升级改造目标：
（1）桥面局部刚度大幅度提高；
（2）加固后钢桥面原有裂纹被抑制；
（3）UHPC层与主构造同寿命；
（4）磨耗层寿命显著延长。
工程背景概况
宜昌长江公路大桥是沪渝高速公路（G50）在湖北省宜昌市境内超过长江的一座特大型桥梁，大桥为双塔单跨悬索桥（图1），跨径960m，两主缆中央间距为24.4m。于2001年9月建成通车，至今已运营20年。
图1 宜昌长江公路大桥
大桥加劲梁采取扁平流线形钢箱梁（图2），桥面全宽30.0m，中央梁高3m。桥面为正交异性钢桥面板，顶板厚12mm；行车道区桥面板采取U型加劲肋，U肋厚6mm、中央间距590mm；钢箱梁横隔板间距4.02m，无吊索横隔板厚10mm，有吊索横隔板厚12mm，每两道横隔板梁之间设有一道高450mm，板厚16mm的横向加劲肋。原沥青铺装为7cm厚双层SMA。
图2 宜昌长江公路大桥原设计标准横断面及桥面铺装图
由于重载交通量大，2009年起，宜昌长江公路大桥的钢桥面系陆续涌现了两类病害问题。一方面，钢桥面沥青铺装涌现了开裂、拥包、车辙、剥离等破损征象，导致行车安全性和舒适性降落。2010年，宜昌长江公路大桥的钢桥面沥青铺装进行了翻修，翻修后的铺装方案经由约10年的运营，再次涌现了病害问题。
另一方面，正交异性钢桥面板于2014年创造疲倦开裂征象，根据第三方2016年检测结果，大桥整体状况较好，但钢桥面疲倦裂纹发展迅速，导致钢箱梁评分最低，亟需进行裂痕病害处治。钢桥面疲倦裂纹紧张集中在以下位置：横隔板（横肋）顶部过焊孔周边开裂、U肋与钢面板纵向焊缝开裂、横隔板弧形开口处开裂、横隔板与钢面板横向焊缝开裂。
钢桥面疲倦裂纹免修复UHPC加固新技能
按国际上钢桥案例履历，运营20年的钢桥面将涌现疲倦裂纹高发期。鉴于钢桥面大量裂纹难以完备修复，且修复后短期内复裂的风险大，在军山长江大桥2018年成功运用“钢桥面疲倦裂纹免修复UHPC加固新技能” （如图3）之后，经湖北省交通运输厅批准，宜昌大桥再次采取该技能对钢桥面进行全面升级改造，以期根本性改变已开裂钢桥面板的受力状态，并同步延长磨耗层的寿命。
图3 钢桥面疲倦裂纹免修复UHPC加固方案
大跨径桥梁钢桥面加固，需考虑自重及加固效果两方面。经由对表1~表3的比较，终极的加固方案采取55mmUHPC+10mmTPO（Thin Polymer Overlay，薄层聚合物罩面）。表中计算结果表明，在确保自重安全的条件下，8个疲倦细节（图4）加固后疲倦应力由加固前的55.28~286.81MPa，降至加固后的12.01~50.34MPa。
图4 疲倦细节位置
如表4可知，一旦钢面板涌现纵向裂痕，UHPC底面的横向拉应力将陡然增加，如图5的试验表明，如果不设钢板条，UHPC底面的横向抗拉强度将难以知足哀求。
图5 UHPC底有无钢板条对应力-裂痕宽度关系的影响
TPO是一种以改性环氧树脂为胶结剂，以坚硬耐磨玄武岩为集料的高性能超薄铺面构造。TPO厚度薄，不仅有效减轻了铺装自重，同时具有高抗剪强度和抗拉拔强度，如表5、6，能够供应长久的抗滑能力，服役寿命估量可达20年。
实桥施工
