桥梁是国家公路网络中的重要结构, 随着我国经济的增长, 桥梁的超限荷载增加, 加之前期桥梁养护单位对其养护的忽视, 部分桥梁承载能力已严重下降, 甚至不能满足使用要求, 需要对其进行结构性加固, 以提高其承载能力^[1,2,3]。

　　 本文以某先简支后连续装配式部分预应力混凝土连续箱梁桥为例, 对腹板加厚体内预应力加固方式及施工技术要点进行分析介绍。

　　 某桥梁上部结构为先简支后连续装配式部分预应力混凝土连续箱梁, 属预应力混凝土A类构件, 全长120m, 1联4跨, 每跨跨径为30m, 跨径布置为4×30m。单幅桥面宽16.594m, 由0.45m宽的外侧防撞护栏+15.68m宽的行车道+0.464m宽的内侧防撞护栏组成。桥梁设计荷载等级为公路-Ⅰ级。

　　 桥梁采用斜腹式等截面小箱梁, 梁高1.6m, 横向布置5片小箱梁。下部结构为圆柱墩+桩基础, 支座为圆板式橡胶支座及圆板四氟滑板橡胶支座。桥面为沥青混凝土桥面, 设置毛勒式伸缩缝, 型号为D160和D240。主梁采用C50混凝土, 墩身、盖梁、台帽采用C30混凝土。桥梁第1联立面图、平面示意图及典型断面图分别见图1~3。

　　 通过对桥梁进行病害检测, 发现小箱梁存在较多的横向、L形甚至是U形裂缝, 且裂缝多位于跨中附近, 裂缝典型病害示意图见图4, 初步判断为弯曲受力裂缝, 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称公路桥涵设计规范) 要求, A类预应力混凝土桥梁不允许出现受力裂缝。通过对桥梁进行荷载试验及承载能力验算, 结果表明, 桥梁承载能力已不能够满足相关规范的要求, 需对桥梁进行结构性加固。

　　 为了对桥梁制定具有针对性的加固措施, 保证加固效果, 加固前对病害成因进行了详细的分析, 推断桥梁承载能力不足主要原因有以下几点:

　　 (1) 设计原因。通过对桥梁竣工图与《公路桥梁通用图 (箱深) 》^[4] (简称通用图) 进行对比分析, 得出结论如下:1) 桥梁湿接缝宽度达到90cm, 配置预应力束弱于通用图的规定, 且仅在梁端设置横隔板, 跨中无横隔板, 在二期恒载及活载的作用下, 不仅桥梁荷载横向分布弱于通用图, 而且箱梁的内力比通用图中箱梁多承担10%左右;2) 本桥梁无论是在承载能力极限状态还是在正常使用极限状态下的计算结果均明显弱于通用图。对比详细情况见表1。

　　 (2) 原设计桥面铺装层为12cm厚防水混凝土, 而通过实际测量, 目前桥面铺装层为14cm厚防水混凝土+4cm厚沥青混凝土, 增加了桥梁的二期恒载, 对桥梁整体受力造成一定影响。

　　 (3) 桥梁温度梯度采用《公路桥涵设计通用规范》 (JTJ 021—89) 中顶板升温5℃进行计算。采用这种方法所得到的计算结果明显偏小;而采用《公路桥涵设计通用规范》 (JDG D60—2004) 中桥梁温度梯度更接近于实际, 采用此规范中桥梁温度梯度计算后, 跨中下缘最大拉应力进一步增大。

　　 (4) 因城市道路限制货车通行, 导致大量重载车辆绕行桥梁所在的绕城高速, 从而超出桥梁设计规划车流量, 这一定程度上加剧了桥梁病害的产生和发展。

　　 针对桥梁存在结构裂缝、承载能力不足的情况, 采用腹板加厚体内预应力加固技术对桥梁进行结构性加固, 以提高桥梁承载能力。具体做法为:在预制箱梁的两个外侧面植筋并增大截面, 浇筑15cm厚C50自密实福塔纤维混凝土, 在腹板两侧增设齿板, 并通长设置2束5Φ^s15.2钢束, 并张拉体内预应力。由于腹板增厚一定程度上增加了结构自重, 因此根据支承反力计算的结果选择、更换合适支座规格, 典型加固设计图见图5。

