永定河大橋維修加固的實驗分析

安井剛

（廊坊市交通勘察設計院 廊坊 065000）

G106線永定河大橋初建于1965年，采用25孔16.80m鋼筋混凝土T梁，設計荷載汽車－18級、拖－80；1996年在舊橋左側采用85規范標準進行了加寬，加寬后橋寬為凈12.5m＋2×0.5m防撞護欄。

受多年重載交通作用和結構自身劣化影響，梁體出現變形偏大、超限裂縫和支座活動不足病害，已不能適應現代交通的需要，需維修改造。

經現場勘察，橋梁下部除部分柱基有輕微破損外，基本保持完好，因此擬在已明確上部方案的基礎上對橋梁下部進行檢測、驗算。

1 舊橋下部結構情況

1.1 1965年建下部結構（以下簡稱65側）

橋墩樁基為8根40cm×40cm矩形打入樁，順橋向坡度為8∶1，承臺高1.1m，其上為直徑85cm的混凝土柱，柱間距4.6m，蓋梁為T型斷面。

南岸橋臺樁基為5根40cm×40cm矩形打入樁，均直立；北岸橋臺樁基礎為10根35cm×40cm矩形打入樁，其中5根直立，5根順橋向坡度8∶1。打入樁基長度均為19m。

回彈推測混凝土強度為柱基29.8MPa，蓋梁34.1MPa。除橋臺樁采用t－5號直徑25mm螺紋鋼筋外，其余均采用t－3號直徑25mm光圓鋼筋。

1.2 1996年建下部結構（以下簡稱96側）

96側橋墩采用雙柱式，樁基直徑1.2m，長29m，內設22直徑22mm螺紋筋。回彈推測混凝土強度為柱基33.9MPa，蓋梁22.2MPa。

2 上部結構改造方案及受力計算情況

2.1 上部結構改造方案

擬改造后的橋梁采用公路－I級設計荷載。針對原橋下部結構分布，為有效減少恒載效應，仍采用原跨徑的鋼筋混凝土T梁，T梁高1.35m，預制寬1.20m，粱間縱向濕接縫0.5m（兩橋分界處0.45m），即主梁中心距1.70m（兩橋分界處1.65m）。改造后橋面寬度為凈12m＋2×0.5m防撞護欄，見圖1。

圖1 改造后橋面寬度（單位：cm）

2.2 下部結構受力計算

根據預設方案，按照文獻［1］計算，公路－I級作用下單柱最大反力見表1。

表1 設計單柱反力 kN

為此，對該橋梁下部結構按公路－I級進行加載實驗，以驗證下部結構的承載能力，判斷結構的適用性。實驗內容分為2個方面：

（1）通過車輛進行分級加載，觀測各級荷載作用下，樁基的沉降量。

（2）通過車輛進行分級加載，觀測各級荷載作用下，蓋梁的位移及應變值。

3 加載方案

3.1 加載車情況

實驗加載車共6輛，車輛具體狀況見表2。

表2 加載車軸重表

3.2 加載車縱向布置及各車列引起的橋墩反力

見圖2～4和表3。

圖2 車列1縱向布置（單位：cm）

圖3 車列2縱向布置（單位：cm）

圖4 車列3縱向布置（單位：cm）

表3 各車列引起的1個橋墩的反力

3.3 加載工況

工況1。65側蓋梁懸臂根部最不利布置，見圖5。

圖5 工況1車輛橫向布置（單位：cm）

工況2。65側柱反力最不利布置，見圖6，單柱反力見表4。

圖6 工況2車輛橫向布置（單位：cm）

表4 工況2下65墩柱加載車單柱反力

工況3。65側蓋梁跨中截面最不利布置，見圖7。

圖7 工況3車輛橫向布置（單位：cm）

工況4。96側柱反力最不利布置，見圖8。單柱反力見表5。

圖8 工況4車輛橫向布置（單位：cm）

表5 工況4下96墩柱加載車單柱反力

工況5。96側蓋梁跨中最不利布置，見圖9。

圖9 工況5車輛橫向布置（單位：cm）

3.4 加荷效率計算

加荷效率為實際加載值與設計值之比，加荷效率計算見表6，滿足檢測要求。

表6 加荷效率計算

現場檢測墩柱為65側左柱和96側右柱。在蓋梁跨中和懸臂根部截面，沿蓋梁高度方向布置應變測點；在蓋梁跨中截面布置位移測點。

4 橋墩樁基沉降結果分析

4.1 65側樁基

實驗結果見表7。

表7 各工況下65側橋墩樁基沉降

由表7可知，橋墩沉降變形值與施加的活荷載在加載過程中呈直線，這說明橋墩受力處于彈性階段。荷載加至公路－I級時，樁基沉降穩定；卸載過程中，各橋墩沉降反彈亦滿足線性規律，全部荷載卸載完畢1h后，個墩殘余沉降量分別為0.025，0.021和－0.01mm，變形恢復能力強，受力處于彈性階段，故65側橋墩承載能力滿足公路－I級要求。

