根钢绞线张拉力为169.3KN。
2、主要锚固构造
底板束锚固构造：在箱梁内侧浇注新齿板，通过在箱梁底板凿出剪力槽，接触面种植钢筋，使结构共同受力。
3、箱梁腹板裂缝处理及补强措施
1．裂缝宽度≥0.15mm的裂缝采用压浆法进行修补，裂缝宽度＜0.15mm的裂缝采用封闭法进行修补。
2．在后期运营过程中为抑制跨中裂缝继续发展，在桥梁中跨跨中两侧各11m范围内，腹板内、外侧和底板外侧粘贴碳纤维布进行补强，粘贴纤维方向与顺桥向一致。
3．为了抑制主拉应力斜裂缝，在各边跨22号块到29号块40m范围，中跨合拢段每侧19号块到27号块45m范围，腹板内、外侧粘贴碳纤维布进行补强，粘贴纤维方向为竖直方向。
加固施工总体顺序
维护施工顺序如下：
1．清除箱内垃圾，安装照明设备、人梯。
2．打掉原有横向预应力封锚混凝土，重新封锚。
3．对原有破坏的桥面铺装进行凿除，再种植钢筋，铺设桥面钢筋焊网，最后浇注桥面防水网状聚丙烯纤维混凝土。
4．箱内新旧混凝土接触面凿毛，凿毛面和凿除面清刷干净。
5．齿板纵向每60cm设置一道26x5cm的横向剪力槽，剪力槽间距为34cm，凿除面清刷干净。
6．齿板种植锚筋。
7．布设底板体外束齿板普通钢筋。
8．浇注底板体外束齿板。
9．等底板体外束齿板混凝土达到90％设计强度后，张拉底板体外束，边跨体外预应力的张拉按照对称的原则进行，中跨体外束按照先长束、后短束的顺序进行。
10．压浆或封闭箱梁裂缝。
11．腹板、底板粘贴碳纤维布。
12．安装体外索防震定位装置。
13．外露钢构件防腐处理。
