公路橋梁在400T級荷載下加固技術(shù)的探索

周 慧 文

(山西交投忻阜高速公路管理有限公司，山西 忻州　034000)

在當今飛速發(fā)展的社會里，高速公路運輸已經(jīng)成為物流公司的首選方案，但是高速公路橋梁的承載能力僅為汽—20，掛—100，遠遠不能滿足一些特殊的超大物品的運輸條件，經(jīng)過對423T超限大件運輸車輛要通過高速公路的加固處治技術(shù)進行分析，從加固設(shè)計、施工、監(jiān)測、安全條件四個方面進行了論述，提出了如果不進行加固處理，必然會對公路橋梁造成永久性損壞，甚至可能造成橋梁坍塌等不良后果的觀點。經(jīng)過荷載驗算及針對性的臨時加固處治，解決了400T級超限車安全通過的問題，達到了為今后同類問題提供借鑒的效果。

1　概述

2017年10月，一輛車號為冀F50102+冀A42739超限大件運輸車輛擬從五保高速石咀站進入山西省高速公路，從太佳高速公路婁嵐收費站出高速公路，到達目的地。該車車貨總重為423 t，掛車采用12+13軸12輪液壓平板車(一線兩軸8輪胎，重量為414.19 t)及4軸牽引車(重量為8.81 t)，掛車+貨物折合軸重為16.57 t。

依據(jù)山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司)《冀F50102+冀A42739超限大件運輸車輛通過高速公路(石咀站—婁嵐站)橋涵構(gòu)造物技術(shù)評價報告》(2017—QJ069—17—065)，橋梁技術(shù)狀況為三類橋的在支撐加固后檢測達到承載能力的情況下超限大件運輸車輛可以通過。該超限大件車輛擬經(jīng)過的忻阜高速公路K0+000～K50+114段落存在12座三類橋(明細見表1)，其中有大橋2座、中橋1座、小橋4座，通道橋5座需進行加固支撐處治，以確保大件運輸車輛公路運輸和橋梁結(jié)構(gòu)自身的安全，并保證公路橋梁今后的運營安全，因運輸時間緊迫，加固方案確定為臨時加固支撐處治。

表1　忻阜高速K0+000～K50+014路段三類橋統(tǒng)計表

2　橋梁臨時支撐加固設(shè)計依據(jù)

JTG/T J22—2008公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范;

JTG D60—2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范;

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;

JTG B01—2014公路工程技術(shù)標準；

JTG/T J23—2008公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范；

JTG H11—2004公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范；

JTG/T H21—2011公路橋梁技術(shù)狀況評定標準；

JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程；

JTG F80/1—2004公路工程質(zhì)量檢驗評定標準(土建部分)；

JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范；

《冀F50102+冀A42739超限大件運輸車輛通過高速公路(石咀站—婁嵐站)橋涵構(gòu)造物技術(shù)評價報告》(山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心2017—QJ069—17—065)。

3　臨時加固支撐方案

3.1　處治范圍

1)對超載車輛經(jīng)過的忻阜高速路段“三類”小橋及通道橋的脫空支座進行臨時處置，確保支座均勻受力；

2)對超載車輛經(jīng)過的忻阜高速路段“三類”橋中的清水河11號大橋和耿鎮(zhèn)大橋主梁存在豎向裂縫的橋跨進行臨時支撐(共涉及9跨，為耿鎮(zhèn)大橋右幅第2，8跨；清水河11號大橋右幅第12，17，19，21，24，26，27跨)；

3)在通行時對所經(jīng)路段橋梁進行實時監(jiān)控，對十二座三類橋?qū)嵤┲攸c檢測；

4)在超限大件運輸車輛通過后對所經(jīng)路段橋梁進行專項檢查和評估。

3.2　具體臨時支撐加固措施

3.2.1脫空支座臨時處治

經(jīng)現(xiàn)場橋梁檢測，本次需進行脫空支座臨時處治見表2。

表2　脫空支座臨時處治工程數(shù)量表

3.2.2病害箱梁臨時支撐方案

本次支撐采用碗扣支架，立桿橫距和縱距均為60 cm，橫桿步距60 cm。因時間有限，本次支架基礎(chǔ)采用碎石墊層、鋼板基礎(chǔ)。為防止碗扣架因基礎(chǔ)不均勻沉降出現(xiàn)危險，底部設(shè)置頂絲進行調(diào)節(jié)；支架頂部采用機械千斤頂結(jié)合方木的方式支撐梁體。

1)理論分析。

根據(jù)支架方案設(shè)計圖，支架立桿間距、橫桿間距和步距均為60 cm。

立桿最大承載力計算：

支架桿件長細比λ=l/i=60/1.58=38，查表得知穩(wěn)定性系數(shù)φ=0.893，則單肢立桿最大軸向承載力為：

N=(φ×A×f=0.893×489 mm2×205 N/mm2)/1 000=89.5 kN。

方案設(shè)計圖紙中一個支架由90根立桿組成，若只考慮立桿，并且立桿均勻受力的情況時，單個支架可承受的最大集中荷載為90×89.5=8 055 kN。

2)施工步驟。

臨時支架具體實施步驟為：

a.首先為清理基底30 cm腐蝕土和軟弱層(淤泥、積水)，平整場地并夯實。

b.鋪設(shè)30 cm厚碎石墊層，碎石應(yīng)采用粒徑不同的碎石摻配使用。

c.支墊30 mm厚Q235鋼板作為支架基礎(chǔ)。

d.在鋼板頂面依照碗扣架立桿橫向間距鋪設(shè)縱向方木(規(guī)格15 cm×15 cm)，并在方木頂部設(shè)頂絲，并搭設(shè)立桿橫距和縱距均為60 cm、橫桿步距60 cm的碗扣支架，直至距梁體底面1 m左右。