4.2 96年橋墩樁基

實驗結果見表8。

表8 各工況下96橋墩樁基沉降

由表8可知，橋墩沉降變形值與施加的活荷載在加載過程中呈直線，說明橋墩受力處于彈性階段，對于14號墩，當荷載自設計荷載的50%加至設計荷載時，沉降基本不再增長；荷載加至公路－I級時，各墩沉降穩定；卸載過程中，各橋墩沉降反彈亦滿足線性規律；全部荷載卸載完畢1h后，各墩殘余沉降量分別為 0.015，0.012和－0.03mm，變形恢復能力強，受力處于彈性階段，96側橋墩承載能力滿足公路I級要求。

5 橋墩蓋梁位移、應變測試結果分析

5.1 65側蓋梁

5.1.1 跨中正截面驗算

65側蓋梁橫斷面見圖14，其中N2，N4為直徑25mm光圓鋼筋，N2，N7為直徑20m光圓鋼筋。按照文獻［2］計算，跨中彎矩效應990.10 kN·m，結構抗力效應715.84kN·m，不滿足要求。

5.1.2 實驗結果

典型工況時蓋梁跨中位移、應變見表9～10。

表9 工況3下65側橋墩蓋梁跨中位移

表10 工況3下65側橋墩蓋梁跨中應變

典型工況時蓋梁懸臂根部應變見表11。

表11 工況1下65側橋墩蓋梁懸臂根部應變

由表9可見，橋墩蓋梁跨中位移的校驗系數最高達到0.56～0.92，文獻［3］規定撓度校驗系數常值為0.2～0.5，說明蓋梁多處存在裂縫，蓋梁剛度不滿足要求。由表10～11可見，跨中截面拉應變相對于蓋梁頂壓應變數值明顯較大，說明蓋梁受彎承載力階段中性軸位置偏近梁頂，縱向受力鋼筋應力水平較高。

在跨中截面附近，蓋梁底面裂縫間距約10 cm，裂縫寬度為0.10～0.12mm，其中50%以上裂縫開展至翼緣的根部，部分貫通翼緣底面，在加載過程中，清晰可見裂縫的發展。在懸臂根部附近，蓋梁翼板側面貫通，延伸到肋30cm左右；在距懸臂根部20cm處，裂縫達0.2mm。

5.2 1996年蓋梁

典型工況時，蓋梁跨中應變結果見表12。

表12 工況5下96橋墩蓋梁懸臂根部應變

在加載過程中未見新裂縫的產生，截面受力狀態良好。

6 結論

6.1 1965年橋

（1）蓋梁承載能力不滿足公路－I級的要求。

（2）墩柱偏心受壓強度滿足要求，儲備不足。

（3）樁基在各級荷載下，沉降穩定，卸載后恢復良好，在整個實驗過程中處于彈性工作狀態，滿足公路－I級要求。14號墩相對于沉降稍大，原因是該墩承臺下打入樁約50cm高度樁身裸露，其范圍內無樁側摩阻，而且承臺下無土基的向上反力約束。

6.2 1996年橋

（1）蓋梁承載能力滿足公路－I級的要求。

（2）墩柱構件的偏心受壓強度滿足要求，可對墩柱的裂縫進行修補加固，提高結構耐久性。

（3）樁基在各級荷載下，沉降穩定，卸載后恢復良好，在整個實驗過程中處于彈性工作狀態，承載能力滿足公路－I級要求。

根據以上實驗結果，按照既定方案對橋梁進行了加固和維修，即充分利用96側下部，對65側墩柱進行混凝土“穿裙”［4］并重建蓋梁。對變形較大的墩臺承臺下進行填充夯實料。橋梁于2010年交工投入運營，使用效果良好，相對于建設同等規模的新橋而言，節省投資近60%。

［1］JTG D60－2004公路橋涵設計通用規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］交通部第二公路勘察設計院.公路舊橋承載能力鑒定方法［M］.北京：人民交通出版社，1988.

［4］JTG／T J22－2008公路橋梁加固設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2008.