由于设计及施工的原因，加上车辆荷载超限、材料自然老化、环境侵蚀等因素的影响，随着运营年限的增加，空心板梁桥在服役期内逐渐出现铰缝损伤、梁体裂缝、钢筋锈蚀等病害，造成结构性损伤。这些病害逐渐显现并不断累积，削弱了结构的承载能力，导致大批空心板梁桥成为交通运输安全的隐患。
1空心板桥常见病害与病害因素分析
空心板桥病害主要分为铰缝病害、板底裂缝、其他病害三大类， 以下就空心板桥的这三类病害及其成因机理进行简单的分析阐述。
1.1空心板桥铰缝病害
空心板的铰缝病害为空心板运营使用过程中最典型亦是最易产生的病害之一。早期修建的装配式混凝土空心板梁桥大多采用的是“小企口”铰缝，横向梁板间采用浅铰缝链接也是空心板梁桥的病害产生的主要原因，在车辆荷载的长期冲击作用下，此种连接方式将逐渐在铰缝部位产生沿桥梁纵向的纵向裂缝，形成开裂，耐久性较差。铰缝的主要病害有：
（1）铰缝直接病害
铰缝为隐蔽工程，很难直观看出是否存在开裂病害。铰缝开裂一般先会表现为铰缝的渗水，渗水中的腐蚀性盐液渗入铰缝中将引起铰缝内混凝土的破坏及钢筋的锈蚀，最终导致铰缝混凝土剥落、松散、脱空，甚至引起铰缝内结构钢筋断裂，形成结构安全隐患。铰缝直接病害如图1.1～1.4所示：
图1.1 铰缝渗水
图1.2 铰缝混凝土脱落
图1.3 铰缝开裂、板底白化
图1.4 铰缝砼脱空、钢筋外露
（2）铰缝开裂引起的桥面铺装层裂缝、坑槽及坍塌
铺装层间混凝土结合面粘结能力较差，抗剪性能弱。因此，铰缝混凝土开裂不仅能引起桥面铺装层沿着铰缝纵向开裂（图1.5），亦能造成桥面铺装层横向裂缝（图1.6）。铰缝的病害进一步发展，铰缝上方的桥面铺装层裂缝会发展引起坍塌甚至坑槽（图1.7）。甚至能引发次生病害，如桥面积水通过桥面裂缝渗漏入板内，造成锈蚀。
图1.5 桥面沿铰缝纵向裂缝
图1.6 桥面沿铰缝塌陷
图1.7 桥面坑槽
图1.8 桥面横向裂缝
1.2空心板桥板底裂缝
（1）板底纵向裂缝
与普通的钢筋混凝土空心板梁桥相比，空心板桥底板的纵向裂缝（如图 1.9）一般多出现于预应力混凝土空心板，其特点是具有普遍性且数量较多。纵向裂缝在桥梁服役运营期间随时间增多、增长，并加宽。
图1.9 空心板桥底板裂缝
大量理论与工程研究表明，底板纵向裂缝出现的一般特点有：
①若在底板出现较严重的贯穿裂缝，一般是沿着底板预应力筋方向通贯整个主梁底板，且周围一般伴随析白、渗水、锈迹现象；
②若在底板未出现贯穿裂缝，而是不连续纵缝，则主要集中出现在跨中位置，呈现局部多，集中性高的特点；
③底板主筋锈蚀也是底板纵缝产生的原因之一，主筋锈蚀导致抗剪、抗拉效应不足，引起底板拉应力过大而形成开裂。
研究表明，预应力空心板梁桥底板纵向裂缝产生的原因如图1.10所示：
图1.10 预应力空心板梁桥板底纵向裂缝成因
（2）板底横向裂缝
板底横向裂缝主要出现在在普通空心板梁桥中，但预应力空心板梁桥也有出现。横向裂缝一般特点有：
①集中出现于底板跨中位置，并由跨中沿纵桥向两侧发展；
②裂缝宽度较小，一般不大于 0.2mm；
③横缝一般出现在板底，即使边板、底板出现横缝，也极少发展至腹板，且宽度较小。
1.11 空心板板底横缝
普通钢筋混凝土空心板板底横向裂缝产生的直接原因是强度不足。由温度、 施工等原因引起的混凝土开裂造成主梁带缝工作，超过承载能力则裂缝 发展，影响结构安全。
而预应力钢筋混凝土空心板板底的横向裂缝产生原因一般有以下两点：
① 空心板铰缝发生病害
空心板铰缝发生病害会削弱梁板间的横向联系，降低空心板的整体性和横向刚度，增大荷载作用下各板的横向分布系数。一旦铰缝发生失效破坏引起单板受力，主梁各板的承载力严重不足，抗弯能力大大下降，板底出现开裂，形成横缝。因此铰缝破坏是板底横缝产生的一大诱因。
②预应力筋施工工艺问题
（a）失效段布置
预应力空心板多采用先张法施工，需在空心板两端设置部分预应力筋失效段。若由于人为原因在施工时使失效段过长则极易造成该段预应力不足而引起两端混凝土开裂。或设置过多失效段钢束于同一平面，造成该平面预应力突然下降过大，也可能造成梁端 1～2m 范围内出现横向裂缝。
（b）放张顺序及工艺
