淺談武侯立交橋匝道橋的加固整治方案設計

周益云

(中國華西工程設計建設有限公司, 四川成都 610031)

淺談武侯立交橋匝道橋的加固整治方案設計

周益云

(中國華西工程設計建設有限公司, 四川成都 610031)

隨著我國交通運輸行業的迅猛發展,大量既有橋梁由于原設計標準偏低和結構自然老化等原因，已不滿足正常使用要求。部分舊橋長期超載運營，造成了結構的損傷，橋梁承載能力和耐久性降低，嚴重時甚至發生垮塌事故。如何采取有效的加固整治措施，提高此類橋梁的可靠性是現今交通工程的重要課題之一。文章以成都市三環路武侯立交A、B匝道為例，針對主要病害提出了加固設計方案，通過加固前后有限元計算結果的比較分析，為類似工程提供參考。

立交橋； 匝道； 病害； 加固； 設計； 有限元分析

1 概況

1.1 工程概況

武侯立交橋位于成都市三環路西一段，為一座半互通立交橋，于2002年10月建成使用。立交橋分別由S線(三環路主橋)、C線、匝道A橋和匝道B橋組成，總體平面如圖1所示，匝道分聯示意如圖2所示。

圖1 總體平面

其中，A、B匝道分別為5聯500.5 m (10.7+17.5+23+25+22+22+4×22+19+4×19+19+2×25+19+20+4×20 m)以及6聯591.0 m (4×20+20+4×20+20+18+23+26+23+18+24+26+24+24+26+24+ 5×21.5+17.8 m)，如圖2所示；車道凈寬為7.5 m，橋梁總寬8.5 m；主橋橫坡為1.5 %，最大縱坡為5 %；橋梁設計荷載為城-A級荷載。

橋梁上部結構為預應力混凝土連續箱梁，下部結構為鋼筋混凝土圓柱形墩，橋臺采用樁柱式橋臺，基礎為挖孔灌注樁基礎。

1.2 主要病害

通過對A、B匝道進行檢測，以及查閱前期養護資料，分析發現該橋A、B匝道的主要病害如下：

(a)匝道A

(b)匝道B圖2 匝道分聯示意

(1)牛腿出現開裂、滲水，部分支座脫空、移位嚴重。

(2)部分伸縮縫間距增大或減小明顯，止水帶破環。其中，A匝道ZAD-10號墩和B匝道ZBD-18號墩處伸縮縫間距增大最為明顯。

(3)主梁發生較明顯橫向錯位。較明顯的為A匝道10號墩處的伸縮縫，從成橋頂推復位后的-3 cm變為5 cm，并有較明顯扭轉變形。

(4)各墩的縱向垂直度介于-0.75 %～0.84 %之間，橫向垂直度介于-0.99 %～0.82 %之間，有部分墩柱垂直度超出規范0.3 %的限制規定[1]。

(5)橋墩與橋面中心相對錯位。

2 加固方案設計

存在的病害已影響到橋梁的運營安全，舊橋加固是目前提高橋梁使用性能的主要技術措施[2-4]。現針對武侯立交橋A、B匝道的主要病害，采取加固措施見表1。

表1 加固措施匯總

2.1相鄰聯之間相對橫向復位

匝道相鄰聯之間最大橫向錯位為5 cm，對于相對橫向變形較大的位置需進行橫向相對復位。其步驟為：(1)首先在當前聯各墩上設置抱箍，將千斤頂設置在曲線外側的橫橋向，并在對應位置設置限位裝置；(2)用梁支座恒載反力的1 %試推，并依次均勻增加頂推力，直至移動為止；(3)使當前聯在相鄰聯之間產生一個適當的反向橫向位移即停止，并將該聯未固定處理的部分墩支座進行墩梁臨時固定；(4)加固施工完畢后解除臨時固結。進行橫向相對復位同時，對梁端間距較大或間距偏小以及止水帶開裂的伸縮縫進行更換。

