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摘要：通过介绍广东省东江某大桥的大悬臂空心墩悬臂端结构裂缝病害加固工程中，施加体外预应力和自锁式千斤顶反顶盖梁悬臂端卸载的成功应用，给桥梁加固、维修和其他相关工程提供参考和借鉴。
关键词：大悬臂空心墩；结构裂缝病害；加固施工
中图分类号：TU3文献标识码： A 文章编号：
一、桥梁概况：
某大桥横跨广东省东江河道，桥型布置：8×16m+30m+(60m+100m+60)+10×30m+(60m+100m+60)+3×16m+(9m+16m+9m)+17×16m，全桥长1346m。
主桥为100m跨和60m跨的细杆拱桥。100m跨墩墩身为大悬臂空心墩，其中10#、11#墩墩顶盖梁布置5束15—27型，标准强度为1860MPa的预应力钢绞线， 23#、24#墩墩顶盖梁布置10束15—12型，标准强度为1860MPa的预应力钢绞线。预应力钢束在墩内空心部分是外露的。每个墩顶设4个支座，每侧悬臂端各两个，每个主跨上部结构的全部荷载都通过这4个支座传递到下部及基础。
二、桥梁病害情况
根据该桥检测报告，10#、11#、23#、24#墩（100m跨系杆拱主墩），盖梁均发现存在规律性裂缝，在距离悬臂约6.8m处（墩顶空心变截面处）出现裂缝，裂缝沿墩顶贯通，并沿墩帽帽梁侧面斜向下（与测向成约15°）发展，一直延伸到帽梁变截面根部（高约2.0m处）。裂缝最大的宽度约为4.0mm，裂缝长1.5m，宽2mm。另帽梁变截面中部处（墩帽帽梁与墩身结合处）出现裂缝，裂缝中间宽，两边窄。（图1）
10号墩裂缝最为显著，在之后的监测观察中发现， 10号墩盖梁原有裂缝呈迅速发展趋势，由2.6mm迅速发展到4mm，远远超出相关技术规范允许的最大裂缝宽度，初步判定预应力盖梁结构已处于破坏状态，桥梁存在极大的安全隐患。
三、病害原因分析
初步分析，长期受超载货车通行影响和桥梁结构强度不足是引起病害的主要原因。
10#墩、11#墩、23#墩和24#墩是100米跨和60米跨主拱上部桥面结构重量的下部基础，上部构造和桥面所有的荷载均通过支座传递到墩台。但是每跨桥面只有4个支座，且支座位于主拱拱脚下面的墩台盖梁悬臂端，上面构造全部的恒载和活载均通过4个支座作用于盖梁的悬臂端。悬臂端是荷载作用最不利位置，因此产生较大的负弯距和剪力而开裂。
四、维修加固措施
该盖梁典型的受力特征为：通过盖梁悬臂承受弯距、剪力将上部结构的重力传递给基础，由此产生病害，故改变传力途径或减少支座反力对解决现有病害较为直接。鉴于现盖梁的预应力度不足，可采用体外预应力对其加固，加固后，在墩身上新增设盖梁，通过反顶对固有盖梁悬臂减载，并共同承受荷载作用。
施工步骤
（1)、对桥墩帽梁实行临时支顶；
（2）、对主墩帽梁裂缝进行处理，顶面、侧面粘贴钢板，增加帽梁安全储备；
（3）、墩身两端内壁加厚，通过植筋及界面胶实现新旧混凝土有效连接；
（4）、对原盖梁施加体外预应力，拆除临时支顶架；
（5）、增设新横梁及墩身两端外壁加厚；
（6）、体系转换：用自锁式千斤顶支撑于新盖梁上对原帽梁每侧悬臂支座底反顶，对原盖梁进行卸载，达到彻底改善就有盖梁悬臂的受力状态。
