梁式橋梁加固維修設(shè)計(jì)思路分析

靳曉蔚

(山西誠(chéng)達(dá)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司陽(yáng)泉分公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

1 工程概述

秀水大橋位于國(guó)道239線K892+364處(原石陽(yáng)線K120+290)，建成于1993年07月，上部結(jié)構(gòu)為3 m×20 m的鋼筋混凝土T梁橋，下部結(jié)構(gòu)為柱式臺(tái)、雙柱式橋墩，基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)。

2 秀水大橋主要病害原因及歷史加固設(shè)計(jì)及實(shí)施情況

2.1 秀水大橋病害主要原因

(1)原橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20，掛車-100，前兩次加固均未對(duì)混凝土梁體構(gòu)件受力情況進(jìn)行改善，僅僅封閉了表面裂縫，經(jīng)過幾年的運(yùn)營(yíng)，隨著車輛數(shù)量增加，主梁抗彎承載能力再次退化。

(2)長(zhǎng)期大量的超重車輛作用在橋面上，橋梁處于超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，梁體處于極限工作狀態(tài)，超過規(guī)范規(guī)定值，主梁混凝土必然開裂，裂縫逐漸擴(kuò)張延伸至腹板，形成閉合面，隨著時(shí)間的延伸，裂縫深度貫通腹板，裂縫閉合的截面處于全截面開裂狀態(tài)。

2.2 2007年秀水大橋T梁腹部的裂縫加固

2007年對(duì)投資數(shù)十萬(wàn)元秀水橋進(jìn)行了初次加固，主要是處理T梁腹部的裂縫初次加固對(duì)470條裂縫用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維布進(jìn)行表面封閉，重新鋪筑4 cm+5 cm瀝青混凝土橋面和混凝土橋面鋪裝，重做伸縮縫和橋面連續(xù)，增加橋頭搭板。

2007年加固后至2010年又產(chǎn)生新裂縫155條，其中裂縫最多的是5#-5梁有12條裂縫，裂縫最寬為0.7 mm，裂縫最長(zhǎng)為70 cm，占T梁腹部高度的53.9%；13處橫隔板混凝土剝落，連接鋼板銹蝕甚至斷裂；11道濕接縫滲水白化；伸縮縫堵塞、損壞變形；錐坡、護(hù)坡勾縫脫落。

2.3 2011年秀水大橋T梁整體裂縫加固

故2011年公路養(yǎng)護(hù)管理段對(duì)該橋進(jìn)行二次加固，加固方案為：

(1)對(duì)于T梁腹部的裂縫，用環(huán)氧樹脂與碳纖維進(jìn)行處理；

(2)橫隔板連接處用環(huán)氧砂漿修復(fù)保護(hù)層后用鋼板對(duì)拉加固；

(3)重做15 cm厚雙層鋼筋網(wǎng)混凝土橋面；

(4)重做防撞護(hù)欄、伸縮縫和橋面連續(xù)；

(5)對(duì)0#臺(tái)橋頭沉陷部分，挖除后換填砂礫重做路面結(jié)構(gòu)層，對(duì)1#臺(tái)橋頭30 m瀝青層挖除后重新鋪筑；

(6)完善排水系統(tǒng)，對(duì)橋臺(tái)錐坡、護(hù)坡重新勾縫。

3 梁式橋梁加固維修設(shè)計(jì)思路

3.1 梁式橋梁加固維修設(shè)計(jì)的原則

根據(jù)橋梁實(shí)際狀況及病害情況，本次改造加固設(shè)計(jì)遵循以下幾點(diǎn)原則。

原橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20，掛車-100，經(jīng)過幾十年的運(yùn)營(yíng)，主梁抗彎承載能力退化，該橋主梁承載能力已不滿足公路Ⅱ級(jí)要求，需對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力加固。

對(duì)橋梁其他耐久性病害進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)橋梁使用壽命。

3.2 梁式橋梁加固維修設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

針對(duì)本橋的實(shí)際病害情況，處理方法如下：

(1)對(duì)T梁進(jìn)行正截面抗彎加固，在T梁梁肋兩側(cè)進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，同時(shí)在T梁底面及側(cè)面粘貼碳纖維復(fù)合材料，與預(yù)應(yīng)力管道沖突位置截?cái)嗬w維復(fù)合材料。