放张过程中，钢绞线回缩对砼产生压应力，底板砼被压缩，使梁体起拱。若放张是采用短束先放的顺序，未放松的预应力束对梁体有约阻力，导致应力重分布而在预应力束较少的断面产生横向裂缝；放张时，因钢绞线瞬间解除约束向梁体方向回缩而形成冲击力，造成梁体内钢绞线预应力损失，此时，横向裂缝易出现在预应力损失最大的梁端部断面。
（c）底模平整度限制
放张时，梁体应在预应力筋作用下起拱。但为使支座处于水平受力状态，板端部底面2%的斜面必需配以混凝土楔形块，又出于底模平整度考量，底模两端各有台阶。起拱时楔形块及台阶共同作用阻碍了梁体的回缩，产生拉应力而形成横向裂缝。
1.3空心板桥铰缝病害
钢筋混凝土空心板结构由于设计考虑不周、施工控制不严、养护管理不到位以及混凝土本身等原因，在服役过程中形成的病害同样会降低结构的承载能力，影响其安全使用性能。除去铰缝病害及板底裂缝，常见的典型病害如图1.12所示：
图1.12 空心板梁桥其他典型病害
2传统加固方法简介
对桥梁结构进行加固可以分对其表层、上部和下部结构三部分进行加固，通常在工程实际中一般采用上部结构加固的方法，下面对几种比较常见的桥梁上部结构加固法进行介绍。
2.1增大截面法
增大截面法是工程中众多加固方法中常用且有效的加固方法，该法顾名思义就是增大混凝土的截面以及受力钢筋面积，与桥梁原有结构形成整体，增大了结构的有效高度和受力面积，来增大整体刚度和承载力，适用于梁（板）及拱桥拱肋的加固，结构的抗弯能力或抗剪能力不足、构件的刚度不够，或者原构件钢筋外漏、混凝土破碎，需要对其加固修补，在结构的一侧、两侧或者周围进行外围加固，施工简便，加固效果明显，在工程实际应用中比较广泛。
增大截面法进行加固，由于不同情况下有不同的加固目的及要求，有时需要以增大结构的截面为主进行加固，有时是以增加受力钢筋为主或者二者皆有进行加固，对于桥梁抗拉能力不够的情况时，增大截面法加固主要是在结构的受拉区等布置受力钢筋，再在外部喷涂混凝土等，增大结构的抗弯截面以此来提高其承载能力；对于桥梁的刚度等承载力不足时，增大截面法可通过增加钢筋混凝土来增大桥梁结构的受压区，从而提高其承载力。
2.2黏贴碳纤维加固法
将纤维粘贴于混凝土结构受拉表面，与原结构形成新的受力整体共同承受荷载，可增大结构的强度及抗裂等能力，降低钢筋应力。该方法可用于不同受力状态的钢筋混凝土结构（抗弯、抗剪、抗压等）、不同材料属性或不同构件部位的加固，广泛适用于多种桥梁结构的加固补强。黏贴碳纤维的加固方法工艺简单，碳纤维抗拉强度高；抗腐蚀性好，保护钢筋；重量轻；抗疲劳性好；热膨胀系数低；对结构外形适应性好；碳纤维也可以对裂缝发展有所限制，提高构件抗裂性；施工方便。
应用碳纤维加固较其他复合纤维材料具有其较好的优点，抗拉强度比较高，其应力-应变关系成弹性关系，故此可用于结构抗裂性加固。碳纤维加固时要求其厚度要小于2mm，宽度小于200mm，纤维含量至少为60%体积，并在每层纤维外侧用压条压住进行固定。
图2.1 黏贴复合纤维示意图
2.3黏贴钢板加固法
将钢板锚固粘贴到结构上或者通过高承载力铆钉将钢板固定到结构上，以钢板代替增设补强钢筋，使其成为一个整体来受力和变形，提高结构的承载力，改善结构的工作性能。该方法适用于一般受力类型（受弯、受拉或受压）的钢筋混凝土结构，不损坏原结构，施工简单、工期短、易于控制、对体内钢筋保护、经济等。
粘结钢板的厚度的主要影响因素为待加固的混凝土强度、钢板锚固长度及施工要求。在粘结固定钢板时，采用条状带进行粘贴，钢板的宽厚比小于50，钢板受拉阶段时其位置离充分利用截面的距离大于粘贴延伸长度。
2.4桥面补强层加固法
在桥面上加铺一层钢筋混凝土层，使其与原结构形成一个整体，从而通过增加截面来提高结构的承载力。这种方法适用于桥梁结构主梁或桥面板承载力不够或者刚度不够等情况，但此法受到补强层的厚度所限，主要适用于中小跨径桥梁。
2.5改变结构体系加固法
通过对旧桥增设附属构件或技术改造来改变结构的受力体系来提高其承载力，常见的有将简支梁桥变位连续梁等，减小跨中截面弯矩，提高结构安全储备，该法适用于一般简支梁体系的结构承载力不足，需变简支体系为连续梁体系等情况。
图2.2 简支变连续构造示意图
