公路連續(xù)箱梁橋病害與加固技術(shù)

郭詠輝

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510430)

1 工程概述

該橋位于廣州市，雙向四車道，在后期建成的內(nèi)環(huán)路中間，為20跨一聯(lián)的普通鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，全橋長400 m，跨徑組合為16 m+3×20 m+24 m+10×20 m+24 m+3×20 m+16 m=400 m。墩臺軸號分別為加 1#(橋臺)，加 2#，加 3#，2#～16#，加 4#，加 5#，加 6#(橋臺)，其中最中間的5個橋墩(7#～11#)與主梁固結(jié)，其余橋墩均為活動支座。橋梁原設(shè)計荷載為汽車－20和掛車－100，竣工日期為1994年3月。橋臺采用4根直徑1.2 m的樁，樁底嵌入微風(fēng)化泥巖，該持力層天然抗壓強度為8 MPa，兩端橋臺樁長分別為14.4 m和15.1 m。全橋上部結(jié)構(gòu)采用大懸臂的單箱單室箱形斷面，梁高1.25 m(不包括鋪裝)，橋?qū)?6.00 m，橋梁橫斷面布置如圖1所示。上部箱梁沿縱向每4 m設(shè)置一道橫隔板，橫隔板由箱梁內(nèi)橫隔板以及腹板外側(cè)懸挑橫隔板組成，橫隔板厚度0.3 m，設(shè)置橫隔板處的橫斷面布置如圖2所示。

圖1 橫斷面(單位:cm)

2 橋梁病害原因分析

2.1 病害描述

1)上部結(jié)構(gòu)病害

箱梁的底板、腹板、翼板和每個橋墩處腹板外橫隔板均存在裂縫，其中開裂嚴重的橋跨為加1#～加2#軸跨(16 m 跨)、3#～4#軸跨(24 m 跨)、14#～15#軸跨(24 m跨)和加5#～加6#軸跨(16 m跨)，即橋梁的24 m跨和16 m邊跨。

圖2 橫斷面(橫隔板處)(單位:cm)

主梁腹板裂縫主要出現(xiàn)在橋跨的L/4至3L/4處(L為跨徑)梁段，裂縫為豎直分布，呈下寬上窄形式，支點附近裂縫較少，寬度最大的裂縫位于3#～4#軸跨(24 m跨)主梁腹板，裂縫寬度為0.35 mm。

主梁底板和翼板裂縫數(shù)量較少，縫寬也較小，各橋跨出現(xiàn)裂縫的截面位置、裂縫分布規(guī)律、裂縫寬度等大體相同。

2)下部結(jié)構(gòu)病害

橋墩橫梁開裂，橋臺前墻開裂，橋臺受壓劈裂。全部橋墩的橫梁自上而下開裂，半貫通橋墩，裂縫上寬下窄。橋墩最大裂縫寬0.5 mm，遠遠超過了規(guī)范限值。

3)橋面系病害

①橋面鋪裝損壞、開裂。該病害為橋梁橋面鋪裝的普遍現(xiàn)象。②伸縮縫橡膠老化，車輛在伸縮縫行駛時產(chǎn)生較大噪音，伴有跳車現(xiàn)象。③落水管缺失，橋面排水系統(tǒng)無排水管引導(dǎo)落下。

4)靜動荷載試驗

對本橋加1#～加 2#跨、2#～3#跨及 3#～4#跨的靜載試驗結(jié)論如下:該橋的靜力工作性能較差，承載能力不足，不能滿足汽－20和掛－100設(shè)計荷載等級的要求。動載試驗結(jié)果表明:該橋剛度偏小，振動響應(yīng)較大，行車性能較差。

