某危橋加固設(shè)計(jì)研究

陳文

（孝感公路工程設(shè)計(jì)院，湖北孝感 432100）

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某危橋加固設(shè)計(jì)研究

陳文

（孝感公路工程設(shè)計(jì)院，湖北孝感 432100）

摘要：結(jié)合某橋?qū)嶋H，對橋梁橋面系構(gòu)造、主梁、支座、墩臺與基礎(chǔ)的病害進(jìn)行分析，通過靜載試驗(yàn)與脈動(dòng)試驗(yàn)及樁基驗(yàn)算確定橋梁的承載力情況，進(jìn)而提出橋面系上部構(gòu)造和下部構(gòu)造的加固方案，確保該橋梁的安全運(yùn)營。

關(guān)鍵詞：橋梁；靜載試驗(yàn)；脈動(dòng)試驗(yàn)；加固設(shè)計(jì)；樁基驗(yàn)算；承載力

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國現(xiàn)有各類橋梁達(dá)60多萬座，其中很多為危橋。由于20世紀(jì)50年代后期和60年代修建的橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)低，承載力不足，加上汽車超載嚴(yán)重，自然界乃至自然災(zāi)害的侵襲及交通事故等人為事端的侵襲，橋梁遭到損傷或局部破壞。而且隨著時(shí)間的增長，橋梁的損傷程度越來越嚴(yán)重。為了保證橋梁的安全營運(yùn)，應(yīng)對橋梁進(jìn)行定期檢測與評估，提出改善措施及維修加固建議。

目前，橋梁上部結(jié)構(gòu)加固方法主要有預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、加大截面加固法、置換砼加固法、噴砼加固法、粘結(jié)外包型鋼加固法、粘貼FRP加固法和增設(shè)縱梁加固法等，下部結(jié)構(gòu)加固方法主要有鋼筋砼套箍或護(hù)套加固法、擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、補(bǔ)樁基加固法、橋臺新建輔助擋土墻加固法和墩臺拓寬方法等。該文結(jié)合某橋?qū)蛄杭庸淘O(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1　工程概況

該橋交角為25°，總長41.76 m，橋面布置為凈-9 m+2×1.75 m=12.5 m。橋臺采用樁柱臺，一樁到頂，樁徑為1.2 m，橋臺臺帽高1.1 m、寬1.2 m；橋臺錐坡坡比為1∶1.5。橋墩為三柱墩，柱徑為1.0 m，柱間距為4.08 m；樁徑為1.2 m，有效樁長為31 m；橋墩蓋梁高度為1.2 m，寬度為1.2 m。橋面鋪裝采用12 cm厚防水砼。

目前，該橋所在道路交通任務(wù)繁重，過境貨運(yùn)車輛主要集中在該道路上，超限超載現(xiàn)象嚴(yán)重。該橋設(shè)計(jì)荷載為汽-20級、掛-100，而現(xiàn)實(shí)中該橋均處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，給橋梁結(jié)構(gòu)安全性及耐久性造成嚴(yán)重影響。為了保證該橋的安全營運(yùn)，對其進(jìn)行外觀檢測和荷載試驗(yàn)，了解其病害情況及實(shí)際承載能力，以提出有針對性的加固方案。

2　橋梁現(xiàn)狀分析

2.1橋面病害

（1）橋面系。伸縮縫局部破損嚴(yán)重，伸縮縫被泥沙堵塞；人行道砼多處破損、開裂；橋面部分墩頂處出現(xiàn)橫向貫通開裂；橋面梁間鉸縫處出現(xiàn)多處縱向半貫通裂縫；橋梁中心線處出現(xiàn)豎向錯(cuò)臺，橋面最大下沉量約2 cm；橋臺路面出現(xiàn)破損、跳車等。

（2）上部構(gòu)造。梁底板出現(xiàn)橫向貫通裂縫，最大縫寬0.36 mm；梁間結(jié)合處出現(xiàn)豎向錯(cuò)位，最大錯(cuò)位4 cm等。