e.橫向和縱向交叉布置方木(規(guī)格15 cm×15 cm)做底，然后布置螺旋千斤頂，在千斤頂頂部布置短方木單獨和橡膠支座支撐梁體。

f.支架完成后，緩慢調(diào)節(jié)螺旋千斤頂使橡膠支座與梁體底面處于有效密貼狀態(tài)，給支架一定程度的壓力。

g.在橋上車輛正常通行狀態(tài)下，每隔3 h檢查一次支座與梁底的密貼程度，對發(fā)生脫離的支座及時進行調(diào)節(jié)以確保支座與梁底密貼。檢查和調(diào)整不少于5次。

3.2.3支架構(gòu)造要求

碗扣架構(gòu)造要求：

1)底層縱、橫向水平桿作為掃地桿，距基礎(chǔ)鋼板頂面高度不應(yīng)超過35 cm；

2)支架四周從底到頂應(yīng)連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐；

3)中間縱、橫向由底至頂設(shè)置豎向剪刀撐，其間距應(yīng)不大于4.5 m；

4)剪刀撐的斜桿與地面夾角應(yīng)在45°～60°之間，斜桿應(yīng)每步與立桿扣接；

5)在支架縱向設(shè)置斜撐，斜撐間距不得大于4.5 m，且雙側(cè)均需設(shè)置，斜撐底部應(yīng)支撐至堅實底面。

箱梁橋支架及千斤頂斷面縱向布置示意圖見圖1，圖2。

4　橋梁監(jiān)測

4.1　橋梁監(jiān)測的內(nèi)容

對橋梁進行監(jiān)測試驗，主要試驗內(nèi)容有：

1)對橋梁進行建模計算，并選定測試斷面，進行理論計算。

2)對橋梁實測斷面進行測試儀器的布置。

3)在車輛通過時對橋梁進行受力及變形測試。然后分析整理數(shù)據(jù)，形成報告。

4)驗證橋梁實際承載能力和理論計算是否符合，為今后超限車輛通行橋梁提供理論支撐。

4.2　試驗儀器及設(shè)備清單

檢測主要使用儀器設(shè)備見表3。

4.3　監(jiān)測橋梁的選取

忻阜高速橋梁種類較多，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，按照要求選取橋梁，并兼顧儀器設(shè)備的安裝方便及時間性，選取橋梁如表4所示。

4.4　橋梁監(jiān)測方法及流程

4.4.1橋梁通行監(jiān)測內(nèi)容

1)考察橋梁試驗跨結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有狀況，確定需要監(jiān)測的橋梁；

2)通過理論計算確定應(yīng)力應(yīng)變測試斷面及理論值；

3)進行現(xiàn)場測試儀器安裝及布置；

4)測試車輛通過橋梁時的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；觀測橋梁裂縫產(chǎn)生及其變化發(fā)展情況；

5)分析整理數(shù)據(jù)，提供檢測報告。

表3　檢測主要使用儀器設(shè)備

表4　監(jiān)測橋梁的結(jié)構(gòu)形式

4.4.2試驗方法及相應(yīng)使用的主要儀器設(shè)備

1)應(yīng)力應(yīng)變測試。

本項目利用美國BDI橋梁無線測試系統(tǒng)，對橋梁動應(yīng)變進行測試；并通過DASP振動傳感器，實現(xiàn)對動撓度測試。

2)裂縫觀測。

采用目視、裂縫觀測儀、塞尺及鋼尺對結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的出現(xiàn)、縫寬、長度、深度、間距及變化發(fā)展情況進行觀測。

4.4.3測點布置

根據(jù)對試驗橋梁的受力分析及橋梁的實際情況，選擇監(jiān)測跨。

1)應(yīng)力實驗測點布置連續(xù)梁主要選取橋梁最大正彎矩斷面邊跨為3L/8處、次邊跨跨中，中支點負彎矩處。簡支梁按照跨中斷面進行布置。

2)撓度測點按照跨中最大撓度處進行布設(shè)。

4.4.4監(jiān)測荷載設(shè)計及加載程序

1)監(jiān)測荷載設(shè)計。

由于重車通行橋梁時按照車輛居中行駛，限速5 km/h，因此，車輛按照居中慢速通行的原則進行加載，在橋梁行駛過程中，嚴禁變道、剎車等情況。

車輪上安裝車輪位置指示器，并通過無線傳輸設(shè)備傳至采集器，與橋下的位移及應(yīng)力對應(yīng)采集，用于分析車輛作用下的橋梁反應(yīng)。

2)加載車輛。

將重車按照實際的車輛位置及重量進行加載，加載布局按照0.5 m考慮，用于計算出理論值。

5　安全保障措施

1)應(yīng)在天氣良好的條件下進行運輸，不宜在雨天、霧天或大風天氣通過橋梁。

2)橋梁使用狀況良好的情況下，該超限大件運輸車輛按照要求(一輛車居中、限速5 km/h)通過橋梁時，可以通過橋梁。同時強調(diào)在車輛過橋時，道路管理部門應(yīng)當封閉橋梁，保證車輛獨自通過橋梁。

3)在運輸過程中，對于超重車輛應(yīng)加強管理。盡量減少過橋車輛的載重，在構(gòu)造物上行駛，必需按照規(guī)定的路線、位置行駛，減輕橋梁的受力。