（7）、新、旧盖梁共同作用：浇注新横梁与旧盖梁间混凝土，千斤顶埋在混凝土中，恢复交通。
五、维修加固施工工艺
1、盖梁体外预应力施工
体外预应力施工是确保主桥是否安全的关键，施工中已要考虑施工安全，同时要特别注意桥梁结构安全；因此，施工中严格按设计步骤进行。
(1)临时支顶（图2）
通过临时支顶在承台的贝雷梁桁架，用千斤顶对每个帽梁悬臂端施加临时支顶力100t，并用无缝钢管支顶，目的是保证对主墩加固施工期间盖梁有足够的安全储备。
(2)开人孔及泄水孔
结合现场便于墩内腔加固施工为原则，在墩身壁靠60m跨侧承台面选择位置开过人孔，以便对墩内裂缝检查和处理等；待体外预应力工序完成后，在墩身壁靠60m跨侧新横梁顶面上1m的位置开一个φ50cm的工作(通风)孔。
(3)裂缝处理
A、对宽度大于0.15mm的盖梁裂缝采用“壁可法”进行灌胶处理。裂缝表面处理→安装带阀门压浆嘴→封闭裂缝→密封检查→配置压浆液→压力灌浆→封口结束，外观处理。
B、小于0.15mm盖梁裂缝修补采用封闭处理，涂刷进口的封缝胶。混凝土表面处理→洁净混凝土表面→封缝胶泥封闭裂缝→涂刷环氧树脂胶液→养护
(4)粘贴钢板
在盖梁顺桥向两侧及顶面粘贴1cm厚的钢板，增大盖梁的抗拉刚度。
清理混凝土表面、用角磨机打磨粘贴部分混凝土表面、使其露出坚硬的混凝土结构层→放样→钻螺栓孔→植入固定钢板的螺栓→打磨粘合面的钢板化兰表面→安装固定加强钢板(调好压胶间隙) →用101胶泥封边→压入E2300胶→凝固、硬化→钢板防锈处理→外表面钢板缝隙用修补胶填平→涂装。对钢板外表进行防锈防腐处理。
(5)盖梁施加体外预应力
将帽梁两端面混凝土清除干净后，凿毛处理，完成粘贴钢板前的准备工作，安装钢板，并用环氧胶泥封边，采用改性环氧树脂胶粘剂进行灌注法进行粘贴钢板施工。
利用贝雷梁支架由下向上依次安装型钢扁担梁（按设计要求在专业厂家加工），并临时固定，作为体外索的固定端。每个墩顺桥向两侧各布设2束，体外索采用冷铸镦头锚、挤包护层纽绞型平形钢丝成品索。预应力张拉严格按照施工技术规范要求施工，钢束设计张拉控制力为1116MPa，采用分级(20%/级)、单端张拉，双控，按从下到上的顺序，张拉伸长量为120.2mm,同一帽梁的同一排钢束对称张拉。在分级张拉前后，密切关注原结构裂缝变化，并予以记录，没有异常情况时再进行下一级张拉施工。
2、盖梁卸载施工
盖梁卸载是本项目加固的最终目的，通过在新增横梁上安装自锁式千斤顶支顶原有盖梁悬臂减载，并共同承受荷载，实现体系转换；用自锁式千斤顶每侧四台支撑于新盖梁上，对原帽梁每侧悬壁支座施加700t支顶力，对原盖梁进行卸载；千斤顶采用分管式油泵，每个墩悬壁端4个支座均匀、对称、同时施加支顶力；达到彻底改善旧有盖梁悬壁的受力状态。
(1)新旧砼表面处理
新旧砼表面进行凿毛处理、植筋；施工严格按设计要求全断面凿毛，使粗骨料外露，形成粗造面；植筋采用进口植筋胶RE500，在浇筑砼前，在己凿毛砼表面涂刷一层界面胶，使新旧混凝土有效结合，完成新旧砼表面处理。
(2) 加强横梁及墩身加厚施工（图4）