　　 采用MIDAS Civil模拟腹板加厚预应力加固, 在箱梁腹板外侧植筋增大截面 (各增加15cm) , 张拉体内预应力补强, 桥梁计算结果详见表2~5。

　　 由表2可见, 在承载能力极限状态下, 桥梁上部结构边跨、中跨的跨中以及墩顶正截面抗弯承载力均满足公路桥涵设计规范要求, 斜截面抗剪承载力也满足规范要求;由表3~5可见, 在正常使用极限状态下, 结构上、下缘正应力和结构主拉应力、主压应力及挠度均满足公路桥涵设计规范要求;腹板增厚增加了结构的整体自重, 在上部结构满足规范要求的情况下, 对桥梁盖梁、桥墩、支座及桩基承载力等进行了全面验算, 结果均满足原荷载等级要求, 结构安全可靠。

　　 (1) 为保证新浇混凝土与原结构混凝土结合良好并共同受力, 应将新旧混凝土接触面凿毛。凿除混凝土时宜从凿除区表面中间开凿, 凿除区内原结构的构造钢筋不得剪除, 浇筑和维护混凝土时按原样予以恢复。

　　 (2) 由于采用整体满堂吊架进行施工, 模板无外界支承, 因此施工过程中采用自锚固体系的钢模板, 通过对原结构进行植筋形成有效的锚固, 从而可保证模板能够紧固。

　　 (3) 桥梁增厚腹板作业空间较小, 如何浇筑新增混凝土是本工程施工关键点之一, 本工程采用桥面 (小箱梁翼板) 开孔的办法浇筑自密实混凝土, 确保混凝土的浇筑质量。

　　 (4) 施工过程中应注意控制裂缝, 本次施工在混凝土中掺入适量福塔水泥混凝土增强纤维, 该纤维由100%纯聚丙烯材料制成, 福塔纤维在控制结构裂缝发生、发展及提高混凝土结构使用性能和混凝土耐久性等方面具有显著的作用。

　　 (5) 为保证浇筑混凝土的质量, 本工程采用附着式振捣器进行振捣, 有效保证了混凝土浇筑密实。

　　 (6) 桥梁加固施工期间, 为了掌握施工过程中梁体应力和挠度的变化与设计数据的吻合情况, 对桥梁进行施工监控。主要监控内容及测点布置如下:1) 挠度监控:在各跨墩顶、四分点、跨中处每个梁的正上方均布置测点;在施工前、清除箱外杂物后、浇筑腹板混凝土后、张拉底板钢束过程中及张拉底板钢束后, 测量各侧点的桥面标高;2) 应力监控:在各墩顶、跨中、各控制点 (锚固区平弯起点) 及混凝土最大压应力处布置应变片, 在新旧混凝土结合面处的原混凝土表面预埋应变片;在施工前、浇筑腹板混凝土后及张拉底板钢束前、后, 测量各点的应变变化情况。桥梁施工监控测点布置示意图见图6。

　　 加固施工完成之后, 为了验证加固效果, 对桥梁进行了荷载试验检测, 并在后续3年内对桥梁的整体状况进行了跟踪。结果表明, 本次加固起到了比较明显的效果:1) 改善了结构受力:加固后桥梁抗弯、抗剪能力明显提升, 结构应力满足规范要求, 结构整体受力状况得到了改善;2) 增加结构刚度:加固后桥梁结构刚度得到了较大的提高, 通过对桥梁进行荷载试验, 实测挠度均小于理论计算值, 桥梁自振频率也有所提升;3) 有效处治了裂缝:加固后通过对桥梁进行复检及跟踪, 发现既有横向裂缝均已闭合, 且未见新增裂缝。

　　 以某先简支后连续装配式部分预应力混凝土连续箱梁桥为例, 对箱梁腹板加厚体内预应力加固技术进行了相关分析, 通过对加固后桥梁进行试验检测及后期跟踪, 结果表明, 本工程加固效果显著, 采用箱梁腹板加厚体内预应力加固技术加固后有效提高了桥梁的整体承载能力。

　　 箱梁腹板加厚体内预应力加固技术作为主动加固技术中的一种, 可以有效提高桥梁承载能力, 改善原结构的工作状态。同其他主动加固技术相比, 具有加固后结构物外形美观、耐久性强、提高结构整体刚度等优点, 具有广阔的发展前景和推广意义。