設計說明
東莞市曲海大橋位於東莞市西四環路上，跨越東江的支流，為多跨預應力混凝土結構，全橋共29孔，跨徑組成為：19.3+12×20+70+110+70+12×20+19.
3m，全長768.6m。橫橋向按東西兩幅布置，每幅橋面寬16m，行人路4m。
主橋由兩個單箱雙室預應力混凝土t構及掛樑組成，t構懸臂長2×40m，兩端掛梁長30m，為30m預應力混凝土簡支t梁；引橋為多孔一聯，橋面連續的簡支結構，上部構造為20m預應力混凝土空心板；下部結構為柱式墩台、樁基礎。該橋概貌如圖1.1所示。
圖1.1 曲海大橋概貌
曲海大橋於2023年竣工並投入運營；2023年，東莞市城市管理局委託廣州大學路順道橋工程檢測中心對該橋進行了全面的檢測評估。檢測評估結果表明：曲海大橋除承載能力尚可外，其使用效能、耐久性均較差，技術等級評定為d級（不及格狀態），對於其危害到結構安全、耐久性能、正常使用狀況等方面的病害，需要進行維修加固，受東莞市城市管理局的委託，我公司擬對該橋進行維修加固設計，現將加固維修方案、實施要點、交通組織以及費用估等情況簡要彙總如下。
2.1 設計依據
1) 東莞市公路擴建工程指揮部《東莞市西四環公路橋涵竣工圖》；
2) 廣州大學《東莞市曲海大橋檢測評估報告》；
3) 《公路橋涵設計通用規範》（jtg d60-2004）；
4) 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》（jtj 023-85）；
5) 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》（jtg d62-2004）；
6) 《公路斜拉橋設計規範》（jtj 027-96）；
7) 《預應力筋用錨具、夾具和聯結器》（gb/t14370-2000）；
8) 《舊橋檢測、評估、加固技術的應用》；
9) 《廣東省城市橋梁檢查及檢測辦法》（試行）；
10) 《混凝土結構工程施工質量驗收規範》（gb50204-2001）；
11) 《鋼結構工程施工質量驗收規範》(gb50205-2001)；
12) 《公路橋涵施工技術規範》(jtj 041-2000)；
13) 《混凝土結構加固設計規範》（gb 50367-2006）；
14) 《混凝土結構後錨固技術規程》（jgj 145-2004）；
15) 東莞市曲海、蓬廟大橋加固初步設計專家評審意見。
2.2 技術標準
根據曲海大橋的原設計荷載標準、結構目前現狀及實際通行需求，本次加固設計的技術標準維持原荷載標準汽車-20級、掛車-100不變，主要作用是通過維修加固改善橋梁的受力狀態，提高橋梁的安全儲備與耐久性。
3.1 病害現狀
根據廣州大學《檢測評估報告》，曲海大橋目前存在的主要病害概括起來主要有：
1) 主橋各個t構箱梁的懸臂端部下撓較嚴重，且隨著時間的推移呈愈益嚴重之勢，與擬合曲線線型相比目前測量的最大下撓為17.31cm（圖3.1～3.
