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1 工程概况
    某省道桥梁主桥结构形式为变截面连续箱梁，跨径布置为52 m+3×80 m+52 m。横断面形式为单箱单室箱形截面，箱宽8 m，两侧翼缘板悬出3．85 m。支点箱梁高5 m，中孔跨中及边孔墩附近梁高2．4 m。箱梁下缘按二次抛物线变化。箱梁底板和腹板厚度由中孔墩顶向两侧递减，中孔墩两侧底板和腹板厚度均为60 cm，在中孔跨中和边孔墩顶附近，底板厚度为30 cm，腹板厚度为35 cm。连续箱梁采用三向预应力结构：纵向预应力采用7 。15钢绞线，锚具为OVM15—7或YM15—7；横向预应力采用24~P5碳素钢丝，张拉端为弗氏锚，固定端用镦头锚锚板；竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋，锚具为YGM锚。箱梁为C50混凝土，采用挂篮悬臂浇筑法施工。




2 病害状况
该桥于1997年建成通车投入营运，由于种种原因，主跨连续箱梁出现不同程度的病害。箱体出现较多裂缝，桥面铺装破损严重，伸缩缝破损、老化变形，且漏水问题突出，已危及桥梁安全。为此对该桥主桥分别进行了质量检测和荷载试验，主要结果如下。


2．1 桥面系及附属设施
1)桥面铺装出现大量纵、横向裂缝，大面积网裂、破碎，导致桥面防水效果降低，行车舒适性差。
2)全桥伸缩缝功能失效，橡胶板断裂、松动、下沉，型钢松动、缺失，跳车严重。
3)防撞护栏混凝土表面风化严重，金属构件普遍严重锈蚀，个别部位有外倾现象。




2．2 箱梁
1)与竣工资料相比，箱梁各跨实测的纵向线形有较大下挠。
2)混凝土表观质量较差，存在大面积蜂窝、麻面，局部有孔洞、露筋、钢筋锈蚀，部分施工节段接缝不平顺，顶板挂篮孑L渗水严重。
3)箱梁腹板内侧有较多斜向裂缝，倾角从跨中向支座逐渐加大，在跨中附近裂缝走向近于水平，而腹板外侧裂缝较少。底板底面有较多纵向裂缝，顶板纵向裂缝分布在跨中附近，横隔板裂缝分布无规律性。箱梁共发现裂缝2 552条，箱内裂缝宽度超过0．2 mm的有?64条，超过0．5 mm的有23条。
4)实测箱梁混凝土强度推定值大于设计值，但由于裂缝多而密，导致箱梁整体性较差；箱梁混凝土碳化深度小于钢筋保护层厚度；大部分混凝土构件保护层厚度偏薄，检测部位的混凝土保护层厚度多数小于设计要求；钢筋有锈蚀，但锈蚀状态不确定。
5)预应力管道普遍存在未压浆现象，未压浆预应力钢束(钢筋)都存在锈蚀。 有些预应力管道积水，加速了预应力钢束的锈蚀速度o
6)实测桥跨结构频率低于计算值，说明箱梁刚度偏低。
7)在各控制截面最不利载位加载时，各控制截面的实测挠度小于理论计算挠度，挠度校验系数在0．4～0．98之间；各控制截面混凝土实测弹性应力基本小于理论计算应力，校验系数差异较大，一般在0．75左右，但个别点校验系数大于1。
8)加载后箱梁腹板裂缝宽度有所扩展，卸载后弹性恢复.


3 维修加固措施
根据该桥病害情况和计算分析结果，箱梁腹板是其薄弱环节，应增加腹板强度，减少活载、温差等产生的主拉应力，限制裂缝继续开展。通过多方分析论证，桥梁加固技术标准采用桥梁原设计规范，采取以加厚腹板并增设体外预应力为主的各项维修加固措施。通过加固，使该桥恢复到原设计荷载等级，汽车一20级，挂车一100。




3．1 箱梁腹板加厚，增设横隔板。施加体外预应力
3．1．1 加大截面加固腹板。增设横隔板在箱梁腹板内表面植筋，绑扎钢筋网，浇筑15 cm混凝土加厚腹板。实施过程中，腹板采用12 cm混凝土加厚，以减轻恒载。箱梁采用单箱单室，箱宽较大，宽箱效应明显，增设横隔板，减小宽箱效应。
3．1．2 施加体外预应力
腹板加厚、增设横隔板增加了箱梁自重，且顶、底板钢绞线存在锈蚀，其截面面积有损失，在箱内施加体外预应力，改善结构的应力状态。




3．2 封闭箱梁裂缝。修复混凝土局部缺陷凿除表面疏松的混凝土，并与孔洞、蜂窝、麻面等病害一起，采用丙乳砂浆或丙乳混凝土修补。对箱梁腹板、顶板、底板混凝土裂缝，采用树脂类材料进行灌缝或封闭，以提高结构现存的刚度和整体性。
3．3 箱梁腹板竖向预应力筋补张拉
由箱梁腹板开裂情况、雷达探测结果和以往经验可知，腹板竖向预应力筋很多末张拉。根据该桥雷达探测结果，对竖向预应力钢筋进行补张拉，并对竖向预应力筋管道进行补压浆，以增加腹板强度。
3．4 开裂区段的腹板及顶、底板补强
箱梁腹板及顶板开裂，表明开裂区段混凝土应力已超过混凝土抗裂强度，必须对开裂区进行补强。该桥采用的方法是在腹板内表面粘贴竖向钢板，钢板条贴过顶板的梗腋；在底板下缘粘贴横桥向的碳纤维片，边跨体外预应力锚固段处底板粘贴钢板。




