錫海線某橋加固改造總體設計

于文杰，張安靜

（1.鄭州航空工業管理學院 土木建筑學院，鄭州450046；2.河南黃河河務局工程建設中心，鄭州450001）

1 項目背景

錫海線某中橋位于G207錫海線上，橋梁中心樁號為K1349+817，上部結構為4×20m簡支T梁，單跨7片梁，下部采用樁柱式墩臺。橋臺、橋墩均采用板式橡膠支座。橋梁總寬為8.0m，橋梁全長84.5m，設計荷載汽-20、掛-100，橋面鋪裝為瀝青混凝土結構，橋臺處采用簡易伸縮裝置，橋墩處連續。根據現場調查，該中橋（右幅）多處構件均有不同程度的嚴重損傷，在現階段的使用中對過往車輛和行人有潛在的結構安全隱患，急需維修加固處理。

2 橋梁病害、檢測及改造

2.1 橋梁病害情況

2.1.1 橋面體系病害

橋面主要病害情況如下：（1）橋面縱向裂縫，墩頂橫向貫通開裂；（2）簡易伸縮縫橫向開裂，輕度跳車；（3）護欄混凝土老化開裂、局部斷裂、外斜。

2.1.2 上部結構病害

橋梁上部結構主要病害為：（1）全橋邊梁的兩側腹板下邊緣嚴重開裂、梁體向外傾斜；（2）部分梁體混凝土破損、露筋；（3）部分橫隔板下緣破損、露筋；（4）部分支座缺失、完全脫空。

2.1.3 下部結構病害

橋梁下部結構主要病害為：（1）橋臺處滲水、混凝土剝落、露筋銹蝕；（2）蓋梁混凝土銹漲、鋼筋銹蝕、擋塊擠裂。

2.2 危橋檢測結果

本橋建設至今已有30余年，主梁拆除后發現蓋梁新增裂縫較多，鋼筋銹蝕嚴重，混凝土碳化深度較大，蓋梁截面削弱較多。如采用加固方案，蓋梁抗彎能力可以滿足，但抗彎能力富余較少，抗剪能力不能滿足規范要求。為保證結構安全，采用拆除原有蓋梁，進行重新設計，根據相關規范和橋梁的病害情況，把該橋右幅的整體狀況綜合評價為5類。指出由于近年來大量超載車輛的影響致使本橋的現有橋況已很差。綜合上述病害情況，為消除安全隱患，提高過往車輛的運行質量，徹底改善交通現狀，保障G207錫海線的良好通行能力，提出對該橋進行加固改造。

2.3 橋梁改造的必要性

G207錫海線是國家公路網中的重要組成部分，此橋現狀已不能滿足通行要求，如不及時改造，不但會給交通安全留下隱患，降低、甚至阻礙G207錫海線的通行能力，也不利于橋位所在地區的經濟發展；雖左半幅橋仍具備通行能力，但國道車流量大，貨車較多，雙向行駛在此處變為單向行駛。如廢棄右半幅危橋，或者拆除新建，將形成寬路窄橋，此路段將形成咽喉地段，極易造成擁堵。綜合上述情況，鑒于該橋對過往行人和車輛安全均構成嚴重威脅，為消除安全隱患，保證此路段正常通行及提高G207錫海線的通行能力，對其進行加固改造是十分必要的，應盡早付諸實施，保證左右幅橋梁共同承擔各自單方向交通。

3 橋梁加固方案設計

3.1 加固設計原則

橋梁加固設計方案以恢復構件使用功能、一定程度上恢復承載能力、保障結構安全性和耐久性為目的【1】。本次橋梁維修加固設計遵循盡可能不損傷原結構，避免不必要的拆除及更換，防止加固中造成新的結構損傷或病害的原則，依據檢測評估報告和現場核對進行設計【2】。設計中區分構件結構性病害與非結構性病害，針對非結構病害的構件維修方案以恢復使用功能和耐久性為主；針對結構性病害以及受力構件，拆除換新以保障結構安全【3】。

3.2 加固方案

根據橋梁檢查結果將該橋右幅綜合評定為5類危橋，結合本橋的具體病害情況，為對本橋進行加固處理，加固內容為更換橋梁主梁、墩臺蓋梁鉚粘鋼板加固。更換全橋支座，處治病害，重新澆筑鋪裝，設置伸縮、排水裝置，重新設置護欄，提高防撞等級。具體加固內容如下：

