萬安縣老贛江大橋維修加固設計

吳剛、肖星星

（江西省交通設計研究院有限責任公司，江西南昌330052）

0 引言

萬安縣老贛江大橋是S225 省道坎夏公路上的一座跨贛江的大型橋梁，建于1996年，是由贛粵高速進出萬安縣城區和連接萬安縣城贛江東西兩岸的唯一通道，橋梁長度705.7m。本文分析了該橋病害產生的原因，介紹了該橋的維修加固設計情況，加固完工后的靜載試驗效果。大橋恢復了原設計的承載能力，經過一段時期的運營，大橋未產生新的病害。本文所得結論對類似大型橋梁的維修加固設計具有參考價值。

1 工程概況與大橋病害

1.1 工程概況

大橋跨徑組合為11×30m 先簡支后橋面連續T 梁+（45m+4×70m+45m）變截面預應力混凝土連續箱梁，橋梁寬12.5m。設計荷載為汽-20kN/m2，掛-100kN/m2，人群-3.5kN/m2。主橋連續梁為單箱單室截面，邊跨現澆段與跨中梁高為2.0m，橋墩處梁高為4.2m。引橋為30m 先簡支后橋面連續T 梁，每孔5 片主梁，主梁間距2.2m。主墩采用實體墩，墩厚3.0m，墩寬7.2m，墩高約18～19m，承臺厚2.5m，樁基礎采用6 根直徑為1.6m 的群樁基礎。引橋下部結構采用雙柱式橋墩，柱徑1.4m，樁徑1.6m，橋臺均采用肋板式擴大基礎橋臺。

圖1 橋型布置圖

1.2 大橋病害

2014年業主委托某檢測中心對該橋進行了全面檢查與靜載試驗，目前橋梁技術狀況評定等級屬于三類橋梁，處于較差的狀態，需要對老橋進行維修加固。發現該橋主要有以下病害：其一橋面，系大部分被破壞。其二支座，引橋板式橡膠支座普遍存在老化，主橋盆式橡膠支座鋼盆普遍銹蝕；17 號橋臺支座上下鋼板發生位移且支座橡膠塊有變形。其三引橋30mT 梁，引橋30mT 梁存在一些梁底刮痕、局部存在混凝土蜂窩、麻面；主梁腹板、底板、頂板未發現裂縫；主梁橫隔板挖空周邊出現一些微小裂縫，縫寬約0.03～0.05mm。其四主橋連續箱梁，主橋連續箱梁底板底面L/4～3L/4 普遍存在縱向裂縫，縫寬0.03～0.07mm；腹板存在斜向裂縫，裂縫長約1～1.5m，縫寬0.04～0.08mm；頂板頂面普遍存在多條縱向裂縫，縫寬0.02～0.05mm；局部存在混凝土蜂窩、麻面。其五基礎，第5～10 號橋墩樁基基礎有局部沖蝕現象，有輕微磨損、腐蝕現象，個別表面磨耗，粗骨料外露；第11 號橋墩基礎被河水沖刷，個別基樁大面積露筋，承臺底面骨料外露；第12 號橋墩基礎有局部沖蝕現象，部分外露，但未露出基底。其六主梁梁底標高測量，經過量測30mT 梁上拱平均值為3.55cm，最大上拱值為第8 跨2 號梁的5.85cm。結合主梁的病害，分析上拱的產生原因是T 梁預制階段預應力張拉及后期混凝土收縮徐變。連續箱梁橋梁底下擾約0.02～0.11m，其中第14 跨下擾最大為0.11m。通過主梁梁底標高測量，主引橋主梁剛度未受到明顯的削弱[1]。

2 大橋維修加固設計

2.1 加固設計目標

維修加固目標為：通過維修加固，大橋應恢復原設計的承載能力。

2.2 維修加固設計內容與施工工藝

2.2.1 基礎

恢復了原設計的承載能力，基礎進行全面復核計算，滿足原有設計要求，故只對橋墩樁頂混凝土質量較差，主筋外露、銹蝕的樁基，采取環向植筋外包鋼筋混凝土的方式修復，再對基礎進行拋石防護。

2.2.2 支座

引橋支座全部更換，對于破損的支座墊石采用環氧樹脂混凝土修復。除17 號橋臺外，對主橋支座采用除銹處理，對于破損的墊石采用環氧樹脂混凝土修復。

2.2.3 橋墩

經全面復核計算，蓋梁、墩身、承臺都滿足原有設計要求，故只對蓋梁、墩身、承臺出現混凝土剝落、露筋進行修復，先鑿除剝落的混凝土再采用環氧混凝土修復，最后粘貼一層碳纖維布。