4），與擬合直線線型相比最大下撓約6cm，導致橋面線型不平順，嚴重的影響了行車的舒適性。
2) 主橋t構的腹板、頂板存在大量裂縫，但大多曾進行過修補，目前可以發現的裂縫數量不多，個別橋跨邊掛梁也出現裂縫（圖3.5～3.8），裂縫檢測情況如表3.1所示。
表3.1 主橋t構裂縫檢測情況
圖3.9 主橋裂縫位置及分布示意圖
3) 橋面系受損較嚴重，混凝土鋪裝層多處出現大面積的坑槽、混凝土剝落、露筋現象，橋面附屬設施諸如行人路、護欄等均出現不同程度相似病害；橋面的防水材料部分失效，致使雨水較容易滲透到橋面以下結構（圖3.10～3.13）。
4) 箱梁積水嚴重，積水的位置主要在懸臂根部附近，其中東南t構箱梁的西半室的積水甚至漫入東半室（圖3.14～3.15）。
5) 上部結構主梁多處存在混凝土剝落、露筋、蜂窩、麻麵的病害，嚴重的影響到結構的耐久性（圖3.16～3.27）。
6) 掛樑牛腿處的支座基本上都存在不同程度的剪下破壞（圖3.25～3.26）。
7) 部分伸縮縫變形、損害嚴重，喪失了其應有的功能（圖3.28～3.31）。
8) 個別橋墩柱出現龜裂裂縫，橋台區域性開裂、破損、滲水較嚴重（圖3.32～3.35）。
3.2 病害原因分析
根據對曲海大橋的現場實際調查情況及計算分析，可得出如下的分析評價：
1) 該橋最主要的病害為各t構懸臂端下撓嚴重，該病害不僅削弱了結構的受力效能、耐久性，而且也影響了行車的舒適性；這一情況主要是由於該橋施工質量較差、預應力損失過大引起的，此外t構其它病害如梁體開裂等也削弱了主梁的剛度，經過長期的超載使用，導致各懸臂端部下撓加劇。
2) 該橋箱梁內頂板、腹板均存在的大量裂縫，根據裂縫形態及寬度大小分析，頂板裂縫為區域性彎曲裂縫，腹板裂縫為剪下裂縫，經過詳細的驗算分析，並與腹板目前存在的裂縫分布形態比較，可以判定該橋t構抗剪強度以及主拉應力不能滿足實際通行荷載或「汽車-20級；掛車-100」荷載等級的要求。
3) 縱觀全橋病害發現，橋梁的各個部位均出現滲水、積水現象，這是由於長期的重負荷致使全橋橋面系損壞、破損嚴重，並導致橋面鋪裝防水層混凝土開裂，進而使得雨水滲透到主梁及下部結構而引起諸多次生病害，橋面的排水設施缺損、失效也是產生滲水、積水現象的原因之一。
4) 其他病害如橋面系、上、下部結構結構缺陷，包括混凝土剝落、露筋、麻麵以及橋台、蓋梁、支座等病害主要是由施工質量較差引起，為改善橋梁的受力狀態，提高橋梁的安全儲備與耐久性，這部分病害須作相應的維修處理。
5) 該橋為上世紀九十年代設計施工的預應力混凝土t構橋，運營時間較長，特別是該段時間為東莞經濟高速發展的階段，經現場調查發現，過往該橋路段的車流量逐年遞增，包括貨車、重車等的佔總通行車輛數量的比例較高。而橋面通行的荷載實際上已大於該橋當時的設計荷載「汽車-20級；掛車-100」，因此，日益增長的交通量和頻繁的超載超重負荷，是橋梁產生各種病害的主要原因之一。
從總體情況來看，曲海大橋目前狀態較差，部分病害已經危及到結構正常安全運營，為保證橋梁營運的安全、舒適，須盡快對各處病害作相應的加固維修處理。
採用sap2000通用有限元分析軟體對曲海大橋建立空間結構分析模型（圖4.1），對圖4.2主橋t構兩個截面——即懸臂根部截面（a-a截面）和7#、8#節段的交界截面（b-b截面）進行驗算，按照現行新規範並按全預應力受彎構件分別對加固前和維修加固後兩個階段進行了的承載能力驗算及抗裂驗算。
其中，加固前結構分析驗算在採用設計規範（舊規範jtj 023-85）對原設計承載能力驗算進行了複核；加固後結構分析驗算基於主橋t構採取的以下4項加固維修措施後的結構構造進行計算，所採取的4項主要維修加固措施可以概括為：
1) 清理主橋t構箱梁箱體內的積水、橋面及箱體內剝落破碎的混凝土碎塊。
2) 在t構箱梁根部3/4範圍內及在懸臂端牛腿部位的腹板內表面貼上抗剪補強鋼板，箱梁根部範圍鋼板厚10mm、寬30cm，間距50cm；牛腿部位鋼板厚10mm、寬20cm，間距20cm；粘帖的鋼板均與水平面呈45°角。
3) 在t構箱梁內新增錨固橫樑、設定並張拉縱向體外預應力束，每個t構箱梁內共設定8束12φs15.24的預應力鋼絞線成品索。
4) 對t構懸臂的下撓梁段採用加厚橋面鋪裝層找平設計橋面線型。
圖4.1 東莞市曲海大橋主橋有限元模型
圖4.2 東莞市曲海大橋t構驗算截面示意圖(單位:cm)
4.1 加固前承載能力驗算及抗裂驗算
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