2.2 病害分析

采用橋梁博士對全橋20跨連續(xù)梁橋進行整體驗算。結(jié)構(gòu)計算分析以現(xiàn)場實際以及設(shè)計圖紙所示跨度、跨數(shù)、斷面尺寸及支承形式為基礎(chǔ)，對橋梁分別按照橋梁設(shè)計時的舊規(guī)范和現(xiàn)行的新規(guī)范分別進行驗算。并采用Midas板單元模型分別對24 m橋跨箱梁進行了驗算，采用 Midas實體模型對橋墩進行分析。通過以上驗算及病害成因分析，并結(jié)合動靜力荷載試驗的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論:①橋梁上部梁體正截面抗彎強度支點(各跨)、L/4(L表示跨徑)斷面(各跨)、L/2斷面(24 m跨)不足，各跨支點處和距支點4 m處抗剪截面尺寸不足，需要對其進行加寬，以提高梁體的承載能力及剛度。②箱梁頂板縱橫向正彎矩承載能力不足，需要對其進行加固補強。③橋墩橫梁頂部拉應(yīng)力過大，橫梁頂鋼筋偏少，抗力不足，需對其進行補強。

對于本橋所出現(xiàn)的病害，究其原因，有以下兩個方面:以前設(shè)計很少關(guān)心截面抗剪，缺少對使用狀態(tài)撓度和裂縫的驗算控制;由于當(dāng)時空間計算軟件應(yīng)用不普遍，對寬橋結(jié)構(gòu)橫向受力的不均勻性缺少必要的計算手段，另外隨著大車重車和車流量大幅度增加，加劇了這種缺陷發(fā)生。

3 加固設(shè)計方案

本橋加固維修時，遵循如下的原則:①不改變原橋縱橫向坡度;②加固后橋梁正截面、斜截面承載能力滿足《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2004)公路－II級荷載要求。③加固后增加的恒載為:新增厚度不超過6 cm，防撞護欄頂增加鋼欄桿后增加荷載不大于0.5 kN/m。

根據(jù)對該橋的計算分析及加固原則，本次加固方案主要為以下幾方面。

3.1 箱梁腹板加固

由于腹板抗剪截面尺寸不夠，對全橋腹板增加厚度以加大抗剪截面尺寸。新增腹板外邊線與橋梁原外邊線平行，新增腹板為斜腹板，等厚度為35 cm。為保證新增腹板與原橋主梁連接較好，采取以下構(gòu)造措施:①在原腹板外緣植筋、鑿毛并加混凝土界面劑，增強連接;②在兩橫隔板之間新增腹板位置，每隔90 cm間斷鑿除原箱梁翼板40 cm×40 cm，使該處新增腹板箍筋箍住翼板頂鋼筋，從橋面澆筑及振搗混凝土;③在翼板與腹板交接處預(yù)埋φ20 mm的注漿小導(dǎo)管，待混凝土澆筑7 d并達到設(shè)計強度后，進行二次壓漿，注漿壓力為1～2 MPa，消除新舊界面之間由于混凝土收縮引起的結(jié)構(gòu)斷面不密實，以保證新舊混凝土的良好連接。

3.2 箱梁梁底加固

為了增強橋跨結(jié)構(gòu)中間段的正截面抗彎承載力，擬在橋跨整跨箱梁底(包括新增腹板)間隔粘貼鋼板，鋼板每片寬度50 cm，板間凈距為60 cm，鋼板厚度為6 mm，在鋼板的端部采取橫向的鋼板壓條。

對經(jīng)過加固后的梁體按公路 II級荷載等級進行驗算，抗剪截面驗算根據(jù)《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》(JTG/T J22—2008)5.2.7，增大腹板厚度后，24 m 跨支點處抗剪截面尺寸滿足要求;其他截面抗剪截面與24 m跨支點截面相同，而剪力值比24 m跨的剪力小，故均能滿足抗剪截面要求。對經(jīng)過加固后的梁體的抗彎極限承載力按公路II級荷載等級進行驗算，結(jié)果見表1。

表1 截面抗彎強度匯總

由上表計算結(jié)果得出結(jié)論，該加固方法能有效提高正截面抗彎承載能力并使抗剪截面尺寸滿足規(guī)范要求，加固后橋梁能滿足公路II級荷載要求。

3.3 橋面板加厚

箱梁頂板的縱橫向正截面強度不滿足設(shè)計要求，需對其進行加固補強。采取在板頂加厚頂板厚度措施達到提高頂板及全梁整體承載能力的目的。

本加固設(shè)計為將原橋面的6 cm厚的鋼纖維混凝土橋面鑿除，新鋪10 cm厚的C40混凝土橋面，以與原箱梁頂板形成組合截面，達到加大截面的高度，上面再鋪2 cm厚的超薄磨耗層。超薄磨耗層中改性瀝青的含量在63%以上，在45℃ ～50℃溫度下，黏結(jié)力達0.8 MPa。0.6 mm方孔篩通過率100%;0.075 mm方孔篩通過率75%～100%。