2.2.4 主引橋主梁

其一，對主梁、橫隔梁蜂窩、粗骨料外露、麻面等較嚴重病害處，先對表面進行鑿除處理，再用環氧樹脂砂漿進行填補，最后黏碳纖維布。其二，對于寬度大于0.15mm裂縫采用化學灌漿法修補，施工工藝流程為，清洗裂縫—黏灌漿嘴—封閉裂縫—檢查裂縫封閉情況—補漏氣處—配漿—灌漿—效果檢查。其三，對主橋箱梁出現的腹板斜向剪切裂縫，先對裂縫進行封閉處理，再采用粘貼鋼板對主梁箱梁腹板進行維修加固。另外，在靠近每個主墩4～15m 范圍內、靠近邊墩支座2～11m 范圍內粘貼鋼板，粘貼方向垂直于斜裂縫，呈45 度斜角。鋼板規格為Q345B 型60×6mm，粘貼膠的選擇應符合結黏強度高、耐久性好的特性，且應滿足檢測單位檢驗要求。

2.2.5 橋面系

更換橋面系的人行道板、欄桿、伸縮縫、燈具，鑿除原有橋面混凝土鋪裝層，改為7cm 厚混凝土鋪裝層+4cm 厚改性瀝青混凝土鋪裝。

2.2.6 17 號橋臺隱蔽性工程維修

老橋維修加固開挖17 號橋臺時發現：一是17 號橋臺下游側盆式橡膠支座銹蝕嚴重、上下鋼板發生位移且支座橡膠塊有變形（17 號橋臺側有2 個盆式橡膠支座，下游側支座出現嚴重病害，上游側支座基本完整除了鋼板有些銹蝕）。二是17 號橋臺臺帽部分開裂（近背墻面開裂，遠離背墻面完整）。三是橋臺背墻、臺肋開裂。四是臺后搭板脫空靠。

成因分析：由于17 號橋臺采用擴大基礎且橋臺高度較高，受超載、臺后土壓力及伸縮裝置破壞等不利因素影響，導致背墻與箱梁間無伸縮空間，17 號橋臺處盆式支座失效約束了連續箱梁變形，在溫升狀態下支座底部出現水平力，導致臺帽梁劈裂和肋板頂部斜向開裂。臺后搭板脫空，因臺后填土較高且老橋運營年限長久導致臺后填土下沉而造成的。對17 號橋臺隱蔽性工程處理方法：搭設臨時支撐，頂升邊跨箱梁，對原破損嚴重的橋臺背墻、臺帽鑿除重做，對已失效的盆式橡膠支座進行更換，對臺背松散的回填料反挖，再重新壓實回填。

施工流程如下：17 號橋臺錐坡前場地處理（開挖換填表層土，預壓粉質黏土，澆筑50cm 厚混凝土地基）—搭設支撐鋼管—預壓臨時支撐(安全系數為2.5，最后預壓24 小時，臨時支撐無下沉變形)—安裝梁下縱橫向支撐—安裝臨時支座(采用砂筒)—架設千斤頂向上頂升5mm—拆除原有盆式支座—向上頂升10mm—撤除千斤頂，千斤頂的力轉換到臨時支座上—進行臺肋、臺帽、支座等拆除、重構等施工—待臺帽混凝土強度達到90%時，撤除臨時支座（放砂），臨時支座力轉換到橋臺處永久支座上。箱梁頂升示意圖見圖2、圖3。頂升過程，老橋封閉交通。頂升過程中以箱梁變形為主，頂升力為輔助來進行控制，且頂升過程中要安排人員對箱梁邊跨段及臨近的次中跨段進行裂縫觀察，若出現異常，則停止頂升。

圖2 箱梁頂升橫斷面圖

圖3 箱梁頂升縱斷面示圖

3 大橋靜載試驗

3.1 靜載試驗內容

一方面，撓度觀測：主要觀察梁在荷載作用下各個控制截面的豎向撓度，看是否滿足梁的剛度要求。另一方面，應變觀測：主要觀察梁在荷載作用下最不利截面的應變狀態，進而了解梁的應力狀態，看是否滿足強度要求。

3.2 試驗結果

3.2.1 主橋撓度

在主梁邊跨跨中、次邊跨跨中、L/4 中跨、L/2 中跨布置測點，采用精密水準儀，對每個試驗工況加載前后均進行觀測。如表1 給出了試驗工況8 的測試結果。

表1 工況8 主梁控制截面擾度實測值與理論計算值

表中，下撓為“+”、上撓為“-”。

從上表可知，工況8 下各控制截面的撓度校驗系數均在0.66～0.83 之間，滿足規范規定的撓度校驗系數0.6～1.0 的要求。工況撓度校驗系數在0.62～0.85 之間，亦滿足要求。

3.2.2 主橋應力

在主梁邊跨跨中、次邊跨跨中、中墩支點、L/4 中跨、L/2 中跨箱型截面的底板、腹板兩側粘貼應變片，對每個試驗工況加載前后均進行測試。如表2 給出了L/2中跨截面工況8 的測試結果。

表2 L/2 中跨截面工況8 應力實測值與理論計算值

表中，拉應力為“+”、壓應力為“-”。

從上表可知，L/2 中跨截面工況8 卸載殘余應力不到實測值的10%，說明橋梁變形處于彈性范圍內。

4 結語

萬安縣老贛江大橋維修加固后，經過靜載試驗校驗，剛度和強度都能滿足汽-20kN/m2，掛-100kN/m2，人群-3.5kN/m2的運營要求，大橋恢復了原設計的承載能力，經過一段時期的運營，大橋未產生新的病害，說明本次維修加固是成功有效的。