擬利用預應力混凝土空心板梁前期工作流程研究

丁印成

（哈爾濱市市政工程設計院，黑龍江 哈爾濱150070）

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市橋梁等交通基礎設施建設過程中，由于橋梁結構不能滿足城市交通的需要等原因，出現(xiàn)了對既有服役橋梁進行“拆舊建新”的改擴建工程。而這些面臨拆除的橋梁結構正處在結構性能良好的服役狀態(tài)，全面拆除廢棄不但會造成嚴重的資金浪費、而且將會產生大量的建筑垃圾，對環(huán)境產生不利影響。為了貫徹“安全、實用、綠色、節(jié)約”的指導原則要求，需要對可利用的結構構件進行利用，而在橋梁結構構件利用之前，需要對結構構件進行全面的檢測、評價和利用方案研究工作，并進行全面的技術經濟比選工作，形成科學、客觀的技術咨詢意見，供工程項目決策使用，以達到預期效果。

本文以某城市高架橋項目的在役上部預應力混凝土板梁結構的再利用問題為項目依托，介紹在板梁再利用的前期論證工作流程以及考慮的技術因素，希望對類似工程實踐提供參考。

1 項目概況

某城市高架橋2000 年建成，橋梁總寬度為25.6 m，雙向六車道標準，設計荷載采用汽- 超20，掛車-120。上部結構采用先張法預應力混凝土簡支板梁，梁長22 m，梁高0.95 m，梁寬度1.52 m，混凝土標號為40 號，普通鋼筋采用I 級鋼筋和II級鋼筋，預應力鋼筋采用ASTM A416-92 標準270級鋼絞線，單根張拉噸位為19.6 t。橋梁標準橫斷見圖1，板梁標準橫斷面見圖2。

圖1 橋梁標準橫斷面圖（單位：cm）

圖2 板梁標準橫斷面圖（單位：cm）

橋梁結構計算采用的主要設計規(guī)范為《公路橋涵通用設計規(guī)范》（JTJ 021-89）、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTJ 023-85）。

橋梁上部結構經過近二十年的運營使用，據(jù)使用管理單位反饋以及現(xiàn)場初步踏查可知，該板梁整體受力狀態(tài)良好，局部出現(xiàn)了板梁鉸縫破損，單板受力，板梁內漏水、返堿，局部結構裂縫發(fā)展等病害現(xiàn)象。

準確、科學、客觀地對該上部結構進行承載能力、耐久性等結構性能的檢測和評估，是該板梁上部結構利用重點考慮的技術關鍵。

2 總體技術要求和依據(jù)

2.1 總體技術要求

（1）通過對在役橋梁的無損檢測（外觀缺損、板底裂縫、材料老化檢查以及靜力荷載試驗、動力荷載測試以及橋梁結構檢算等技術手段），對在役橋梁的受力狀態(tài)進行總體評價。初步確定在役橋梁的總體及主要受力構件（板梁）技術狀況評定等級，初步確定在役橋梁總體及主要受力構件（板梁）的承載能力水平、正常使用狀態(tài)以及耐久性狀態(tài)，初步確定橋梁橫向協(xié)同受力的情況[1]。

（2）對擬定后續(xù)利用的主要受力構件（板梁）的現(xiàn)有承載能力、耐久性等技術指標進行評價。確定擬續(xù)用板梁適用的承載能力等級以及耐久性、使用年限等指標。確定改建橋梁可利用的主要受力構件（板梁）的目標承載能力標準以及正常使用、耐久性等技術要求標準[2]。

（3）對擬續(xù)用板梁構件進行全面分級評價。一是對于病害、缺損嚴重、再次利用成本較高的板梁構件，即不建議續(xù)用板梁，確定評價標準及其數(shù)量；二是對于病害、缺損輕微、狀況相對較好，通過采取適當加固等技術手段其承載力及耐久性可以達到再次利用目標的板梁構件，確定評價標準及其數(shù)量；三是對于結構完好、可以原梁利用的板梁構件，確定評價標準及其數(shù)量。

（4）對上述第一類板梁構件，如何滿足再次利用目標要求給出建議技術方案（廢棄、加固利用方案），并進行施工方案、施工工期、工程經濟、耐久性等方面的論述和綜合比選，給出工程應用推薦方案[3]。

（5）對需要加固利用以及可原梁利用的后兩類板梁構件，提出進一步利用的具體技術方案。需要確定從現(xiàn)有橋面拆除后，針對后兩類構件承載能力水平、正常使用狀態(tài)、耐久性評價的檢測比例及方法。提出設計、施工技術等具體的加固利用方案建議[4]。

2.2 評估依據(jù)

評估依據(jù)為：《混凝土結構現(xiàn)場檢測技術標準》（GB/T 50784—2013）、《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》（GB/T 50476—2008）、《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362—2018）、《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）、《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）、《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ 11—2011）、《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2016）、《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）、《城市橋梁工程施工與質量驗收規(guī)范》（CJJ 2—2008）、《公路橋梁加固設計規(guī)范》（JTG/T J22—2008）、《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）、《城市橋梁檢測與評定技術規(guī)范》（CJJ/T 233—2015）。

3 工作流程

3.1 第一步：技術分析，確定預期目標

收集待評估橋段擬續(xù)用板梁結構的原設計、竣工驗收資料和運營、管養(yǎng)技術資料，根據(jù)本項目改擴建橋梁預期使用目的和結構構件的性能需求，對既有橋梁結構構件（板梁）進行結構復算，確定既有橋梁結構構件（板梁）承載能力水平，以及改擴建之后橋梁對再利用結構構件（板梁）的承載能力的要求，即確定改擴建橋梁的承載能力的技術標準。