（3）下部構(gòu)造。蓋梁出現(xiàn)砼剝落、露筋、豎向半貫通裂縫；擋塊砼脫落、露筋；墩柱上部出現(xiàn)砼蜂窩、麻面、露筋等。

2.2荷載鑒定試驗(yàn)

2.2.1撓度測量

用精密水準(zhǔn)儀分別在各試驗(yàn)工況加載前/后（靜置10 min）測量各測點(diǎn)撓度及卸載后各測點(diǎn)撓度殘余變形。在工況1（4輛280 k N單后軸載中載）作用下測點(diǎn)的殘余度與總撓度比值最大達(dá)到20.22%，在工況2（4輛280 k N單后軸載偏載）作用下測點(diǎn)的殘余度與總撓度比值最大達(dá)到17.84%。部分測點(diǎn)的殘余度與總撓度比值較大，表明結(jié)構(gòu)彈性狀態(tài)較差。實(shí)測撓度表明5#與6#梁間傳遞荷載能力很差，鉸縫破壞嚴(yán)重，這一檢測結(jié)果與5#、6#號梁沿鉸縫（中心線）明顯錯(cuò)臺的病害相吻合。

2.2.2應(yīng)變測試

在工況1作用下，測點(diǎn)的殘余度與總應(yīng)變最大達(dá)12.90%；在工況2作用下，測點(diǎn)的殘余度與總應(yīng)變最大達(dá)5.26%。由于控制截面附近空心板底部多處橫向開裂，實(shí)測應(yīng)變可能失真，應(yīng)變測試數(shù)據(jù)僅供參考。

2.2.3主梁裂縫監(jiān)測

在試驗(yàn)荷載作用下，主要裂縫最大擴(kuò)展值為0.03 mm，在荷載卸除后恢復(fù)至初始狀態(tài)。

2.2.4脈動(dòng)試驗(yàn)

通過對全橋脈動(dòng)測試信號進(jìn)行分析處理，得到各橋跨結(jié)構(gòu)基頻實(shí)測值與計(jì)算值的比值為1.20～1.27。各試驗(yàn)橋跨的基頻實(shí)測值均大于理論計(jì)算值，結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

部分空心板間鉸結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致空心板之間橫向錯(cuò)臺，橋梁結(jié)構(gòu)存在單板受力的趨勢，且主梁底板多處橫向貫通開裂，部分裂縫寬度超過規(guī)范允許值，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全。根據(jù)JTG/T H21 -2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》，該橋評為五類橋。結(jié)合撓度測量、應(yīng)變測試、主梁裂縫監(jiān)測和脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果，該橋承載能力不滿足汽-20級、掛-100的要求，需維修加固。

2.3樁基驗(yàn)算

根據(jù)該橋竣工圖中相關(guān)數(shù)據(jù)及地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行樁基驗(yàn)算，驗(yàn)算荷載采用汽-20級、掛-100 （JTG B01-2003《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的公路-Ⅱ級），2#橋墩樁基單樁承載力容許值［Ra］=4 850 N，設(shè)計(jì)單樁承載力Ra=2 952 k N，［Ra］/Ra=1.64 ＞1.0，即原設(shè)計(jì)中樁基承載力滿足要求。

如果采用利用下部構(gòu)造、更換上部構(gòu)造的加固方案，驗(yàn)算荷載取JTG B01-2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中公路-Ⅰ級，則設(shè)計(jì)單樁承載力Ra=2 926 k N，［Ra］/Ra=1.66＞1.0，即原設(shè)計(jì)中樁基承載力滿足要求。

3　橋梁加固

3.1加固與技術(shù)改造方法類型

橋梁加固與技術(shù)改造的方法主要分為：

（1）增設(shè)輔助構(gòu)件。通過在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上新增加受力構(gòu)件，提高結(jié)構(gòu)的受力性能。

