廣東虎門大橋輔航道橋加固實例
2011-07-06 來源：中國橋梁網(wǎng)論壇
廣東虎門大橋輔航道橋位于廣東省東莞市，橋孔徑布置為150+270+150m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，單幅橋箱梁為單箱單室截面，箱梁頂面寬15m，箱寬7m，頂板懸臂寬度4m，主梁根部梁高為14.8m，在跨中位置梁高5m，其間梁高按拋物線變化。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱橫向預(yù)應(yīng)力采用鋼絞線束施加，豎向預(yù)應(yīng)力采用精軋螺紋粗鋼筋施加。主橋下部結(jié)構(gòu)為雙薄壁墩身，群樁基礎(chǔ)。自從1997年建成運營至今，出現(xiàn)了一些病害，病害主要表現(xiàn)在跨中底板出現(xiàn)橫向裂縫和下?lián)弦约斑吙绾?/4中跨附近出現(xiàn)較少量的腹板斜裂縫。下面就這兩個主要病害進行分析。
1、跨中出現(xiàn)下?lián)虾烷_裂
（1）對收縮徐變的認識
由于原設(shè)計對收縮徐變認識不夠，實際上混凝土的收縮徐變可能要大，那么跨中下緣混凝土的儲備會減少，會促使底板產(chǎn)生橫向裂縫和跨中下?lián)稀?br />
（2）施工過程中橋面調(diào)平層混凝土加厚
通過檢測，梁體在施工過程中有較大的超方，橋面混凝土調(diào)平層厚度比設(shè)計的厚度平均增厚8cm多，這部分增厚的調(diào)平層會使跨中下?lián)?.6cm，而其引起的收縮徐變又會使跨中下?lián)?0.3cm，此部分荷載在跨中產(chǎn)生拉應(yīng)力，也會使跨中應(yīng)力儲備減少。
（3）溫度荷載的影響
不同的溫度梯度變化對于跨中下緣應(yīng)力儲備也是不同的。
綜合以上三點，通過計算分析，跨中下緣在（恒載+預(yù)應(yīng)力+收縮徐變+活載+降溫負溫差）組合下，中跨跨中下緣有2.3MPa的拉應(yīng)力，這也表示跨中混凝土已開裂。另外計算分析可知，鋪裝加厚與收縮、徐變的估計不足以及鋪裝加厚引起的收縮、徐變共使跨中產(chǎn)生3.6+2.8+10.3＝16.7cm的下?lián)现?。由于跨中下?lián)弦矔觿∠淞旱拈_裂，而箱梁開裂引起下緣混凝土失效，結(jié)構(gòu)形心軸上移，又會加速箱梁的下?lián)?，跨中開裂與跨中下?lián)鲜腔ハ嘤绊懙?，這也從理論上分析了輔航道橋出現(xiàn)主要病害的根本原因。
2、現(xiàn)狀橋主拉應(yīng)力
考慮橋面鋪裝混凝土加厚和原設(shè)計對收縮、徐變的估計不足，在不考慮豎向預(yù)應(yīng)力情況下各截面最大主拉應(yīng)力為2.1MPa，考慮豎向預(yù)應(yīng)力后的主拉應(yīng)力為0.59MPa，腹板主拉應(yīng)力值并不大；另外從全橋腹板斜裂縫分析來看，雖然裂縫在整個橋跨結(jié)構(gòu)的縱向分布形態(tài)中有一定的對稱性，但在箱梁上、下游腹板上的對應(yīng)關(guān)系并不顯著。因此腹板出現(xiàn)少量斜裂縫不是設(shè)計原因，而是豎向預(yù)應(yīng)力的有效應(yīng)力沒有保證所致。
加固設(shè)計目標
根據(jù)本橋現(xiàn)階段的病害情況，通過方案比選和初步設(shè)計評審以及施工圖評審，最終維護的目標主要確定在以下幾方面：
1．在原有預(yù)應(yīng)力鋼絞線在維護后使用年限內(nèi)損失10％與不損失兩種情況下，確保該橋滿足結(jié)構(gòu)極限承載力和正常使用的要求。
2．適當改善主橋的縱向橋面線形，維護目標是跨中撓度上升5-8厘米，緩和主梁明顯的繼續(xù)下?lián)犀F(xiàn)象，維持以后運營的橋面線形。
3．增大主梁最小壓應(yīng)力儲備，跨中底板下緣增加不小于5MPa的壓應(yīng)力，除將跨中橫向裂縫閉合外尚留有2Mpa的壓應(yīng)力。
4．對原有破壞的橋面鋪裝進行更換處理。
5．對箱內(nèi)垃圾進行清除，安裝永久性照明設(shè)備、人梯以便日后檢查。
加固措施
1．原管道檢查
（1）對頂板上層預(yù)應(yīng)力管道根據(jù)布索情況，在靠近錨頭處在鑿除橋面鋪裝后鑿開梁體混凝土進行通氣檢查。
（2）對底板預(yù)應(yīng)力管道在鑿開封錨混凝土后進行通氣檢查。
（3）對壓漿不密實管道再進行壓漿處理。
