一、橋梁概況
某高架橋上部結構為二聯(lián)8孔20米預應力混凝土連續(xù)箱梁+（21.78+32.0+21.78）米鋼筋混凝土連續(xù)剛架+三聯(lián)8孔20米連續(xù)箱梁+一聯(lián)9孔20米連續(xù)箱梁+（21.78+32.0+21.78）米鋼筋混凝土連續(xù)剛架+二聯(lián)9孔20米連續(xù)箱梁。下部結構為柱式墩、埋置式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。橋梁設計荷載為汽車-超20級、掛車-120。該橋至今已經(jīng)運營13年。
圖1-1 橋梁概貌
二、橋梁主要病害及荷載試驗結論
經(jīng)現(xiàn)場踏勘，并對比檢測試驗檢查報告，匯總如下：
2.1、橋梁主要病害檢測結論
1、裝配式預應力混凝土組合箱梁主要病害
橋梁定期檢查中發(fā)現(xiàn)絕大部分箱梁左右兩側腹板部位均不同程度出現(xiàn)豎向和斜向裂縫，裂縫分布在跨中兩側約3-5m范圍內，裂縫少則2-4條，多則10余條，大部分裂縫寬度介于0.04-0.16mm之間，越靠近跨中裂縫寬度越大，少量箱梁跨中附近腹板豎向裂縫大于0.20mm,達到0.24-0.32mm；裂縫長度基本貫通腹板高度。裂縫均為結構受力裂縫，當重載車輛通過橋梁時，裂縫有非常明顯的開合現(xiàn)象。
裂縫分布為：每跨兩片邊梁比中梁腹板豎向裂縫多，縫寬大，且外側腹板裂縫多于內側腹板裂縫。連續(xù)箱梁每聯(lián)邊跨箱梁腹板豎向、斜向裂縫較中跨多，且裂縫分布范圍廣。同時少量中梁腹板上部距翼板根部約10cm處存在一條基本貫通的縱向裂縫，縫寬較小，0.04-0.08mm，少量跨中橫隔板部位存在豎向細微裂縫，縫寬0.12-0.16mm。檢測中還發(fā)現(xiàn)，箱梁頂板現(xiàn)澆段存在縱向開裂。
圖2-1 典型箱梁腹板裂縫
圖2-2 典型箱梁裂縫分布
2、下部結構主要病害
全橋共有雙柱式橋墩130個（以單幅計），本次橋梁檢查共接近檢查70個蓋梁，發(fā)現(xiàn)43個橋墩蓋梁在柱頂受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，長度在50-80cm之間，寬度在0.20-0.50mm之間。
圖2-3 典型橋墩蓋梁裂縫分布
3、支座主要病害
個別支座剪切變形較大，部分支座老化開裂。
4、橋面系及附屬構造主要病害
1）、橋面鋪裝
橋面瀝青微表處治層多處大面積剝落；多處橋面鋪裝部位出現(xiàn)破損、修補部位較多；在主車道，有較明顯的車轍擁包；多數(shù)墩頂處橋面鋪裝層出現(xiàn)橫向裂縫。
2）、橋頭連接部
橋頭連接不平順，有輕度跳車現(xiàn)象。
3）、伸縮縫
12道伸縮縫膠條開裂破損嚴重，存在滲水現(xiàn)象；其中左幅54#、73#伸縮縫間隙較小，以趨近抵死。
4）、護欄、欄桿
橋面混凝土護欄下部鋼筋銹脹，混凝土剝落，兩幅約1200m。每跨跨中附近護欄上部普遍擠壓開裂；墩頂部位護欄上部有拉開現(xiàn)象。
5）、排水設施
73#橋臺下排水邊溝沖刷破損，橋面多處泄水管堵塞，泄水管周圍滲漏。
6）、箱梁翼板
左幅29孔跨中附近因左側護欄1處撞損開裂，導致箱梁翼板斷裂滲水，鋼筋銹蝕，長約5m。
三、橋梁病害原因分析與加固方案
3.1、橋梁病害原因分析
檢測結論表明，該橋運營13年來，橋梁主要受力構件產(chǎn)生了明顯的病害，其原因是多方面的，分析其主要原因如下：
1、墩頂連續(xù)部分失效，這使得主梁不能按原設計的連續(xù)梁模式傳遞彎矩，橋梁受力模式發(fā)生變化，是橋梁病害產(chǎn)生的主要原因。在目前這種受力模式下，橋梁邊跨、中跨實際彎矩均較原設計預期有所增大，致使主梁產(chǎn)生明顯的受力裂縫。長期“超載”運營，致使橋梁裂縫發(fā)展迅速。
相同荷載組合下，本橋設計彎矩包絡圖與退化為簡支梁后彎矩包絡圖的對比示意見圖5-1和圖5-2。
圖3-1 簡支梁彎矩包絡圖 單位：
圖3-2 連續(xù)梁彎矩包絡圖（邊跨+次邊跨）單位：
2、橋梁活載內力的增加
隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展，高速公路交通量不斷增加，特別是有效治超前超載車輛的噸位、數(shù)量不斷上升，使得橋梁長期處于超限服役和疲勞運營的不利狀態(tài)，進一步加劇了既有受力裂縫的快速發(fā)展。
