一、工程概況
深圳市機(jī)荷高速公路黃鶴立交CD2號匝道橋橋型為4×28＋2×40.5＋5×28米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁，其中第三～十一跨位于直徑125米及800米的同向曲線上，橋梁全長333米。該橋在0號、11號橋臺處各設(shè)一道BEJ－150伸縮縫。橋墩采用樁柱式結(jié)構(gòu)，第3、7號墩采用雙柱式基礎(chǔ)，其余為獨(dú)柱基礎(chǔ)。主梁采用單箱單室斷面，頂寬12米，底寬6米。中間兩孔40.5米跨為變高度截面，箱梁根部高2米，跨中梁高1.5米，按二次拋物線變化。其余28米跨均采用等高截面，梁高1.5米。箱梁底板厚25厘米，腹板厚40厘米和50厘米，各墩墩頂均設(shè)1.5米厚橫隔板，并設(shè)預(yù)應(yīng)力。支座為GPZ盆式橡膠支座。縱橫向預(yù)應(yīng)力采用ASTM A416－92標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的低松弛270級鋼絞線，公稱直徑Φj15.24毫米，抗拉破斷力為1860MPa，彈性模量1.95×105MPa，錨具采用鋼絞線群錨和扁錨，型號分別為YM15－9，BM15－3型。
1999年12月3日該橋試通車，1999年12月橋檢中發(fā)現(xiàn)了裂縫。經(jīng)詳細(xì)檢查，共337條，其中第一跨有裂縫10條，第二跨有裂縫18條，第3跨有裂縫18條，第四跨有裂縫40條，第五跨有裂縫79條，第六跨有裂縫68條，第七跨有裂縫38條，第八跨有裂縫25條，第九跨有裂縫26條，第十跨有裂縫11條，第十一跨有裂縫4條。第4～7跨分布較多，共有225條，占全橋總數(shù)的66.8％，僅第5跨就占23.4％。
裂縫寬度以微細(xì)裂縫為主，寬度在0.10mm以下裂縫共238條，占全橋總數(shù)的70.6％，寬度0.15mm～0.2mm的裂縫有57條，占全橋總數(shù)的16.9％，0.25mm以上的裂縫有42條，占總數(shù)的12.5％，且全部分布在第4～7跨，裂縫最大寬度達(dá)1.50mm。
裂縫主要類型有：支點(diǎn)附近處腹板的斜向裂縫、跨中附近處的橫向裂縫、翼板的橫向裂縫、底板的縱向裂縫、橫向施工縫及不規(guī)則收縮裂縫。
二、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算情況
1、主要計(jì)算方法
結(jié)構(gòu)計(jì)算采用曲線梁分析綜合程序進(jìn)行。按實(shí)際施工順序，劃分為12個(gè)計(jì)算階段。同時(shí)運(yùn)用‘SAP’程序，對于箱梁的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了空間分析。
2、主要材料特性
主梁采用40號混凝土，混凝土比重取2.6噸/立方米，彈性模量3.3×104MPa，混凝土材料的收縮徐變特性全部按照規(guī)范取值。
預(yù)應(yīng)力采用鋼絞線施加，鋼絞線彈性模量取1.95×105MPa，鋼絞線采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)，張拉應(yīng)力控制值取1395MPa。
3、結(jié)構(gòu)體系
本橋采用落地支架分五個(gè)區(qū)段施工，計(jì)算按實(shí)際的施工順序進(jìn)行，每個(gè)區(qū)段設(shè)置一個(gè)臨時(shí)水平支撐，待全橋貫通后，永久水平支撐設(shè)置在5號墩上，其余水平支撐全部拆除。計(jì)算中溫度模式取值為：溫差按10℃考慮，均勻升、降溫按20℃考慮。支座不均勻沉陷按5毫米取值。
4、初步結(jié)論
通過分析計(jì)算，原設(shè)計(jì)中多個(gè)截面在不利組合下均出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，最大值達(dá)3.45 MPa。從計(jì)算結(jié)果看，設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力明顯不足，普通鋼筋配置數(shù)量和直徑均偏小，再加上施工時(shí)張拉順序、張拉誤差等原因，致使裂縫較早出現(xiàn)。
5、荷載試驗(yàn)和設(shè)計(jì)復(fù)核情況
該橋經(jīng)采用曲梁程序分析、空間結(jié)構(gòu)分析及荷載試驗(yàn)得出如下結(jié)論：①該橋設(shè)計(jì)中所提供的安全儲備偏小。28米跨支點(diǎn)截面的抗彎極限承載能力明顯不足，部分截面出現(xiàn)拉應(yīng)力超出部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求；②對本橋的剪力滯效應(yīng)、約束扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等復(fù)雜因素估計(jì)不足，以及沒有充分計(jì)及溫度力，也導(dǎo)致某些截面應(yīng)力過大而出現(xiàn)裂縫；③本橋彎橋的受力特點(diǎn)十分明顯，設(shè)計(jì)中對彎橋的受力性狀（如較大的扭轉(zhuǎn)作用等）估計(jì)不足。
三、加固方案
1、加固方法