新增横梁预应力钢束孔水平贯穿墩壁，每端孔长2.5m；按设计要求，根据加强横梁的位置，采用自制的水平钻机由墩内向外成孔， 然后进行加强横梁及墩身加厚施工，通过凿毛、植筋及界面胶实现新旧混凝土有效连接。待混凝土强度达到设计要求时，按常规做法张拉预应力筋。
(3)混凝土坍落度
混凝土的施工质量与水灰比有较大关系；本项目设计混凝土为钢钎维砼，设计坍落度为5cm，对于大面积的墩身加厚砼浇筑，要保证浇筑后砼的密实，施工难度大，现有的施工工艺基本不可能保证浇筑后砼的质量；只有调整坍落度，现有的施工工艺才能保证工程质量；通过每立方砼外加38kg膨胀剂，坍落度调整为10cm，其膨胀率为千分之2.5mm；优化了施工难度，保证了工程施工质量。
(4)原盖梁卸载
在每个悬臂下端，加强横梁上安装四台200吨自锁式千斤顶，安装在一边的千斤顶必须在同一条直线上，每个千斤顶和上下接触面必须严实。每端盖梁卸载700吨，一个盖梁共卸载1400吨，两端8台千斤顶同步进行，每个支顶力175吨。顶升分四级，按30%→60%→85%→100%顶到吨位并锁定，再后绑扎钢筋，立模浇注加强盖梁与原盖梁间混凝土，自锁式千斤顶作为永久结构，浇注在砼里。
五、结束语
通过加固后的检测，发现该桥发生病害的主墩受力状态得到很大改善，满足正常通车要求。上述工程的成功应用表明：施加体外预应力补充原有预应力不足或缺失，通过自锁式千斤顶反顶进行卸载，恢复结构原有的受力状态，是其中一种易行有效的方法，也给相关桥梁加固、维修和其他相关工程提供借鉴。
参考文献：
混凝土结构加固设计规范（GB 50367—2006）．
2、公路橋涵设计通用规范（JTJ021-89）．
3、公路砼及预应力砼桥涵设计规范（JTJ023-85）．北京：人民交通出版社
4、王国鼎，袁海庆，陈开利等编著．桥梁检测与加固．北京：人民交通出版社
关键词：大悬臂空心墩；结构裂缝病害；加固施工
中图分类号：TU3文献标识码： A 文章编号：
一、桥梁概况：
某大桥横跨广东省东江河道，桥型布置：8×16m+30m+(60m+100m+60)+10×30m+(60m+100m+60)+3×16m+(9m+16m+9m)+17×16m，全桥长1346m。
主桥为100m跨和60m跨的细杆拱桥。100m跨墩墩身为大悬臂空心墩，其中10#、11#墩墩顶盖梁布置5束15—27型，标准强度为1860MPa的预应力钢绞线， 23#、24#墩墩顶盖梁布置10束15—12型，标准强度为1860MPa的预应力钢绞线。预应力钢束在墩内空心部分是外露的。每个墩顶设4个支座，每侧悬臂端各两个，每个主跨上部结构的全部荷载都通过这4个支座传递到下部及基础。
二、桥梁病害情况
根据该桥检测报告，10#、11#、23#、24#墩（100m跨系杆拱主墩），盖梁均发现存在规律性裂缝，在距离悬臂约6.8m处（墩顶空心变截面处）出现裂缝，裂缝沿墩顶贯通，并沿墩帽帽梁侧面斜向下（与测向成约15°）发展，一直延伸到帽梁变截面根部（高约2.0m处）。裂缝最大的宽度约为4.0mm，裂缝长1.5m，宽2mm。另帽梁变截面中部处（墩帽帽梁与墩身结合处）出现裂缝，裂缝中间宽，两边窄。（图1）
