妙手“绘”新颜——G346宜城汉江特大桥维修加固设计与技术创新应用

宜城汉江特大桥位于湖北省宜城市国道G346，是沟通襄樊至钟祥、枣阳、随州的重要交通要道。该桥是跨越汉江上的一座特大桥，跨径组合为：25×50m+（55+4×100+55）m+4×30m，全长1886.95m，桥宽9m+2×1.75m。该桥始建于1986年4月，1990年10月建成通车。自2010年起，特大桥历经了多次加固和维修改造，主要包括主桥箱梁体外索加固、箱梁节段施工套夹钢板加固、主墩增设防撞护弦、引桥增设检修通道、更换桥面铺装、常规病害修复等项工程。

然而，该桥梁经过多次加固后，问题并未得到彻底解决。2017年该桥总体技术状况被评定为“4类”桥，交通通行能力较差，其中桥面铺装破损严重，湿接缝穿孔病害反复出现，且主桥行车道上竖向预应力锚具外露，老桥已无法满足日益增长的交通量需要。为提高跨河通行能力且确保桥梁的安全运营，破解民生“八需八难”之“出行难”问题，有关单位组织开展宜城汉江公路大桥维修加固工程，如图1所示。

图1 维修加固改造完成后桥梁照片

本桥自1990年10月建成通车以来，据统计，主要实施了以下调整及加固改造工程：

(1）2010年左右主要加固方案：

①在主桥各孔箱梁内布置体外预应力索；

②在箱梁中跨跨中合拢段两侧两个节段接缝处梁体腹板及底板内外包夹钢板加固；

③对桥面沥青层及桥面附属设施进行更换；

④增设检修通道等；

⑤增设桥墩防撞护舷装置。

(2）在2011—2016年的日常养护中，对50mT梁出现的湿接缝穿孔病害进行了对穿孔湿接缝凿除桥面及湿接缝松散混凝土，保留原设计湿接缝钢筋，对部分伸缩缝进行了更换。

从历年维修、加固以及养护历程看，主要措施包括桥面铺装更换、主桥箱梁体外索加固、箱梁节段施工套夹钢板加固等。前期已实施的维修加固措施再次出现病害，因此再次加固需统筹考虑，实施的方案有限。

该桥引桥桥面铺装局部凹槽、破损、龟裂、纵、横向裂缝，主桥桥面破损、开裂主要集中在中墩墩顶处，主桥竖向预应力钢筋锚头外露，经过查阅原设计竣工图纸发现，竖向预应力钢筋的锚头埋置于沥青层2cm左右，然而沥青层厚度仅有4cm，保护层厚度太薄，在运营过程中，沥青铺装产生车辙病害及磨损后导致锚头外露，如图2、图3所示。竖向预应力钢筋锚头裸露在沥青层上直接承受车辆作用，有可能造成锚固失效，进而降低主梁腹板的抗剪承载力，影响主体结构的安全性，因此桥面铺装层改造方案与结构安全息息相关，亟需有效解决措施。

图2 桥面铺装局部高低不平整

图3 箱梁竖向预应力钢筋锚头外露

此项目50mT梁设计年代早，湿接缝宽度较宽、厚度较薄，刚度较弱，截面尺寸较现在同类桥梁偏小，检测中发现多处湿接缝穿孔、桥面空洞破损，如图4所示。由于在靠近人行道侧边梁处桥面现浇层厚度仅6cm左右，随着交通量的日益增长，特别是重车数量的增加，桥面现浇层破损以后，在车辆荷载集中力反复作用下，应力集中导致湿接缝处混凝土破坏，经过结构检算50mT梁局部翼缘板承载力难以满足85规范要求，需要采用效果显著的加固措施。

图4 50mT梁湿接缝穿孔

加固改造设计的主要技术标准如下：设计荷载——汽车-超20、挂车-120（维持原设计荷载等级）；该桥主桥箱梁承载力及正常使用状态下均满足85规范要求，桩基竖向承载力也满足规范要求。主桥主要问题在于施工产生的节段缝病害、竖向预应力钢筋外漏及沥青桥面铺装破损较为严重等病害。

主桥加固的主要目的如下：

(1）补张拉主梁预应力备用索，提高主梁纵向承载力；

(2）对施工节段缝病害进行加固补强；

(3）保护竖向预应力钢筋锚头，避免影响主体结构的安全性；

(4）改善桥面沥青层破损的现状。

该桥东、西引桥50m、30m预应力混凝土T梁承载力及正常使用状态下均满足85规范要求，桩基竖向承载力也满足规范要求；但50mT梁桥面板横向不满足原设计规范要求。

引桥加固的主要目则旨在提高50mT梁桥面板跨中局部承载力，并提升高桥梁的整体性能及桥面铺装的抗裂性能，解决桥面铺装由于偏薄导致桥面破损较严重及湿接缝穿孔病害的问题。