（4）維護處理過程要加強對管道的保護。
2．增設(shè)體外索（縱向預(yù)應(yīng)力鋼束）
在箱體內(nèi)側(cè)布置體外縱向預(yù)應(yīng)力鋼束來提高橋梁的承載力，使維護后的結(jié)構(gòu)在原有預(yù)應(yīng)力鋼絞線銹蝕10％后仍能達到汽車—超20級、掛車—120標準，并保證有一定的安全儲備。
3．箱體裂縫處理
裂縫寬度≥0.15mm的裂縫采用壓漿法進行修補，裂縫寬度＜0.15mm的裂縫采用封閉法進行修補。
4．蜂窩、麻面、空洞的處理
將蜂窩、麻面、空洞周圍鑿毛并洗凈，用干砸混凝土填充。
5．掉塊、露筋（鋼板）的處理
將鋼筋或鋼板銹跡清除，并把松動的保護層鑿去、洗凈。如損壞面積不大，可用環(huán)氧砂漿修補，如破壞面積較大，噴注高標號水泥砂漿。
6．對橋面鋪裝的處理
在檢測時發(fā)現(xiàn)，實際的混凝土平均厚度比設(shè)計的厚8cm多，初審意見建議考慮減薄橋面厚度。通過認真研究，認為減薄橋面厚度可以起到減載的作用，但是減薄橋面厚度之后，主梁的撓度和應(yīng)力增加；另外全橋的橋面厚度減薄會給施工帶來比較大的困難，工期無法控制，對橋上交通的正常運營影響很大，因此只對主墩墩頂處一定范圍的鋪裝進行處理。處理措施如下：
A、橋面鑿除
在主墩墩頂處（從0號塊～6號塊約48m范圍內(nèi)）將原橋面鋪裝鑿除。
B、橋面防水
在原箱梁頂面涂刷一層防水材料。
C、橋面植筋
用探測儀探出鋼筋和縱向、橫向預(yù)應(yīng)力管道和豎向預(yù)應(yīng)力鋼束錨具位置后適當植筋，不能植筋的位置采用與梁體普通鋼筋綁扎的連接方式。
D、橋面內(nèi)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)
橋面內(nèi)鋪設(shè)間距10x10cm鋼筋直徑為12mm的鋼筋網(wǎng)片，放置在植筋上面。
E、橋面混凝土澆注
在原橋面混凝土應(yīng)能達到W6抗?jié)B等級要求，具有防水功能。另外橋面鋪裝每立方米混凝土中摻入2.7kg（即3包）19mm長增強、混參型聚丙烯纖維網(wǎng)。
加固設(shè)計要點
1、體外預(yù)應(yīng)力布置
采用的體外預(yù)應(yīng)力鋼束均為底板束。中跨共設(shè)7對27ф 15.24mm（0.6英寸）鋼絞線束，邊跨各設(shè)1對27ф 15.24mm（0.6英寸）底板鋼絞線束。底板束均通過齒板錨固于底板上并靠近底板布置。
體外預(yù)應(yīng)力鋼束張拉力取鋼絞線破斷強度的65%，單根鋼絞線張拉力為169.3KN。
2、主要錨固構(gòu)造
底板束錨固構(gòu)造：在箱梁內(nèi)側(cè)澆注新齒板，通過在箱梁底板鑿出剪力槽，接觸面種植鋼筋，使結(jié)構(gòu)共同受力。
3、箱梁腹板裂縫處理及補強措施
1．裂縫寬度≥0.15mm的裂縫采用壓漿法進行修補，裂縫寬度＜0.15mm的裂縫采用封閉法進行修補。
2．在后期運營過程中為抑制跨中裂縫繼續(xù)發(fā)展，在橋梁中跨跨中兩側(cè)各11m范圍內(nèi)，腹板內(nèi)、外側(cè)和底板外側(cè)粘貼碳纖維布進行補強，粘貼纖維方向與順橋向一致。
3．為了抑制主拉應(yīng)力斜裂縫，在各邊跨22號塊到29號塊40m范圍，中跨合攏段每側(cè)19號塊到27號塊45m范圍，腹板內(nèi)、外側(cè)粘貼碳纖維布進行補強，粘貼纖維方向為豎直方向。
加固施工總體順序
維護施工順序如下：
1．清除箱內(nèi)垃圾，安裝照明設(shè)備、人梯。
2．打掉原有橫向預(yù)應(yīng)力封錨混凝土，重新封錨。
3．對原有破壞的橋面鋪裝進行鑿除，再種植鋼筋，鋪設(shè)橋面鋼筋焊網(wǎng)，最后澆注橋面防水網(wǎng)狀聚丙烯纖維混凝土。
4．箱內(nèi)新舊混凝土接觸面鑿毛，鑿毛面和鑿除面清刷干凈。
5．齒板縱向每60cm設(shè)置一道26x5cm的橫向剪力槽，剪力槽間距為34cm，鑿除面清刷干凈。
6．齒板種植錨筋。
7．布設(shè)底板體外束齒板普通鋼筋。
8．澆注底板體外束齒板。
9．等底板體外束齒板混凝土達到90％設(shè)計強度后，張拉底板體外束，邊跨體外預(yù)應(yīng)力的張拉按照對稱的原則進行，中跨體外束按照先長束、后短束的順序進行。
10．壓漿或封閉箱梁裂縫。
11．腹板、底板粘貼碳纖維布。
12．安裝體外索防震定位裝置。
13．外露鋼構(gòu)件防腐處理。