(2)對(duì)T梁橫隔板側(cè)面粘貼鋼板進(jìn)行加固，同時(shí)將T梁間鉸改造為固結(jié)，增強(qiáng)橫向連接；

(3)鑿除原有橋面鋪裝，主梁腹板位置中植入剪力筋，重新澆筑混凝土鋪裝，同時(shí)更換橋面排水系統(tǒng)；

(4)對(duì)全橋支座處清掃垃圾，涂潤(rùn)滑油，鋼板做防銹處理；

(5)對(duì)T梁裂縫進(jìn)行封縫灌縫處理，裂縫寬度≥0.15 mm的采用裂縫灌注膠進(jìn)行灌縫處理，裂縫寬度<0.15 mm的采用透明裂縫封閉膠進(jìn)行封縫處理；

(6)用環(huán)氧樹脂砂漿修復(fù)破損和疏松的混凝土；對(duì)銹蝕或外露鋼筋進(jìn)行除銹和阻銹處理；

(7)外傾的0#臺(tái)右側(cè)墻頂及護(hù)欄拆除重建，更換透水性良好的臺(tái)后填料。

3.3 梁式橋加固梁板正截面抗彎承載能力加固設(shè)計(jì)思路

(1)梁式橋加固梁板錨固措施設(shè)計(jì)思路一

安全可靠的錨固措施是體外預(yù)應(yīng)力加固法的關(guān)鍵技術(shù)之一，在本次加固設(shè)計(jì)中采用鋼齒板錨固鋼束，通過高強(qiáng)螺栓將鋼齒板錨固于梁肋，按摩擦連接性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)鋼板與混凝土之間摩擦系數(shù)按0.5計(jì)算，施工時(shí)應(yīng)實(shí)驗(yàn)確定鋼板與混凝土接觸面實(shí)際摩擦系數(shù)，若實(shí)測(cè)摩擦系數(shù)小于0.5，應(yīng)對(duì)接觸面做粗糙處理保證實(shí)際摩擦系數(shù)不低于0.5。

設(shè)計(jì)思路一建議采用。

(2)梁式橋加固梁板體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)思路二

鋼束錨固采用鋼齒板通過高強(qiáng)螺栓錨固于梁肋，體外預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力取鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的65%(σK=1 209 MPa)。

在本次加固設(shè)計(jì)時(shí)，鋼束的計(jì)算主要通過控制應(yīng)力和裂縫寬度來確定。《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T J22-2008)第8.1.5條規(guī)定：當(dāng)被加固構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于C25時(shí)，不宜采用預(yù)應(yīng)力加固方法；原橋梁結(jié)構(gòu)按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)算原橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，故只需通過張拉體外預(yù)應(yīng)力適當(dāng)改善受拉側(cè)應(yīng)力狀態(tài)即可。

在增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)以滿足正常使用功能要求的同時(shí)，還能提高結(jié)構(gòu)抗彎承載能力值以滿足抗力要求。

設(shè)計(jì)思路二不建議采用。

3.4 梁式橋加固T梁橫隔板加固設(shè)計(jì)思路

本橋部分橫隔板底板、濕接縫縱向開裂表明上部T梁橫向聯(lián)系減弱，存在單梁受力的特征，應(yīng)對(duì)橫隔板加固處理，增強(qiáng)橫向聯(lián)系。中橫隔板的固結(jié)加固采用在其兩側(cè)面粘貼鋼板進(jìn)行連接，鋼板的兩端都采用對(duì)拉螺栓來固定鋼板，確保相鄰橫隔板的可靠連接。

3.5 梁式橋加固T梁翼緣板橫向聯(lián)系加固設(shè)計(jì)思路

老橋T梁橫向聯(lián)系為鉸接，在車輛的長(zhǎng)期反復(fù)作用下，鉸接縫易破損失效，加之橫隔板連接的失效，形成單梁受力，對(duì)橋梁受力非常不利。