拆除該橋（右幅）主梁，更換為20m先簡支后連續預應力小箱梁；對該橋（右幅）墩臺蓋梁進行鉚粘鋼板加固；對橋面鋪裝進行拆除換新，鋪裝厚度為9cm瀝青混凝土+防水層+8cm C50防水混凝土；伸縮裝置拆除換新：選擇能自由伸縮、滿足承載和變形要求、具有良好的密水性和排水性、易于檢查和養護的伸縮裝置【4】；采用橋面橫坡與泄水管相結合的排水措施，泄水管每4m一道，布置在橋面較低側；按照小箱梁支座位置進行植筋現澆墊石，連續端采用GYZ350×63（CR）固定支座，橋臺處采用GYZF4300×54（NR）滑動支座。護坡損壞部分，拌制砂漿重新砌筑，砌塊間應砂漿飽滿，黏結牢靠；除下部構造松脫、剝離等已損壞的混凝土，對銹脹的鋼筋進行除銹防銹處理，然后用環氧樹脂砂漿或其他高強材料予以修補。

4 結構計算

4.1 設計標準

設計荷載：更換主梁后主梁滿足公路-Ⅰ級，墩臺蓋梁經加固后承載能力極限狀態滿足公路-Ⅰ級，正常使用極限狀態滿足汽-20、掛-100；橋面寬度：11.25m；設計洪水頻率：1/100；地震動峰值加速度：0.1g。

4.2 原蓋梁承載能力計算

根據JTG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》，該橋蓋梁為鋼筋混凝土結構，可根據式（5.2.2.1）或式（5.2.2.2）對原蓋梁抗彎承載能力進行計算，M=2 887.114kN·m。

4.3 加固方案承載力計算

該橋由于上部梁板損壞嚴重，已無加固利用價值，蓋梁主要病害為混凝土銹脹，未見結構性病害，擬對該橋(右幅)上部梁板進行拆除換新，更換為4×20m先簡支后連續小箱梁，對蓋梁進行鉚粘鋼板增大截面加固。

對原簡支T梁上部荷載進行計算，結構重要性系數1.1，考慮簡支T梁、橋面鋪裝(按10cm計)、護欄、人行道的自重及公路一級汽車荷載。

對換新小箱梁上部荷載進行計算，結構重要性系數1.1，考慮小箱梁、橋面鋪裝（按17cm計）、護欄、人行道的自重及公路一級汽車荷載。

對原有T梁、換新后箱梁、蓋梁抗彎承載力進行對比，結果見表1，將原上部梁板拆除替換為連續小箱梁后，墩頂負彎矩承載能力不足，需要重新加固。

表1 彎矩對比表

根據JTG/TJ 22—2008《公路橋梁加固設計規范》式（6.2.2-1）、式（6.2.2-2）、式（6.2.2-3），對蓋梁鉚粘鋼板后承載力進行計算。原有蓋梁加固前抗彎承載力2 887.1kN·m，鉚粘鋼板增大截面后蓋梁抗彎承載力3 937.847kN·m，承載能力增加1 050.747kN·m。原有蓋梁加固前抗剪承載力3 315kN，鉚粘鋼板增大截面后蓋梁抗剪承載力3 744.3kN，蓋梁抗剪承載能力增加429.3kN。蓋梁加固前墩頂負彎矩2 887.1kN·m，鉚粘鋼板加固后頂負彎矩4 404.852kN·m，墩頂抗彎承載能力增加1 517.752kN·m。

5 結語

本項目改造方案為更換上部主梁、更換支座、處治病害、蓋梁鉚粘鋼板加固。經計算，換梁后正彎矩組合設計值2 712kN·m，加固后蓋梁正彎矩抗彎承載力3 937.8kN·m，安全系數1.452。換梁后負彎矩組合設計值3 986kN·m，加固后蓋梁負彎矩抗彎承載力4 404.9kN·m，安全系數1.105，換梁后剪力組合設計值3 315kN，加固后蓋梁抗剪承載力3 744.3kN，安全系數1.13，重新澆筑鋪裝，設置伸縮、排水裝置；重新設置護欄，提高防撞等級，更換主梁后主梁設計荷載為公路-Ⅰ級，墩臺蓋梁經加固后承載能力極限狀態滿足公路-Ⅰ級荷載標準，正常使用極限狀態滿足汽-20、掛-100荷載標準。本方案從經濟性、施工難易度和構造物的實用性上來說都是合理的。