1．结构加固设计采用新技术与新材料

针对50mT梁的湿接缝因结构尺寸先天性不足，出现穿孔病害，提出了采取UHPC150混凝土（超高性能混凝土）改造湿接缝的方法，在不加厚结构尺寸并增加恒载的情况下采用UHPC150混凝土，利用其强度高、韧性及耐久性强、自流密实好等优点，显著提高湿接缝的承载能力，使抗压强度达到150MPa，抗拉强度可达到9MPa以上，显著提高50mT梁湿接缝承载能力。该桥经加固后，桥面板湿接缝结构的承载力提高了约29%。

鉴于该桥面铺装层破损开裂严重，且历年维修加固过程中更换桥面铺装后，病害反复出现，采取人工凿除原4cm厚桥面铺装层的方法，再植入抗剪钢筋，铺设直径12钢筋网，最后浇筑CF50钢纤维防水混凝土，桥面铺装层参与结构受力提高桥梁承载力。该项技术既能提高桥梁的承载力，又能起到防水作用，从根本上解决因雨水、盐体等腐蚀性物质渗入沥青层中，致使沥青破坏后，桥面现浇层随之也发生相应病害的难题。

2．箱梁节段缝加固

对主桥6 ^# ~7 ^# 块、7 ^# ~8 ^# 块节段及合龙段3条施工节段缝进行粘贴钢板加固。粘贴钢板加固应在该段节段裂缝处治完成后进行。节段缝加固如图5所示。

图5  箱梁节段接缝粘钢加固构造横断面图

3．推广装配式T梁湿接缝加固新技术

以本项目50mT梁湿接缝加固方案为依托，提炼UHPC（超高性能混凝土）在装配式桥梁加固上的应用研究课题报告，作为装配式桥梁加固及利用关键技术，推广该技术在类似装配式桥梁加固、拼宽改造中应用，如图6所示。

图6  UHPC拼宽湿接缝结构模型图

结合实测湿接缝收缩、徐变特性，运用有限元模型精细化分析湿接缝采用UHPC低收缩徐变且常规养护的超高性能混凝土时，模拟UHPC的力学性能反应（收缩徐变、车辆荷载、温度、新老结构不均匀沉降差5mm等工况组合下），并研究其在收缩徐变下的应力变化，提出接缝UHPC混凝土的力学性能指标要求。

4．兼顾结构加固与桥面铺装维修双重需求

该项目考虑桥梁桥面铺装病害严重，一方面由于桥面现浇层及结构层尺寸厚度偏小，沥青层偏薄，沥青层与桥面现浇层粘结失效而导致的桥面铺装反复病害；另一方面由于当前重载交通日益增多，结构局部承载力已无法满足现状要求，主桥竖向预应力锚头外露，影响主体结构的安全性。

此项目创造性地通过取消该桥的沥青铺装层，而选用CF50钢纤维混凝土加厚桥面现浇层，使之参与结构受力，兼顾了结构加固保障及桥面铺装更换的双重需求，既能改善桥面铺装破损严重对行车安全的影响，又能保障结构具有一定的承载力，给主桥竖向预应力锚头进行混凝土保护，从根本上解除了竖向预应力锚头失效的威胁。

2020年12月，国家道路及桥梁质量监督检验中心对宜城汉江特大桥进行2020年度定期检测，主桥总得分为81.4分，技术状况等级为2类；引桥总得分为80.2分，技术状况等级为2类。该桥综合评定等级为2类，通过加固前、后桥梁专项检测对比分析，该桥在实施维修加固改造后，其结构局部承载力有明显提高。该桥可继续使用，节约了拆除重建资金，秉承了“花小钱办大事”的宗旨，具有很好的社会经济效益，同时达到了较好的节能环保效果。

加固改造完工后，全桥面貌焕然一新，改造前后对比如图7、图8所示。

图7 改造前桥梁整体照片

图8 改造后桥梁整体照片

随着该工程的顺利推进及高质量的完工，解决了宜城汉江公路大桥所存在的病害问题，提高了桥梁的承载能力，确保过往车辆通行安全，同时增强桥梁的耐久性，最终确保顺利完成破解民生”八需八难"的目标任务，向全市人民交上了一份浸透着心血和汗水的优异答卷。

所采用的UHPC浇筑湿接缝方案，一方面，由于UHPC新材料经过短暂养护后约3d基本可达到设计抗压强度，即可拆模，加快了施工进度并节省工期；另一方面，由于UHPC自2018年在桥梁结构中的逐渐使用，价格已由最初约20000RMB/m ³ 下降到约10000RMB/m ³ ，该方案在本项目实践中表现良好，值得在其他同类项目中加以推广。