根據(jù)橋梁所處環(huán)境以及現(xiàn)場結構構件（板梁）耐久性等方面的狀態(tài)，確定改擴建橋梁的橋梁構件在耐久性方面的技術標準。

根據(jù)上述確定的預期目標，和掌握的初步技術資料，確定下一步工作的技術思路和方向，即，經過橋梁結構構件檢測、評估工作后，提供工程技術方案，經過綜合的技術經濟比選工作，最終確定實施的技術方案。

3.2 第二步：結構構件檢測、評估

以橋梁檢測為基礎，對橋梁的性能進行評估，并根據(jù)結構構件（板梁）的狀態(tài)和再利用要求，對既有結構進行分級，即確定可直接利用的；需要進行簡單加固處理后利用；沒有利用價值廢棄的結構構件。

結構構件檢測、評估工作分為兩個階段實施。工作思路見圖3。

3.2.1 第一階段

完成所有擬續(xù)用板梁的變形檢測、梁底裂縫檢測以及外觀缺損、病害缺損狀況檢測，對板梁材料強度、碳化深度進行抽檢；完成結構自振頻率測試與橫向分布系數(shù)測定，將檢測結果與設計技術參數(shù)對比檢算，出具第一階段初步評估報告，論證板梁續(xù)用的可行性，初步給出可續(xù)用板梁的數(shù)量，并按照可原梁續(xù)用、修復后可續(xù)用和不建議續(xù)用進行分類。

圖3 檢測、評估流程圖

（1）結構變形檢測

（2）梁底裂縫和外觀缺缺損病害狀況檢測

（3）板梁混凝土強度檢測

（4）碳化深度檢測

（5）結構自振頻率測試

（6）橫向分布系數(shù)測定

3.2.2 第二階段

完成梁側及梁端外觀缺損、病害、裂縫缺損狀況檢測；完成板梁材性檢測和耐久性參數(shù)檢測，完成板梁承載力靜載試驗，并與竣工、管養(yǎng)資料對比，復核驗證第一階段的檢測結果，分別確定可原梁續(xù)用、修復后可續(xù)用板梁的數(shù)量和編號，并給出可續(xù)用板梁的修復加固方案，綜合比選施工方案、施工工期、工程經濟、耐久性、全壽命周期等因素，為板梁后續(xù)使用提供建議，出具最終的檢測評定及研究報告。

（1）梁側、梁端裂縫和缺損狀況檢測

（2）板梁材性檢測

（3）構件耐久性參數(shù)檢測

3.3 結構檢測、評估形成的技術成果

3.3.1 第一階段

（1）574 片板梁變形，梁底開裂、缺損狀況檢測評估結果；

（2）板梁混凝土強度、碳化深度檢測評估結果；

（3）結構自振頻率測試結果；

（4）橋梁荷載橫向分布系數(shù)；

（5）板梁續(xù)用的可行性分析，初步給出板梁分級（可原梁續(xù)用、修復后可續(xù)用和不建議續(xù)用）評估結果和評估依據(jù)；

（6）編制第一階段評估報告。

3.3.2 第二階段

在第一階段評估結果的基礎上，給出如下成果。

（1）板梁開裂、缺損狀況綜合評估結果；

（2）板梁混凝土強度復核和鋼筋、鋼絞線材性檢測評估結果；

（3）板梁保護層厚度、鋼筋分布、鋼筋銹蝕、氯離子等耐久性參數(shù)檢測評估結果；

（4）板梁靜載試驗，板梁設計承載力檢算，極限承載力評估結果；

（5）根據(jù)兩階段評估結果，對板梁結構進行分級評價。分類確定不建議續(xù)用板梁的數(shù)量與評估標準，修復后可續(xù)用板梁的數(shù)量與評估標準以及加固技術手段，可原梁續(xù)用的板梁的數(shù)量與評估標準；

（6）最終評估報告。

4 形成可執(zhí)行的技術方案

根據(jù)評定結果中第一類（不建議續(xù)用）和第二類（修復后續(xù)用）板梁的數(shù)量和狀況，開展修復加固方案研究。

針對第一類板梁，按照如何滿足再次利用目標要求給出建議技術方案（廢棄、加固利用方案），并進行施工方案、施工工期、工程經濟、耐久性等方面的論述和綜合比選，給出推薦方案。

針對第二類板梁，按照再次利用目標，綜合對比不同加固修復技術的優(yōu)缺點，給出加固修復技術方案建議。

針對兩類板梁的加固修復技術方案，各選取3片板梁進行靜載試驗，確定其實際承載力，驗證所建議的加固修復技術方案。

5 結 語

既有橋梁改擴建工程涉及的工程技術問題較為復雜，同時伴隨著數(shù)目巨大的資金投入，社會關注度很高。所以，在對既有橋梁進行改擴建工作過程中，應該進行全面細致的資料收集、標準制定、方案研究、結構檢測、評估、征求意見等前期技術工作。得出科學、客觀、可靠的技術經濟咨詢方案以及可實施工程實施方案，確保改擴建之后的橋梁正常安全運營使用和預期使用壽命，提高工程投資效率，避免工程投資浪費，達到預期的“安全、實用、綠色、節(jié)約”的目標原則要求。

藉此希望，工程管理人員和工程技術人員能夠對橋梁的改擴建問題給予更高的關注。使得類似工程在確保安全使用的基礎上，更加科學、合理。