10号墩裂缝最为显著，在之后的监测观察中发现， 10号墩盖梁原有裂缝呈迅速发展趋势，由2.6mm迅速发展到4mm，远远超出相关技术规范允许的最大裂缝宽度，初步判定预应力盖梁结构已处于破坏状态，桥梁存在极大的安全隐患。
三、病害原因分析
初步分析，长期受超载货车通行影响和桥梁结构强度不足是引起病害的主要原因。
10#墩、11#墩、23#墩和24#墩是100米跨和60米跨主拱上部桥面结构重量的下部基础，上部构造和桥面所有的荷载均通过支座传递到墩台。但是每跨桥面只有4个支座，且支座位于主拱拱脚下面的墩台盖梁悬臂端，上面构造全部的恒载和活载均通过4个支座作用于盖梁的悬臂端。悬臂端是荷载作用最不利位置，因此产生较大的负弯距和剪力而开裂。
四、维修加固措施
该盖梁典型的受力特征为：通过盖梁悬臂承受弯距、剪力将上部结构的重力传递给基础，由此产生病害，故改变传力途径或减少支座反力对解决现有病害较为直接。鉴于现盖梁的预应力度不足，可采用体外预应力对其加固，加固后，在墩身上新增设盖梁，通过反顶对固有盖梁悬臂减载，并共同承受荷载作用。
施工步骤
（1)、对桥墩帽梁实行临时支顶；
（2）、对主墩帽梁裂缝进行处理，顶面、侧面粘贴钢板，增加帽梁安全储备；
（3）、墩身两端内壁加厚，通过植筋及界面胶实现新旧混凝土有效连接；
（4）、对原盖梁施加体外预应力，拆除临时支顶架；
（5）、增设新横梁及墩身两端外壁加厚；
（6）、体系转换：用自锁式千斤顶支撑于新盖梁上对原帽梁每侧悬臂支座底反顶，对原盖梁进行卸载，达到彻底改善就有盖梁悬臂的受力状态。
（7）、新、旧盖梁共同作用：浇注新横梁与旧盖梁间混凝土，千斤顶埋在混凝土中，恢复交通。
五、维修加固施工工艺
1、盖梁体外预应力施工
体外预应力施工是确保主桥是否安全的关键，施工中已要考虑施工安全，同时要特别注意桥梁结构安全；因此，施工中严格按设计步骤进行。
(1)临时支顶（图2）
通过临时支顶在承台的贝雷梁桁架，用千斤顶对每个帽梁悬臂端施加临时支顶力100t，并用无缝钢管支顶，目的是保证对主墩加固施工期间盖梁有足够的安全储备。
(2)开人孔及泄水孔
结合现场便于墩内腔加固施工为原则，在墩身壁靠60m跨侧承台面选择位置开过人孔，以便对墩内裂缝检查和处理等；待体外预应力工序完成后，在墩身壁靠60m跨侧新横梁顶面上1m的位置开一个φ50cm的工作(通风)孔。
(3)裂缝处理
A、对宽度大于0.15mm的盖梁裂缝采用“壁可法”进行灌胶处理。裂缝表面处理→安装带阀门压浆嘴→封闭裂缝→密封检查→配置压浆液→压力灌浆→封口结束，外观处理。
B、小于0.15mm盖梁裂缝修补采用封闭处理，涂刷进口的封缝胶。混凝土表面处理→洁净混凝土表面→封缝胶泥封闭裂缝→涂刷环氧树脂胶液→养护
(4)粘贴钢板
在盖梁顺桥向两侧及顶面粘贴1cm厚的钢板，增大盖梁的抗拉刚度。
清理混凝土表面、用角磨机打磨粘贴部分混凝土表面、使其露出坚硬的混凝土结构层→放样→钻螺栓孔→植入固定钢板的螺栓→打磨粘合面的钢板化兰表面→安装固定加强钢板(调好压胶间隙) →用101胶泥封边→压入E2300胶→凝固、硬化→钢板防锈处理→外表面钢板缝隙用修补胶填平→涂装。对钢板外表进行防锈防腐处理。
(5)盖梁施加体外预应力
将帽梁两端面混凝土清除干净后，凿毛处理，完成粘贴钢板前的准备工作，安装钢板，并用环氧胶泥封边，采用改性环氧树脂胶粘剂进行灌注法进行粘贴钢板施工。