2.2 牛腿加固

在上盤牛腿實心段中心加墩，增加的橋墩為與已有橋墩外形協調。增加的橋墩直徑取用1 020 mm的鋼管混凝土，鋼管采用壁厚14 mm螺旋管，里面灌注微膨脹C30小石子混凝土。

2.3 部分橋墩與梁體固結

對A匝道的ZAD-4號、ZAD-7號、ZAD-8號、ZAD-13號、ZAD-17號橋墩，B匝道的ZBD-13號、ZBD-16號、ZBD-20號、ZBD-23號、ZBD-25號橋墩采取增大截面后的墩梁固結措施，通過植筋和原結構鑿毛來實現新老混凝土的結合，且由于受力和構造需要，需新增樁基和承臺，并施加豎向預應力，承臺處為錨固端，主梁橋面處為張拉端。

2.4 設置橫向限位構造

ZAD-11號、ZBD-17號和ZBD-19號墩處曲線半徑小，縱坡大，對其采取增大截面，增加橋墩剛度，在墩頂增設蓋梁和擋塊，并增設橫向限位構造，限制梁體橫向位移。將柱墩直徑加大為與其樁徑直徑一致，以達到增加橋墩的剛度。

3 有限元分析

采用有限元計算軟件[5]，選取代表性聯進行加固計算分析。計算工況考慮恒荷載、汽車荷載、整體升降溫20℃，按照規范考慮的溫度梯度效應[6]以及1 000 d的收縮徐變。A匝道計算模型見圖3，B匝道計算模型見圖4。

圖3 匝道A加固計算模型

圖4 匝道B加固計算模型

3.1 撓度驗算結果

加固前后主梁切向撓度和徑向撓度分見表2、表3。從表中可以看出，加固后對撓度的限制作用比較明顯。

表2 主梁徑向撓度加固前后驗算結果

3.2 應力驗算結果

主梁應力結果見表4，對比發現，加固前后主梁應力結果變化不明顯。

表4 加固前后梁體應力 MPa

3.3 抗彎承載能力與抗裂驗算

本文還分別進行了A、B匝道的正截面抗彎承載能力驗算、使用階段正截面抗裂驗算、斜截面抗裂驗算與固結墩的抗裂驗算。由于篇幅限制，未將結果列出。正截面抗彎承載能力驗算的結果表明，加固前后對承載能力的影響不大。梁截面使用階段正截面抗裂驗算中，加固后裂縫發生的位置有所變化，但是裂縫寬度均沒有超過限制值。此外，加固前后對斜截面主拉應力的改變較小。固結墩在使用狀態的裂縫寬度也基本滿足要求。

4 結論

本文根據匝道橋的主要病害，進行了加固方案設計。該加固方案有效解決了梁體縱橫向位移大以及部分支座脫空的問題。應用有限元手段對加固方案進行模擬計算，分析發現加固后梁體撓度能得到優化，抗彎承載能力驗算與抗裂驗算均能滿足規范要求。

[1] JTGF 801-2004 公路工程質量檢驗評定標準[S]. 北京:人民交通出版社, 2004.

[2] 蘇德俊, 何憲禮, 胡萍. 橋梁加固的主要方法及應用[J]. 交通科技， 2005(3)：60-62.

[3] 呂宏奎, 安群慧, 王夷. 某小半徑連續曲線梁橋偏位成因分析及糾偏方案研究[J]. 世界橋梁, 2013, 41(2):80-83.

[4] 王若冰. 公路橋梁加固技術分析與探究[J]. 四川建材, 2016, 42(12):165-168.

[5] 北京邁達斯技術有限公司. Midas Civil 2010 分析設計原理[M]. 北京:人民交通出版社, 2010.

[6] JGJ D60-2015 公路橋涵設計通用規范[S]. 北京:人民交通出版社, 2015.

周益云(1971～)，男，工學博士，高級工程師，主要從事橋梁設計工作。

U445.7+2

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[定稿日期]2017-07-27