一、桥梁概况
该桥桥跨组合为3×10m +3×13m；上部构造均为预应力混凝土简支空心板梁；下部构造为实体式桥台和柱式墩、桩基础。原设计是钻孔灌注桩基础，由于地质原因，在原0#号侧增加了3跨10m预应力混凝土简支空心板梁、0#台为承台式桥台。本桥采用XF-80型伸缩缝，左、右幅均有264个圆板坡型球面橡胶支座。
二、主要病害
1、桥墩、桥台：
右幅3、4号桥墩墩柱一侧出现半环状横向裂缝，墩柱向开裂一侧偏移最大约5cm； 左幅3号桥墩出现2条半环状横向裂缝, 3、4号墩墩身的中下部有2～3条裂缝修补痕迹，且修补后重新开裂，左幅3、4号桥墩墩柱向开裂一侧偏移最大约3cm。
2、支座：
部分支座存在偏压、剪切变形等病害，个别支座悬出垫石。
3、台前护坡：
左、右幅6号台台前护坡均下沉3cm。
三、旧桥验算
根据桥梁构件实际截面尺寸，按照空间实用理论转化为空间杆系，纵梁按空心板截面模拟,横梁按工字型截面模拟，板间横向联系考虑为铰接仅传递轴向力不传递弯矩。桥梁支座按等刚度弹簧模拟，桩与土间作用按“m”法换算成节点弹性支承。考虑了恒载、汽车荷载、挂车荷载、整体升降温、升降温温度梯度、制动力、支座摩阻力和水平土压力荷载对桥梁的作用。桥梁主要计算参数如下表所列：
表1 桥梁主要计算参数及荷载表
主要计算参数
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主梁40号混凝土；盖梁、墩台柱30号混凝土；桩基、承台25号混凝土。
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整体升温：25℃；整体降温：-25℃
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升温梯度：T1=17.6℃、T2=6.22℃；降温梯度：T1=-8.8℃、T2=-3.11℃
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土容重：18KN/m3
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土内摩擦角：25o
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支座摩擦系数：0.2
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设计荷载：汽车超20，挂120
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全桥离散为2734个单元，2231个节点，结构离散图如下：
图1 全桥结构有限元分析模型
针对桥梁下部结构病害，依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）对右幅3＃、4＃墩进行验算，结果如下：
图2 3号墩最大弯矩包络图 图3 4号墩最大弯矩包络图
表2 加固前桥墩验算汇总表
右幅3＃墩抗弯承载能力验算
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弯矩(KN.m)
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Mu
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ηMj
|
Mu/ηMj
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Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
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弯矩最大组合
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1551
|
1708
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0.908
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1132
|
1246
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0.908
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右幅3＃墩最大裂缝宽度验算
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最大裂缝宽度
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0.495mm
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不满足规范要求
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右幅4＃墩抗弯承载能力验算
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弯矩(KN.m)
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Mu
|
ηMj
|
Mu/ηMj
|
Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
|
弯矩最大组合
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1678
|
1682
|
0.997
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1540
|
1545
|
0.997
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右幅4＃墩最大裂缝宽度验算
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最大裂缝宽度
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0.626mm
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不满足规范要求
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计算结果表明，承载能力极限状态下3#墩安全系数为0.908，4#墩安全系数为0.997，墩柱偏心受压承载能力不满足规范要求。正常使用极限状态下3#墩最大裂缝宽度为0.495mm，4#墩最大裂缝宽度为0.626mm，裂缝宽度超限。
3号墩原设计为为桥台后因地质原因变更为桥墩，上部结构竖向荷载对墩柱存在偏心。原桥设计上部为3×13m简支空心板梁，后由于地质原因在原桥的小桩号侧增加了3孔10m空心板，0号柱式桥台变更为3号墩。桥墩支座布置方式为：13m板侧支座中心线与柱中心线重合，10m板支座中心线偏离柱中心线45cm，导致3号墩处于偏心受压的状态，竖向荷载产生弯矩对墩柱不利。
4号墩墩柱位于河道边缘，墩柱两侧地面线差异较大，墩柱承受两侧不平衡土压力荷载产生的弯矩对墩柱不利。
此外，本桥纵坡较大为2.96%，可能导致主梁发生非对称伸缩，墩柱支座发生严重剪切变形。从而使墩柱承受较大支座摩阻力荷载，导致墩柱承载能力不足开裂。
3号、4号墩墩顶均向墩柱开裂一侧偏移，由此分析墩柱偏移原因为施工不当导致。
四、桥梁加固内容及要点
1、常规病害修复措施：
(1) 采用常规病害修复措施对桥梁各部件裂缝、破损及露筋等缺陷进行修复。
(2) 支座：对存在严重剪切变形的支座进行更换。
(3) 锥(护)坡：对台前护坡下沉造成的开裂采用水泥砂浆进行填充修复处理，对沿砌缝开裂裂缝进行重新勾缝处理。
2、主体结构加固措施：
对左右幅3#、4#号墩采用外包钢筋混凝土增大截面法进行加固，在墩柱四周外包15cm厚C30混凝土，设置30根Φ25主筋增大墩柱截面，增强配筋，提高墩柱承载能力。
五、加固后验算结果
依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）进行验算，验算结果如下：
图4 3号墩加固后最大弯矩包络图 图5 4号墩加固后最大弯矩包络图
表3 加固后桥墩验算汇总表
右幅3＃墩抗弯承载能力验算
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弯矩(KN.m)
|
Mu
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ηMj
|
Mu/ηMj
|
Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
|
弯矩最大组合
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3527
|
1644
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2.15
|
2709
|
1262
|
2.15
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右幅3＃墩最大裂缝宽度验算
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最大裂缝宽度
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0.133mm
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满足规范要求
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右幅4＃墩抗弯承载能力验算
|
弯矩(KN.m)
|
Mu
|
ηMj
|
Mu/ηMj
|
Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
|
弯矩最大组合
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2957
|
1781
|
1.66
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2603
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1567
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1.66
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右幅4＃墩最大裂缝宽度验算
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最大裂缝宽度
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0.140mm
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满足规范要求
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通过采取增大墩柱截面尺寸，增加配筋的加固措施后，桥梁3#、4#号墩墩柱承载能力极限状态强度验算安全系数分别为1.66和2.15，满足规范要求；正常使用极限状态最大计算裂缝宽度分别为0.133mm和0.140mm，最大计算裂缝宽度在规范容许范围内。