鑿除橋面鋪裝層時，要求將原橋面鋪裝層完全鑿除至露出橋面板混凝土新鮮骨料并清洗干凈，表面要求毛面，鑿毛深度需＞1cm，并在橋面植剪力鋼筋，在墩頂布加強鋼筋。并在加鋪前，涂混凝土截面劑。

3.4 橋墩加固

針對Y形橋墩橫梁頂端水平筋不足，本設(shè)計采用對Y型橋墩橫梁上分叉處鉆孔，植高強精軋螺紋鋼筋，張拉預(yù)應(yīng)力，在橫梁上外包混凝土。鋼筋采用JL32高強精軋螺紋鋼筋，張拉控制應(yīng)力 σcon=0.80 fpk，fpk是鋼筋的設(shè)計強度，取744 MPa，計算得每根鋼筋張拉力595 kN，一端張拉，張拉延伸量為15 mm，以張拉力與延伸量雙控制，以張拉力控制為主，誤差控制在+6%。布置如圖3所示。

加固范圍:所有非墩梁固結(jié)橋墩。鉆孔時先采用小直徑鉆頭探孔，確定無主筋后，換大直徑鉆頭成孔。

加固順序為:橋墩封閉裂縫→鉆孔植入高強精軋螺紋鋼筋→橫梁頂植筋，配普通鋼筋，外包混凝土→張拉預(yù)應(yīng)力→灌漿→封錨。

3.5 防撞墻上加護欄

防撞墻高度僅74 cm不滿足現(xiàn)行的交通設(shè)施規(guī)范，本設(shè)計為在防撞墻頂加設(shè)鋼護欄到總高度達到100 cm，可避免將舊的防撞墻拆除。在原防撞墻頂面打膨脹螺栓，設(shè)置法蘭盤，法蘭盤上焊接支架，鋼護欄與支架焊接。

3.6 灌漿封閉裂縫

圖3 橋墩拉桿布置(立面)(單位:cm)

箱梁的底板、腹板、翼板和橫隔板存在的裂縫以及在橋墩、橋臺等結(jié)構(gòu)存在的裂縫，當(dāng)寬度＞0.15 mm時采用壓漿補縫措施，當(dāng)寬度＜0.15 mm時采用表面裂縫封閉處理，封閉裂縫后才進行加固。灌縫前先用鋼絲刷清除縫口表面涂料、浮渣并打毛，然后用壓縮空氣吹盡縫口浮塵。用工業(yè)丙酮清洗縫口后，刷上一層裂縫密封膠進行裂縫封閉，厚度不小于2 mm。

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代交通的發(fā)展，橋梁在交通中的地位越來越重要，為了確保建成的橋梁保持良好的運營狀態(tài)和正常的使用功能，當(dāng)務(wù)之急是及時發(fā)現(xiàn)早期病害，采取有效的維修養(yǎng)護措施，以控制病害發(fā)展或把病害清除。對于不同結(jié)構(gòu)的橋梁，根據(jù)其病害形式，同時要充分考慮加固方法的可行性，從而采用有效的維修及加固方法。

［1］姚玲森.橋梁工程［J］.北京:人民交通出版社，1993.

［2］中華人民共和國交通部.JTG 041—2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］王茜茜.預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋加固效果試驗評定研究［J］.鐵道建筑，2010(7):18-20.

［4］李永河.高平大橋V型墩連續(xù)梁原位荷載試驗分析及加固對策［J］.鐵道建筑，2010(9):43-45.

［5］中華人民共和國交通部.JTG/T J22—2008 公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2008.

［6］中華人民共和國交通部.JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.