某立交匝道桥的第2联桥采用预应力混凝土连续箱梁结构, 跨径组合为4×30m, 荷载等级为公路-I级。桥梁箱梁采用单箱单室截面, 梁底宽4.4m, 梁顶宽9.7m, 两侧翼缘各宽2.0m, 梁高1.8m, 箱梁采用C50混凝土。下部结构采用钻孔灌注桩基础, 桩径180cm, 花瓶形桥墩, 墩顶设抗扭双支座。桥面铺装为10cm厚沥青混凝土+防水层+6cm厚C40混凝土, 具体情况如图1所示。

1) 混凝土外观质量差。主要表现在箱室内部存在蜂窝麻面、露筋和孔洞, 部分箱室内混凝土跑模严重, 二次浇筑捣结位置外观质量差。

2) 预应力筋张拉控制力未达到设计要求, 部分预应力筋未按设计要求布置, 波纹管灌浆未落实。

3) 箱梁的顶板、底板和腹板均存在大量裂缝。主要表现在负弯矩区箱梁顶板出现横桥向裂缝, 翼板出现横桥向裂缝;正弯矩区箱梁底板出现多条贯穿横向裂缝, 有些裂缝已延伸到腹板。

4) 对该未加固的匝道桥进行了荷载试验, 试验结果表明:该箱梁工作状况异常, 其承载能力和抗裂性均未达到规范和工程设计要求, 无法投入正常运营。

1) 第1次加固, 其主要加固措施为对梁体所有裂缝进行注胶封闭, 对墩顶翼板裂缝粘贴碳纤维布加固;对梁体混凝土缺陷进行修复;对预应力管道进行补充压浆处理, 将预留预应力管道穿索张拉;采用普通钢筋混凝土+预应力提高负弯矩区承载力的方法进行加固。

2) 针对第1次加固进行了桥梁荷载试验, 试验加载过程中箱梁底板新出现3条裂缝, 最大裂缝宽度达0.12mm, 且裂缝处的应变值均大于理论值, 这表明第1次加固措施并未完全改善箱梁的抗裂性问题。因此, 对该桥进行了第2次加固, 加固方式采用箱内布置体外预应力和箱外底板粘贴碳纤维布补充加固, 具体情况如图2所示。

通过桥梁荷载试验, 判断该匝道桥的工作状态, 并根据桥梁外观检测和荷载试验结果, 结合结构计算分析 (见图3) , 对桥梁承载力、工作状态进行综合评估, 评价两次加固的效果, 判定该桥是否能够正常交付运营。考虑现场组织标准车队困难, 采用弯矩等效原则, 对该匝道桥进行了桥梁荷载试验。根据第1次加固后荷载试验结果表明, 该匝道桥边跨正弯矩抗裂性未能达到设计要求, 故第2次加固荷载试验选取与第1次加固相同的控制截面 (D截面) , 加载采用4台400k N重车, 具体情况如图4所示。在设计荷载 (公路-Ⅰ级) 作用下该截面理论弯矩为6 968.6k N·m, 本次试验弯矩为6 910.7k N·m, 试验荷载效率为0.992。

第1次和第2次加固后的实测挠度值与理论计算值比较情况如图5所示, 从图中可以看出, 第1次加固后的跨中最大实测挠度为9.08mm, 大于理论计算值7.14mm, 其挠度校验系数为1.272。第2次加固后的跨中最大实测挠度为4.56mm, 小于理论计算值, 其挠度校验系数为0.639, 且实测值与理论计算值曲线的变化趋势一致, 实测挠跨比为0.004 56/30=1.52×10^-4, 远小于设计规范允许的1/600, 结构刚度满足规范要求。这表明第2次加固采用体外预应力和箱外底板粘贴碳纤维布的方法, 有效提高了该匝道桥的整体刚度。

第1次和第2次加固后的跨中底板跨裂缝布置的实测应变值与理论计算值比较情况如图6所示, 从图中可以看出, 第1次加固后的实测应变值随着荷载的增加呈现抛物线增长, 且实测值均大于理论计算值, 这表明第1次加固并没有完全改善该梁体的抗裂性能, 梁体仍处于开裂的工作状态。第2次加固后的实测应变值随着荷载的增加呈现线性增长, 且实测值均小于理论计算值, 这表明第2次加固采用体外预应力和箱外底板粘贴碳纤维布的方法, 有效改善了该梁体的抗裂性能, 梁体处于良好的弹性工作状态。

第2次加固后实测应变值沿截面高度分布情况如图7所示, 从图中可以看出, 实测应变沿截面高度呈线性变化, 线性相关系数r为0.995 6, 符合平截面假定 (n=5, 置信度>98%) 。拟合中性轴高度为129.06cm, 大于理论计算值115.33cm, 这说明第2次加固有效提高了梁体的抗弯承载能力, 其整体截面刚度大于理论计算值。

该匝道桥线形长期监控对比情况如表1所示, 从表中可以看出, 运营2年后的桥梁高程有较小沉降, 这与桥墩基础沉降、支座压缩变形、桥面铺装层磨耗等有关。扣除上述原因, 该桥经过2年的运营, 桥梁线形未见明显变化, 桥梁线形平顺, 满足行车要求。该匝道桥体外索索力长期监控对比情况如表2所示, 从表中可以看出, 2年后索力测量结果与初始值相比略有降低, 最大差值-53.2k N, 降幅为7.7%。但该4束体外索的索力均大于设计最低限值1 406.2k N, 这说明体外索的索力满足设计要求, 桥梁预应力度良好。

综合桥梁荷载试验和长期监控的测试结果, 得出该预应力连续箱梁桥采用箱内布置体外预应力和箱外底板粘贴碳纤维布的加固方式, 能够有效提高桥梁的承载能力、整体刚度和抗裂性能, 并能使桥梁长期保持在良好的弹性工作状态, 满足桥梁正常运营要求。