一、桥梁概况
某高架桥上部结构为二联8孔20米预应力混凝土连续箱梁+（21.78+32.0+21.78）米钢筋混凝土连续刚架+三联8孔20米连续箱梁+一联9孔20米连续箱梁+（21.78+32.0+21.78）米钢筋混凝土连续刚架+二联9孔20米连续箱梁。下部结构为柱式墩、埋置式桥台，钻孔灌注桩基础。桥梁设计荷载为汽车-超20级、挂车-120。该桥至今已经运营13年。
图1-1 桥梁概貌
二、桥梁主要病害及荷载试验结论
经现场踏勘，并对比检测试验检查报告，汇总如下：
2.1、桥梁主要病害检测结论
1、装配式预应力混凝土组合箱梁主要病害
桥梁定期检查中发现绝大部分箱梁左右两侧腹板部位均不同程度出现竖向和斜向裂缝，裂缝分布在跨中两侧约3-5m范围内，裂缝少则2-4条，多则10余条，大部分裂缝宽度介于0.04-0.16mm之间，越靠近跨中裂缝宽度越大，少量箱梁跨中附近腹板竖向裂缝大于0.20mm,达到0.24-0.32mm；裂缝长度基本贯通腹板高度。裂缝均为结构受力裂缝，当重载车辆通过桥梁时，裂缝有非常明显的开合现象。
裂缝分布为：每跨两片边梁比中梁腹板竖向裂缝多，缝宽大，且外侧腹板裂缝多于内侧腹板裂缝。连续箱梁每联边跨箱梁腹板竖向、斜向裂缝较中跨多，且裂缝分布范围广。同时少量中梁腹板上部距翼板根部约10cm处存在一条基本贯通的纵向裂缝，缝宽较小，0.04-0.08mm，少量跨中横隔板部位存在竖向细微裂缝，缝宽0.12-0.16mm。检测中还发现，箱梁顶板现浇段存在纵向开裂。
图2-1 典型箱梁腹板裂缝
图2-2 典型箱梁裂缝分布
2、下部结构主要病害
全桥共有双柱式桥墩130个（以单幅计），本次桥梁检查共接近检查70个盖梁，发现43个桥墩盖梁在柱顶受拉区出现竖向裂缝，长度在50-80cm之间，宽度在0.20-0.50mm之间。
图2-3 典型桥墩盖梁裂缝分布
3、支座主要病害
个别支座剪切变形较大，部分支座老化开裂。
4、桥面系及附属构造主要病害
1）、桥面铺装
桥面沥青微表处治层多处大面积剥落；多处桥面铺装部位出现破损、修补部位较多；在主车道，有较明显的车辙拥包；多数墩顶处桥面铺装层出现横向裂缝。
2）、桥头连接部
桥头连接不平顺，有轻度跳车现象。
3）、伸缩缝
12道伸缩缝胶条开裂破损严重，存在渗水现象；其中左幅54#、73#伸缩缝间隙较小，以趋近抵死。
4）、护栏、栏杆
桥面混凝土护栏下部钢筋锈胀，混凝土剥落，两幅约1200m。每跨跨中附近护栏上部普遍挤压开裂；墩顶部位护栏上部有拉开现象。
5）、排水设施
73#桥台下排水边沟冲刷破损，桥面多处泄水管堵塞，泄水管周围渗漏。
6）、箱梁翼板
左幅29孔跨中附近因左侧护栏1处撞损开裂，导致箱梁翼板断裂渗水，钢筋锈蚀，长约5m。
三、桥梁病害原因分析与加固方案
3.1、桥梁病害原因分析
检测结论表明，该桥运营13年来，桥梁主要受力构件产生了明显的病害，其原因是多方面的，分析其主要原因如下：
1、墩顶连续部分失效，这使得主梁不能按原设计的连续梁模式传递弯矩，桥梁受力模式发生变化，是桥梁病害产生的主要原因。在目前这种受力模式下，桥梁边跨、中跨实际弯矩均较原设计预期有所增大，致使主梁产生明显的受力裂缝。长期“超载”运营，致使桥梁裂缝发展迅速。
相同荷载组合下，本桥设计弯矩包络图与退化为简支梁后弯矩包络图的对比示意见图5-1和图5-2。
图3-1 简支梁弯矩包络图 单位：
图3-2 连续梁弯矩包络图（边跨+次边跨）单位：
2、桥梁活载内力的增加
随着交通运输业的发展，高速公路交通量不断增加，特别是有效治超前超载车辆的吨位、数量不断上升，使得桥梁长期处于超限服役和疲劳运营的不利状态，进一步加剧了既有受力裂缝的快速发展。
3、其他原因
长期预应力损失、施工偏差、构件的耐久性损伤、箱梁内可能积水等，都是造成桥梁病害产生、发展的原因。