利用贝雷梁支架由下向上依次安装型钢扁担梁（按设计要求在专业厂家加工），并临时固定，作为体外索的固定端。每个墩顺桥向两侧各布设2束，体外索采用冷铸镦头锚、挤包护层纽绞型平形钢丝成品索。预应力张拉严格按照施工技术规范要求施工，钢束设计张拉控制力为1116MPa，采用分级(20%/级)、单端张拉，双控，按从下到上的顺序，张拉伸长量为120.2mm,同一帽梁的同一排钢束对称张拉。在分级张拉前后，密切关注原结构裂缝变化，并予以记录，没有异常情况时再进行下一级张拉施工。
2、盖梁卸载施工
盖梁卸载是本项目加固的最终目的，通过在新增横梁上安装自锁式千斤顶支顶原有盖梁悬臂减载，并共同承受荷载，实现体系转换；用自锁式千斤顶每侧四台支撑于新盖梁上，对原帽梁每侧悬壁支座施加700t支顶力，对原盖梁进行卸载；千斤顶采用分管式油泵，每个墩悬壁端4个支座均匀、对称、同时施加支顶力；达到彻底改善旧有盖梁悬壁的受力状态。
(1)新旧砼表面处理
新旧砼表面进行凿毛处理、植筋；施工严格按设计要求全断面凿毛，使粗骨料外露，形成粗造面；植筋采用进口植筋胶RE500，在浇筑砼前，在己凿毛砼表面涂刷一层界面胶，使新旧混凝土有效结合，完成新旧砼表面处理。
(2) 加强横梁及墩身加厚施工（图4）
新增横梁预应力钢束孔水平贯穿墩壁，每端孔长2.5m；按设计要求，根据加强横梁的位置，采用自制的水平钻机由墩内向外成孔， 然后进行加强横梁及墩身加厚施工，通过凿毛、植筋及界面胶实现新旧混凝土有效连接。待混凝土强度达到设计要求时，按常规做法张拉预应力筋。
(3)混凝土坍落度
混凝土的施工质量与水灰比有较大关系；本项目设计混凝土为钢钎维砼，设计坍落度为5cm，对于大面积的墩身加厚砼浇筑，要保证浇筑后砼的密实，施工难度大，现有的施工工艺基本不可能保证浇筑后砼的质量；只有调整坍落度，现有的施工工艺才能保证工程质量；通过每立方砼外加38kg膨胀剂，坍落度调整为10cm，其膨胀率为千分之2.5mm；优化了施工难度，保证了工程施工质量。
(4)原盖梁卸载
在每个悬臂下端，加强横梁上安装四台200吨自锁式千斤顶，安装在一边的千斤顶必须在同一条直线上，每个千斤顶和上下接触面必须严实。每端盖梁卸载700吨，一个盖梁共卸载1400吨，两端8台千斤顶同步进行，每个支顶力175吨。顶升分四级，按30%→60%→85%→100%顶到吨位并锁定，再后绑扎钢筋，立模浇注加强盖梁与原盖梁间混凝土，自锁式千斤顶作为永久结构，浇注在砼里。
五、结束语
通过加固后的检测，发现该桥发生病害的主墩受力状态得到很大改善，满足正常通车要求。上述工程的成功应用表明：施加体外预应力补充原有预应力不足或缺失，通过自锁式千斤顶反顶进行卸载，恢复结构原有的受力状态，是其中一种易行有效的方法，也给相关桥梁加固、维修和其他相关工程提供借鉴。
参考文献：
混凝土结构加固设计规范（GB 50367—2006）．
2、公路橋涵设计通用规范（JTJ021-89）．
3、公路砼及预应力砼桥涵设计规范（JTJ023-85）．北京：人民交通出版社
4、王国鼎，袁海庆，陈开利等编著．桥梁检测与加固．北京：人民交通出版社