3．5 更换主桥的桥面铺装和全桥伸缩缝
   旧桥桥面混凝土铺装层大部分开裂，多处出现破碎，且防水效果差。此次维修加固将凿除原桥面铺装层，在箱梁顶面植筋，绑扎钢筋网，重新浇筑桥面铺装，并酌情调整桥面铺装横坡和厚度，以控制桥面铺装重量。由于伸缩缝损坏比较严重，因此更换全桥伸缩缝。


4 体外预应力加固施工工艺
在该桥加固措施中，施加体外预应力是难点，也是关键点，且体外预应力施工质量的好坏直接影响到全桥的加固效果。体外预应力施工工艺主要流程为：施工方案编制一施工机具准备一转向器安装一体外索穿索一穿入限位装置一安装锚头一单根张拉体外索一防松装置及保护罩的安装一保护罩及锚头内灌注防腐油脂防护。




4．1 施工机具准备
施加预应力所用的机具、设备及仪表由专人使用和管理，并定期维护、校验。进场前，对于斤顶和压力表进行配套标定，确定压力表和张拉力之间的关系曲线。张拉机具、设备与锚具配套使用，根据体外索的类型和张拉工艺选用合理的设备进场，在试运行确保正常后调至工作台面。




4．2 锚头预埋件及转向器安装
1)边跨C型隔板及墩顶隔板为体外索锚头受力布置部位。其中，C型隔板为新增结构，全桥共设2道，隔板宽度2 350mmI，每道隔板中设置6根预埋管及转向器，其中2根备用；全桥墩顶隔板共4道，隔板宽度3 000mm，每道隔板设置12根预埋管及转向器，其中4根备用；隔板间间隙需现浇混凝土。


2)A型隔板预埋铸钢A型转向器。全桥共设置A型隔板8道，采用A型转向器48件。预埋时注意位置准确，两边角度不反向。
3)B型隔板预埋铸钢B型转向器。全桥共设置B型隔板3道，采用B型转向器18件，预埋时注意位置准确。


4．3 体外索下料
1)体外索制束工艺流程：备料一放入下料盘一下料一编束。
2)钢绞线按要求采购，按标准要求检测合格后才能使用。测量钢绞线的实际弹性模量和截面积，对计算延伸量进行校正。
3)钢绞线下料采用圆盘锯切割，切割断面为一个平面，以便张拉时检查断丝。下料长度应根据施工工艺和设计孔道长度来确定，计算值中包括两端的张拉辅助长度。下料切割后平放地面上，并把钢绞线的端头用胶带缠包好以防止散头。
4)钢绞线下料完成后，按束理顺，同束顺畅不扭结。穿束采用人工穿束，逐根进行，应尽量做到同束是同一盘内的钢绞线。


4．4 体外索穿束
1)穿束前将锚垫板上及预埋管内沾附的砂浆、杂物清除干净。
2)钢绞线任何时候都要防止出现死弯，其最小弯曲半径不小于1 m。
4．5 安装限位装置
本工程按设计要求采用限位装置，索体张拉后其问的悬空段间距不大于8 m。限位装置在穿束时一同穿入，并依据张拉后的实际高度架设支架予以固定。






4．6 张拉体外索
4．6．1 施工编号原则
沿桥向跨顺序编号为N1、N2、N3、N4、N5跨，小桩号端为A张拉端，大桩号端为B张拉端。同跨各束从上游到下游依次编号为1 、2 、3 、4 束。
4．6．2 主桥张拉顺序
体外预应力根据后续工程桥面铺装工序安排，考虑作业方便，张拉自N5跨开始，每次同时对称张拉2束。




   张拉时，先在锚板上对应编号，按照对称的原则并根据图示的数字顺序，按二次张拉工艺进行张拉，即每根按照20％一30％一50％的方法进行第1次张拉，在张拉到20％ 时进行初始标注，以后每级记录标距的变化值以便计算延伸量。第1次张拉完成后，检查各隔板位置无变化后进行第2次张拉，按照50％一100％一持荷5 min一放张回油的方法进行，每级记录标注的变化。
     张拉过程中应注意控制千斤顶活塞的伸长量，尽量做到两端同步。除采用油压控制外，各张拉端及时测量千斤顶活塞伸长值，确保不超出每端的每级计算值，太快或太慢时都要及时调整油泵进油量，最终每束两端的总伸长值必须基本符合计算要求。应派专人检查锚头预埋管、索体全长各转向部位、限位装置安装部位的受力和变形情况，出现异常及时通知停机处理。张拉过程中，若出现异常响声或明显断丝、滑丝现象，必须立即全部停机，并尽快通知监理工程师和现场技术员，查明原因后再进行施工。




4．6．4 张拉应力控制
1)体外索的张拉控制应力要符合设计要求。当施工中体外索需要超张拉或计人锚圈口预应力损失时，可比设计要求提高3％ ～5％，但在任何情况下不得超过规范规定的最大张拉控制应力。


2)体外索采用应力控制方法张拉时，以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值必须符合设计要求，控制在±6％以内；否则暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉到位。


4．7 安装防松装置及保护章
按所示安装防松装置及保护罩。防松装置通过螺钉安装在锚板上，保护罩通过螺钉安装在防松装置上。体外索张拉完成后，按设计要求，将防腐油脂灌注到锚头锚杯及延长筒内进行防护。




5 结束语
本工程体外预应力施工结束后，进行了相应的检测，体外预应力筋各项指数指标符合设计要求。通过采取腹板加厚并增设体外预应力为主的多种维修加固措施后，桥梁整体受力性能得到改善，强度和刚度得到恢复和提高，满足原设计和使用要求。

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