3.2、主梁承载能力加固
采用铣刨原桥桥面铺装层，加铺15cm的C40防水混凝土桥面板，提高桥梁抗弯刚度和承载能力,其中，计算梁高取100+10=110cm；在桥面板内设置双层钢筋网，以提高桥面横向整体性，改善结构横向受力。
针对该桥病害及检算结论，拟对该桥墩顶负弯矩区采用箱梁顶板开设槽口，增设预应力顶板束的方式对箱梁顶板负弯矩区进行加固处理，以有效的恢复结构连续体系，提高受损箱梁负弯矩区安全储备，并加强普通钢筋；本方案还在各跨跨中正弯矩区域粘贴芳纶纤维布，以达到封闭结构现有裂缝、增加主梁安全储备的效果。
其中墩顶负弯矩束采用低松弛高强度预应力钢绞线（应符合GB/T 5224-2003的规定）及BM15-2成套锚具，单根钢绞线直径为φs15.2。
在墩顶预应力束很好的改善结构受力模式的同时，在各跨跨中正弯矩区域粘贴芳纶纤维布加固，以达到封闭结构现有裂缝、增加主梁安全储备的效果。
3.3、桥墩盖梁病害处置
为确保结构运营安全，拟在开裂较严重的盖梁顶粘贴Q235钢板进行加固处理，加固后盖梁抗弯承载能力及最大裂缝宽度满足规范要求。
图3-3盖梁加固示意图
3.4、其他维修处置
1、裂缝的维修整治
由于裂缝的产生、发展及长期存在，使得潮湿空气进入结构内部，从而引起结构内部钢筋的锈蚀，最终导致结构的承载能力降低，影响到结构的正常运营甚至安全运营，因此，对结构目前存在的裂缝进行相应的处理及控制非常必要。但鉴于裂缝宽度的不同对结构的影响也有所不同，此处共分两种情况对桥梁的裂缝进行灌浆（或封闭）处理，具体处理方法如下所述：
(1) 鉴于当裂缝宽度＜0.15mm时，其对结构内部钢筋锈蚀的影响较小,故仅对此类裂缝进行表面封闭；
(2) 鉴于当裂缝宽度≥0.15mm时，其对结构内部钢筋锈蚀影响较大，故对此类裂缝进行灌浆处理。
2、混凝土缺陷及外露钢筋处理
对于桥梁上、下部结构及护栏等存在的蜂窝、麻面、混凝土剥落、掉块、缺损、凹陷等缺陷，首先将缺陷部位表层的松散混凝土全部凿除，露出新鲜混凝土，然后利用人工除锈的方法对缺陷部位的外露钢筋除锈，并将混凝土表面清理干净，最后利用改性聚合物砂浆对缺陷部位进行修补。
特别地，针对梁体上存在的局部混凝土空洞、空鼓及白色粉末状钙化物析出现象，应首先确定病害存在的区域范围，将缺陷部位表层的松散混凝土全部凿除，露出新鲜混凝土，然后利用人工除锈的方法对缺陷部位的外露钢筋除锈，对出现锈断的钢筋，应采取搭接的方式对局部钢筋进行加强，再将混凝土表面清理干净，最后利用聚合物砂浆或对缺陷部位进行修补。
3、锥坡修复
对存在轻微开裂的左幅0#台护坡锥坡护坡，采用水泥浆灌缝。
4、桥面排水修复
在原箱梁预留泄水孔位置安装桥面排水管，以确保桥面积水能够顺利排至桥下。
5、箱梁打孔放水
打孔处自然排水，待积水排净后，在排水孔处安装PVC套管，PVC套管应至少伸出孔口5cm。
6、箱梁边板翼缘设置截水板
翼板存在污水侵蚀时，为了防止雨水等沿翼板底部向下流，应在翼板底部边缘处增设截水板。
图3-4截水板设置示意
7、更换伸缩缝
更换全桥伸缩缝。
8、更换部分支座
鉴于本次检查中发现部分支座存在剪切变形严重及橡胶体老化开裂等病害，应将梁体顶升，建议采用与原桥型号相同的支座进行全桥更换。
四、加固效果评价
经结构计算，对加固方案静力及动力分析结果表明该桥加固后主梁刚度明显增加，结构承载力有了一定程度的提高，各项指标满足规范设计要求。
第三方实桥荷载试验结论表明，加固后的桥梁，其在相同荷载相同工况作用下的承载能力和刚度均有大幅度提高；墩顶负弯矩连接效果亦有明显改善，能更好的参与结构受力；动力性能改善明显。
大桥加固运营半年后，现场检测，未发现新增裂缝及其他病害，桥梁运营安全。
图4、梁底粘贴碳纤维板加固