針對本橋的設(shè)計(jì)、施工及開裂現(xiàn)狀，結(jié)合結(jié)構(gòu)檢算和荷載試驗(yàn)結(jié)果，采用增加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固為較佳方案，即在箱梁兩側(cè)腹板上各增設(shè)了2束15Φj15.24體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線（見圖一），然后澆筑20～22cm厚的外包混凝土，形成新的箱梁斷面（見圖二）。同時(shí)在1、10號墩頂箱梁頂板及4、5、6號支點(diǎn)范圍內(nèi)箱梁腹板兩側(cè)粘貼鋼板條。加固前后應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見下表。
加固前后主梁應(yīng)力對比 單位：MPa
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主梁節(jié)點(diǎn) 位置 |
加預(yù)應(yīng)力前 | 加預(yù)應(yīng)力后 | ||
| 上緣應(yīng)力 | 下緣應(yīng)力 | 上緣應(yīng)力 | 下緣應(yīng)力 | |
| 第一跨跨中 | 4.74 | -0.90 | 5.25 | 2.57 |
| 一號墩頂 | 2.14 | 4.53 | 3.58 | 6.05 |
| 第二跨跨中 | 5.63 | -2.88 | 6.65 | 0.06 |
| 二號墩頂 | -0.65 | 8.62 | 2.11 | 7.80 |
| 第三跨跨中 | 5.22 | -2.91 | 5.50 | 1.12 |
| 三號墩頂 | 1.58 | 3.33 | 2.91 | 5.19 |
| 第四跨跨中 | 2.41 | -2.55 | 3.16 | 0.94 |
| 四號墩頂 | 1.91 | 4.47 | 4.70 | 3.42 |
| 第五跨跨中 | 4.02 | -2.37 | 4.54 | 1.32 |
| 五號墩頂 | 4.03 | 3.55 | 6.31 | 3.06 |
| 第六跨跨中 | 3.99 | -2.18 | 4.53 | 1.47 |
| 六號墩頂 | 1.94 | 4.52 | 4.80 | 3.21 |
| 第七跨跨中 | 1.78 | －1.85 | 2.29 | 1.91 |
| 七號墩頂 | 1.48 | 3.48 | 2.64 | 5.58 |
| 第八跨跨中 | 5.59 | －3.36 | 6.17 | 0.31 |
| 八號墩頂 | -0.64 | 8.83 | 2.76 | 7.08 |
| 第九跨跨中 | 5.40 | -3.31 | 5.33 | 1.28 |
| 九號墩頂 | 1.65 | 8.16 | 3.34 | 8.92 |
| 第十跨跨中 | 5.91 | -2.84 | 6.97 | 0.05 |
| 十號墩頂 | 0.97 | 6.37 | 3.44 | 6.26 |
| 第十一跨跨中 | 4.45 | -0.39 | 5.42 | 2.38 |
圖一 鋼絞線布置形式示意
圖二 加固后箱梁典型斷面示意
2、加固順序
?。?）原有裂縫的處理
1）用環(huán)氧漿液對寬度大于0.2mm的底板、腹板、翼板裂縫進(jìn)行壓漿。
2）小于0.2毫米的裂縫進(jìn)行封閉處理
?。?）在4、5、6號支點(diǎn)處箱梁腹板兩側(cè)粘貼斜向鋼板
?。?）種植鋼筋、澆筑張拉錨固齒板
?、?根據(jù)施工圖中所提供的錨固齒板位置及尺寸在原腹板側(cè)面準(zhǔn)確放樣。
② 依據(jù)施工圖布置，在做新增齒板的位置用沖擊鉆鉆深度不小于20厘米，直徑約為22毫米的盲孔，用壓縮空氣清除孔內(nèi)浮塵。注意孔內(nèi)浮塵的清理必須由孔底向孔口清理（硬質(zhì)排氣管插入孔底，再后拔1～2厘米）；
③ 用K801膠種植門式錨筋；
?、?骨架形成后，按照齒板的形狀立模，然后澆筑混凝土，形成齒板。應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土配合比，加強(qiáng)振搗使混凝土密實(shí)，避免孔洞及蜂窩麻面的發(fā)生。
（4）、安裝鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向器及克服徑向力的錨卡
?、?依據(jù)施工圖紙放樣；
?、?在底座鋼板上鉆孔，并用環(huán)氧樹脂粘貼在箱梁腹板上；
?、?用Hilti特制鉆頭鉆孔；
?、?清孔
?、?用安裝工具切底安裝HDA－T－M16錨栓、錨卡。
?。?）、張拉、錨固鋼束，并逐跨澆筑混凝土
① 鑿毛腹板混凝土；
② 依施工圖種植腹板及翼板上的鋼筋，并綁扎成形；
③ 張拉中間主孔的鋼束（雙向張拉）；
④ 逐孔澆筑新增腹板；
⑤ 接長鋼束，單向張拉其余鋼束；
⑥ 逐孔澆筑腹板。
（6）在1、10號墩頂粘貼鋼板條。
（7）外表整飾，投入運(yùn)營。
四、結(jié)語
本橋加固工程現(xiàn)已全部竣工，加固施工完成后所作的荷載試驗(yàn)表明，箱梁的剛度和應(yīng)力均得到了較大的改善和提高，取得了較為理想的加固效果。成功的將體外預(yù)應(yīng)力運(yùn)用于小半徑曲線梁橋上，由此可見，用體外預(yù)應(yīng)力結(jié)合灌注裂縫加固預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁，在現(xiàn)實(shí)中是可行的和有效的。