（2）加固補(bǔ)強(qiáng)薄弱構(gòu)件。對因通行重型車輛或有嚴(yán)重缺陷而不能滿足承載能力要求的薄弱構(gòu)件進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，改善原構(gòu)件的承載力。常采用鋼筋、鋼板、砼、復(fù)合材料等進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，如增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法、增設(shè)外部預(yù)應(yīng)力鋼筋加固法等。

（3）更換構(gòu)件。當(dāng)橋梁局部構(gòu)件存在嚴(yán)重缺陷且不易修復(fù)時(shí)，原有構(gòu)件可用新的構(gòu)件替換，以改善橋梁的性能。

（4）改變結(jié)構(gòu)體系。通過改變結(jié)構(gòu)體系提高橋梁的承載力。常見方法有梁式橋改為梁拱組合體系、多跨簡支梁改為橋面連續(xù)簡支梁、簡支梁改為連續(xù)梁等。

（5）墩臺加固。墩臺因剛度、強(qiáng)度達(dá)不到要求而產(chǎn)生較大位移時(shí)，為了減少或限制位移，常采用橋臺頂推、橋臺身局部補(bǔ)強(qiáng)、橋墩結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、墩身承載能力提高等措施進(jìn)行加固。

（6）墩臺基礎(chǔ)加固。由于基礎(chǔ)與墩臺缺陷或位移而導(dǎo)致墩臺基礎(chǔ)承載能力不足、上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，承載能力不滿足要求時(shí)，可采用補(bǔ)強(qiáng)加固墩臺基礎(chǔ)的辦法。常用方法有擴(kuò)大承臺、加鋼筋砼樁、在基礎(chǔ)和臺后打粉噴樁、基礎(chǔ)灌漿等。

3.2加固方案

根據(jù)橋面病害及荷載鑒定試驗(yàn)結(jié)果，該橋空心板出現(xiàn)橫向錯(cuò)臺、橫向貫通裂縫等病害，嚴(yán)重影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全，承載能力不能滿足要求。而橋梁樁基承載力驗(yàn)算結(jié)果表明樁基承載力滿足要求。因此，采用利用原有下部構(gòu)造、更換上部構(gòu)造及橋面附屬設(shè)施的方案對該橋進(jìn)行加固。措施如下：

（1）橋面系。考慮到過橋車輛貨車較多，超載較嚴(yán)重，確定橋面鋪裝為10 cm厚C50砼現(xiàn)澆層和10 cm厚瀝青砼。欄桿拆除新建。

（2）上部構(gòu)造。鑿除橋面鋪裝層后，將現(xiàn)有30塊（3跨×10塊）13 m（梁高0.55 m、梁底寬1.24 m）普通鋼筋砼簡支空心板梁更換成33塊（3跨× 11塊）13 m（梁高0.7 m、梁底寬1.0 m）預(yù)應(yīng)力砼（先張）簡支空心板梁。

（3）下部構(gòu)造。經(jīng)過驗(yàn)算，樁基承載能力滿足要求，故改造時(shí)利用原老橋下部構(gòu)造，在貫通裂縫處，采用鋼筋砼套箍或護(hù)套加固法進(jìn)行加固。加固時(shí)在墩身上、中、下分設(shè)三道圍帶，其間距大致相當(dāng)于橋墩側(cè)面寬度，防止內(nèi)部鋼筋銹蝕及裂縫進(jìn)一步發(fā)展。在擋塊砼脫落、蜂窩、麻面、露筋處表面噴射砼，使其密實(shí)、平整，防止鋼筋銹蝕及裂縫發(fā)展。

4　結(jié)語

該文通過對老橋病害的分析，結(jié)合荷載鑒定試驗(yàn)和樁基驗(yàn)算結(jié)果提出加固方案，改善橋梁的使用性能。橋梁加固維修是目前提高橋梁使用性能的主要技術(shù)措施，處理好新工程與舊工程的銜接是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的保障。

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中圖分類號：U445.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-2668（2016）03-0234-02

收稿日期：2015-11-15