3、其他原因
長期預應力損失、施工偏差、構件的耐久性損傷、箱梁內可能積水等，都是造成橋梁病害產(chǎn)生、發(fā)展的原因。
3.2、主梁承載能力加固
采用銑刨原橋橋面鋪裝層，加鋪15cm的C40防水混凝土橋面板，提高橋梁抗彎剛度和承載能力,其中，計算梁高取100+10=110cm；在橋面板內設置雙層鋼筋網(wǎng)，以提高橋面橫向整體性，改善結構橫向受力。
針對該橋病害及檢算結論，擬對該橋墩頂負彎矩區(qū)采用箱梁頂板開設槽口，增設預應力頂板束的方式對箱梁頂板負彎矩區(qū)進行加固處理，以有效的恢復結構連續(xù)體系，提高受損箱梁負彎矩區(qū)安全儲備，并加強普通鋼筋；本方案還在各跨跨中正彎矩區(qū)域粘貼芳綸纖維布，以達到封閉結構現(xiàn)有裂縫、增加主梁安全儲備的效果。
其中墩頂負彎矩束采用低松弛高強度預應力鋼絞線（應符合GB/T 5224-2003的規(guī)定）及BM15-2成套錨具，單根鋼絞線直徑為φs15.2。
在墩頂預應力束很好的改善結構受力模式的同時，在各跨跨中正彎矩區(qū)域粘貼芳綸纖維布加固，以達到封閉結構現(xiàn)有裂縫、增加主梁安全儲備的效果。
3.3、橋墩蓋梁病害處置
為確保結構運營安全，擬在開裂較嚴重的蓋梁頂粘貼Q235鋼板進行加固處理，加固后蓋梁抗彎承載能力及最大裂縫寬度滿足規(guī)范要求。
圖3-3蓋梁加固示意圖
3.4、其他維修處置
1、裂縫的維修整治
由于裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展及長期存在，使得潮濕空氣進入結構內部，從而引起結構內部鋼筋的銹蝕，最終導致結構的承載能力降低，影響到結構的正常運營甚至安全運營，因此，對結構目前存在的裂縫進行相應的處理及控制非常必要。但鑒于裂縫寬度的不同對結構的影響也有所不同，此處共分兩種情況對橋梁的裂縫進行灌漿（或封閉）處理，具體處理方法如下所述：
(1) 鑒于當裂縫寬度＜0.15mm時，其對結構內部鋼筋銹蝕的影響較小,故僅對此類裂縫進行表面封閉；
(2) 鑒于當裂縫寬度≥0.15mm時，其對結構內部鋼筋銹蝕影響較大，故對此類裂縫進行灌漿處理。
2、混凝土缺陷及外露鋼筋處理
對于橋梁上、下部結構及護欄等存在的蜂窩、麻面、混凝土剝落、掉塊、缺損、凹陷等缺陷，首先將缺陷部位表層的松散混凝土全部鑿除，露出新鮮混凝土，然后利用人工除銹的方法對缺陷部位的外露鋼筋除銹，并將混凝土表面清理干凈，最后利用改性聚合物砂漿對缺陷部位進行修補。
特別地，針對梁體上存在的局部混凝土空洞、空鼓及白色粉末狀鈣化物析出現(xiàn)象，應首先確定病害存在的區(qū)域范圍，將缺陷部位表層的松散混凝土全部鑿除，露出新鮮混凝土，然后利用人工除銹的方法對缺陷部位的外露鋼筋除銹，對出現(xiàn)銹斷的鋼筋，應采取搭接的方式對局部鋼筋進行加強，再將混凝土表面清理干凈，最后利用聚合物砂漿或對缺陷部位進行修補。
3、錐坡修復
對存在輕微開裂的左幅0#臺護坡錐坡護坡，采用水泥漿灌縫。
4、橋面排水修復
在原箱梁預留泄水孔位置安裝橋面排水管，以確保橋面積水能夠順利排至橋下。
5、箱梁打孔放水
打孔處自然排水，待積水排凈后，在排水孔處安裝PVC套管，PVC套管應至少伸出孔口5cm。
6、箱梁邊板翼緣設置截水板
翼板存在污水侵蝕時，為了防止雨水等沿翼板底部向下流，應在翼板底部邊緣處增設截水板。
圖3-4截水板設置示意
7、更換伸縮縫
更換全橋伸縮縫。
8、更換部分支座
鑒于本次檢查中發(fā)現(xiàn)部分支座存在剪切變形嚴重及橡膠體老化開裂等病害，應將梁體頂升，建議采用與原橋型號相同的支座進行全橋更換。
四、加固效果評價
經(jīng)結構計算，對加固方案靜力及動力分析結果表明該橋加固后主梁剛度明顯增加，結構承載力有了一定程度的提高，各項指標滿足規(guī)范設計要求。
第三方實橋荷載試驗結論表明，加固后的橋梁，其在相同荷載相同工況作用下的承載能力和剛度均有大幅度提高；墩頂負彎矩連接效果亦有明顯改善，能更好的參與結構受力；動力性能改善明顯。
大橋加固運營半年后，現(xiàn)場檢測，未發(fā)現(xiàn)新增裂縫及其他病害，橋梁運營安全。
圖4、梁底粘貼碳纖維板加固