對(duì)相鄰T梁翼板間的鉸接改造為固結(jié)，鑿除橋面鋪裝后，切除T梁懸臂30 cm寬度范圍內(nèi)的原T梁翼板混凝土，切除時(shí)注意避免損傷原有T梁翼板下緣鋼筋(可以先切除一定深度混凝土。后采用人工鑿除)。將原有T梁翼板下緣鋼筋與搭接鋼筋進(jìn)行點(diǎn)焊，并澆筑C40鋼纖維混凝土形成整體，提高翼板的橫向固結(jié)效果。此外，通過更換橋面鋪裝，并在新增的橋面鋪裝混凝土內(nèi)設(shè)橫向加強(qiáng)鋼筋，將T梁與橋面鋪裝層混凝土形成整體，進(jìn)一步增強(qiáng)橫向聯(lián)系的剛度和強(qiáng)度。

3.6 梁式橋加固更換橋面鋪裝設(shè)計(jì)思路

鑿除原橋面鋪裝后，對(duì)梁體混凝土存在的缺陷清理至密實(shí)部位，并將表面鑿毛或鑿成溝槽，溝槽凸凹深度不宜小于6 mm，以加強(qiáng)新老混凝土的結(jié)合。鑿除橋面混凝土鋪裝層時(shí)注意不要傷及梁體，方式為手工工具人工靜力鑿除，嚴(yán)禁采用大型機(jī)械或破拆設(shè)備進(jìn)行。

為加強(qiáng)新老混凝土的結(jié)合，在T梁頂面腹板位置植入U(xiǎn)形鋼筋。在T梁頂面植筋鉆孔時(shí)，植筋孔的位置可以為躲避原梁內(nèi)鋼筋而調(diào)整位置，位置誤差不宜超過±3 cm。在T梁上鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，上下層鋼筋網(wǎng)應(yīng)與預(yù)先植入的U形鋼筋可靠綁扎。

在澆筑橋面鋪裝混凝土前，應(yīng)對(duì)T梁上殘留的浮灰或垃圾進(jìn)行清理，并用高壓水進(jìn)行沖洗，用壓縮空氣將表面吹干后涂刷界面膠，最后澆筑C40鋼纖維混凝土。

3.7 梁式橋加固更換伸縮縫設(shè)計(jì)思路

更換原橋橋臺(tái)處伸縮縫前，先鑿除背墻一定范圍內(nèi)混凝土。在拆除原橋伸縮縫時(shí)注意保留T梁以及背墻原有伸縮縫預(yù)埋鋼筋，并將其與更換的伸縮縫縱向鋼筋連接，切除原有損壞和銹蝕的鋼筋并進(jìn)行植筋，T梁處植筋深度5 cm，背墻植入鋼筋深度29 cm，然后以鋼纖維混凝土填充搗實(shí)，鋼纖維混凝土摻量為0.9 kg/m3。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合秀水大橋加固維修工程，論述了公路梁式橋梁加固維修設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料的調(diào)查方法和上部結(jié)構(gòu)及附屬物的加固維修方案設(shè)計(jì)方法。根據(jù)項(xiàng)目所在路段的交通量及橋梁的使用情況，曾提出三種加固方案，一是鋼板加固法，二是體外預(yù)應(yīng)力法，三是更換主梁法。考慮到本橋臨近盂縣縣城，從市縣區(qū)規(guī)劃來看，本項(xiàng)目處于陽(yáng)泉市新城大道一級(jí)路三期項(xiàng)目?jī)?nèi)，其中一期項(xiàng)目已建成，二期項(xiàng)目正在建設(shè)，三期項(xiàng)目正在立項(xiàng)階段，預(yù)計(jì)2～3年內(nèi)建成，建成后對(duì)該橋所處路段將禁止大車通行，屆時(shí)使用壽命可大大提升，年均消耗資金大大降低。故經(jīng)施工時(shí)間、施工工藝、施工難度、施工費(fèi)用等方面優(yōu)缺點(diǎn)比較，最終采用鋼板加固法。加固后檢驗(yàn)證明，秀水大橋達(dá)到了公路-Ⅱ級(jí)汽車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以正常通車運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并且為舊橋加固設(shè)計(jì)施工提供了參考經(jīng)驗(yàn)和借鑒，值得推廣及應(yīng)用。