结构由简支变为连续，在支点处有负弯矩，单支座比双支座的湿接缝处剪力会比较大，支点处负弯矩较大，可以更好地改善结构受力情况。
2.6体外预应力加固法
在混凝土体外设置预应力筋，通过对其施加预应力使结构得到加固。以梁为锚固体，通过张拉钢筋改善结构受力，改变分布形式，原结构的应力减小，钢筋数量的增加使得梁的承载力得到提高，变形减小，裂缝变小，从而改善其耐久性。该方法主要用于梁式桥，适用于裂缝超过规范规定、受弯或受剪承载力不足的情况，大幅度提升桥梁承载力，对原结构损伤较小，便于施工、投资少。
在国内外桥梁加固的方法当中，我们通常对上部结构进行加固处理的情况比较多，效果也比较好，工程中的应用也很广泛，总结提高桥梁结构上部承载能力的常用方式主要有以下几种，针对其适用范围、加固的原理以及其优缺点进行比较，如表 2.1所示：
表2.1 几种常用加固方法理论及应用比较
由上表可知，各个加固方法均有优缺点，在实际的工程中需要有针对性的进行优化分析以获得性价比较高的加固方案。例如体外预应力加固方法只适用于梁式桥，对锚具及夹片的要求较高；增大截面法需要中断交通，且养护时间长，不适合于交通量大的干道桥梁加固；钢板加固一般只适用于一般受力类型的钢筋混凝土结构，且易受锈蚀，耐久性不好；改变结构体系法只适用于一般简支体系梁桥，对地基的要求较高；增加辅助构件的加固方法对下部结构的承载力和安全性要求较高；黏贴碳纤维加固方法的耐久性效果不佳，需要考虑其脆性特点。
为解决以上加固方法中存在的耐久性差、养护时间长、中断交通、施工环境条件要求严格等不足，西南交通大学土木学院经过长期的理论研究、性能试验、实际工程项目验证，推出了HTRCS快速加固方法。该加固工艺采用由西南交通大学土木学院自主研发的新型高强度复合材料，并使用独特的加固施工流程。不仅在结构的刚度、强度、耐久性等方面都有较大的提高，且具有加固过程中不需要中断交通、养护时间短、对原有结构无影响等特点，并适用于梁桥、拱桥等各型结构形式的桥梁加固。
3自主研发HTRCS快速加固
HTRCS快速加固是一种新型的加固工艺，该加固工艺已经过大量的实验室试验数据验证，并在多个实际工程中进行了应用。该加固工艺具有施工方便、对结构承载能力和结构刚度提高明显、后期管养费用低等优点。
3.1HTRCS快速加固施工程序
HTRCS快速加固施工程序如下：
（1）先将梁板底部空洞、破损、松散的混凝土凿除，再用钢丝刷刷除表面松散的混凝土。
（2）梁板底面采用磨光机打磨，清除表面的杂质，确保梁板无油污杂质等。对梁板底部全部凿毛，凿毛采用人工，不能使用大型机具，凿毛深度约5㎜左右，凿毛完成后采用毛巾擦干净表面的灰尘。
（3）模板安装，在梁底置入膨胀螺栓，形成模板支护框架。
（4）布设钢丝网片，设置相应定位垫块保证钢丝网片在模板中的位置。
（5）封闭模板，模板间接缝处采用宽胶带封闭，以免施工时HTRCS材料流出，在模版上预留排气孔。
（6）施工时在梁体底面设置灌注口，灌注口按1~2米间距进行设置。
（7）灌注超强高韧性HTRCS混凝土（底板及单点病害应一次成型）。
（8）固化后拆除模板，一般在浇注后24~48小时后。
（9）梁体及HTRCS表面涂装。
（10）拆除施工挂架。
图3.1 HTRCS施工示意图
3.2HTRCS工艺技术特点
（1）低交通影响。采用HTRCS加固方法在施工过程中，实现了不间断交通施工，有效保证了成绵复线高速公路的有效通行。
（2）施工工艺过程简便，适用性强，周期短。施工快速、简单、方便，不需使用大型机具，针对梁底凹凸不平等有很好的适应性，复合材料与既有结构的自粘结效果好，材料硬化时间短，能快速形成承载力。
（3）对环境影响小。施工过程中无噪音、无污水、粉尘等，对环境影响小。
（4）增强原结构耐久性。HTRCS对既有结构的病害（空洞、裂缝等）进行了良好的填充防护，对结构表面进行了有效的封闭，增强了原结构的耐久性。HTRCS复合材料本身具有优良的耐候性能。
（5）加固可靠性高。材料耐久性试验表明，HTRCS复合材料使用年限超过80年；对于实际加固工程而言，在使用荷载及环境条件不变的前提下，加固层结构使用年限同比材料。
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