宜昌大桥维修加固工程于2021年8月5日开始，12月4日结束并开放交通。分两次分别浇筑上、下贱幅桥面，在开始浇筑UHPC至蒸养结束的时段内封闭全桥交通（约7天），其他工序时保持半幅桥面交通的正常通畅。桥面的工艺如下所示（图6）。UHPC从跨中往两端对称浇筑，首次实现了约20小时单次浇筑10250平米的高效施工新记录。
图6 宜昌大桥加固工程施工工序
TPO施工前，先对UHPC表面抛丸糙化处理，随后分两次摊铺胶结剂和集料（图7），即首先在UHPC层上刷涂第一层树脂，撒布第一层集料，然后重复进行第二层树脂和集料的铺筑。TPO施工工艺严格掌握，平整度良好，担保了TPO首次用作UHPC上罩面层的成功。
图7 TPO层施工
实桥监测
为了监测实桥运用的效果，在大桥钢桥面加固施工的不同阶段，分别对大桥在原沥青铺装、无铺装（原沥青铺装革除）、UHPC落成后，三种桥面状态下进行试验。如图8所示，加载车辆采取施工现场常见的后八轮装载车（后轴重36t），加载区域纵向超过4个横隔板（横肋），横向包括5个U肋，三次荷载试验担保加载车重、加载工况、测点支配均相同。
图8 实桥监测试验
三次荷载试验应变数据采集完毕后，得到了各测点在三种不同桥面状态下的应力测试结果。实桥监测结果表明，比较于原铺装或无铺装桥面，钢-UHPC轻型组合桥面构造状态下的钢桥面应力显著降落。个中组合桥面与无铺装桥面比较：各疲倦细节应力降幅在28%~89之间，个中面板-U肋纵向焊缝部位应力降幅达89%，顶部过焊孔-U肋应力降幅达59%，横隔板弧形切口应力降幅达28% （图9）。因此，由于大幅提高了钢桥面的局部刚度，钢-UHPC轻型组合桥面构造显著降落了钢桥面各种疲倦细节的应力，既能有效抑制钢桥面现有疲倦裂纹的扩展，还能防止新疲倦裂纹的萌生，从根源上降落了钢桥面的疲倦病害风险。
图9 桥面系紧张疲倦开裂细节不同桥面状态下范例测点应力
交工验收
12月21日，培植单位宜昌长江大桥培植营运集团有限公司在湖北宜昌组织召开了宜昌长江公路大桥钢箱梁维修加固工程验收会（图10），约请了多位专家和有关单位代表参加。验收委员会听取了干系单位的事情申报请示，查看了工程现场，查阅了验收文件和内业资料，审议了监理单位的质量评定见地，经谈论后同等赞许宜昌长江公路大桥钢箱梁维修加固工程通过验收。
图10 工程验收会议（左）及多位专家赴实桥现场参不雅观（右）
结语
我国大跨径钢桥的规模化培植始于上世纪90年代，经由长年运营，陆续步入了钢桥面疲倦开裂病害的高发期，而钢桥面一旦涌现疲倦开裂问题，每每具有暗藏性、多发性、反复性等繁芜特点，给钢桥面的检测和加固带来困难。本项目采取的带钢板条UHPC+TPO方案能够在不明显增加自重的条件下，从根源上扼制钢桥面裂纹开裂病害的恶化，大幅延长大跨径钢桥的利用寿命。军山大桥长期监测表明，原钢桥面裂纹不再发展。新技能为我国早期建筑的大跨径钢桥桥面加固改造供应了新思路。
本项目紧张参与单位：
主管：湖北省交通运输厅
业主：宜昌长江大桥培植营运集团有限公司
设计：湖北省交通方案设计院株式会社
施工：中铁大桥局集团有限公司
科研：湖南大学
检测：葛洲坝集团试验检测有限公司
作者 / 邵旭东 曹君辉 王洋 杨碧川 李嘉
作者单位 / 湖南大学
