廣深高速公路10#橋工作狀態(tài)研究

劉闊譽

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概述

10#橋起迄里程為 CH7 665.429—CH7 771.309，全長105.88 m，為廣深高速公路跨深圳市北環(huán)路跨線橋，該橋與北環(huán)路斜交，中心處斜交角為 50°40′08″，20世紀(jì)90年代初建成。橋梁位于R=2 500 m平曲線上，并有縱向坡度，故為一座彎、坡、斜橋梁結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)由兩座相互分離的4孔24 m連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土Π型梁組成。梁肋底寬 0.80 m，頂寬 1.20 m，高1.35 m，橋面板厚度沿橋橫向是變化的，梁肋處0.45 m，跨中0.35 m，內(nèi)外邊緣0.20 m。橋面板頂板設(shè)有3%的橫坡。左右兩幅橋，每幅橋內(nèi)側(cè)采用單向活動盆式支座，外側(cè)采用雙向活動盆式支座，故上部構(gòu)造為縱向飄浮體系。本橋伸縮縫只設(shè)在橋臺處。設(shè)計荷載為汽超—20，掛—120。

該橋施工拆模后，發(fā)現(xiàn)中支點腹板處出現(xiàn)6～7條，寬為5～6 mm的斜裂縫，經(jīng)檢測后認(rèn)為支點處于極不正常的工作狀態(tài)，嚴(yán)重危及斜截面的承載能力。后進行了腹板加固處理，再次的靜載試驗結(jié)果表明其正應(yīng)力及剪應(yīng)力的分布已趨于正常。

經(jīng)過十多年的運營，廣深珠高速公路有限公司計劃對橋面加鋪瀝青混凝土罩面層，本文針對橋梁目前的工作狀態(tài)以及最大量加鋪瀝青混凝土罩面層后橋梁的工作狀態(tài)進行深入研究，研究中對于相關(guān)方法和參數(shù)的取值采取橋梁設(shè)計時所參照的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2 外觀普查及檢測

2.1 外觀普查結(jié)果

由于10#橋處于深圳市北環(huán)公路上方，北環(huán)公路車流量頻繁，車輛行駛速度較快。封閉主道進行橋梁檢查、檢測的方法無法實現(xiàn)，所以只能選取四跨中的兩個坐落在輔道上的邊跨進行檢測工作。①Π型梁跨中腹板發(fā)現(xiàn)豎向裂縫17條，最長已通向翼緣板，長約3 m，裂縫寬度都在0.1 mm以內(nèi);②翼緣板底面存在縱向裂縫，最長的約4 m，寬度都在0.1 mm以內(nèi);③橋墩墩壁有一條豎向裂縫，長度3.2 m，寬度為1.5 mm;④端橫梁后面的橋臺上有兩條豎向裂縫，長度約1.0 m，寬1.7 mm;⑤端橫隔板靠近腹板處有一條豎向裂縫，長度1.2 m，寬度為1.5 mm。

2.2 橋梁檢測結(jié)果

2.2.1 混凝土強度檢測結(jié)果

為了全面了解橋梁混凝土現(xiàn)有狀態(tài)，分別對10#橋南、北行梁體、橋臺及橋墩進行混凝土強度檢測及混凝土碳化深度測試，混凝土檢測結(jié)果列于表1～表6?；炷翉姸葯z測采用超聲回彈綜合法，這種方法是建立在超聲波傳播速度和回彈值同混凝土抗壓強度之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上的，以聲速和回彈值綜合反映混凝土的抗壓強度。檢測依據(jù)為中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》CECS02:88。

混凝土的碳化是指混凝土中的成分(Ca(OH)2)與滲透進混凝土中的二氧化碳(CO2)和其他酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程?；炷撂蓟竺芏群蛷姸葧兴岣?，表面硬度增大，但碳化后混凝土堿度降低，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞而使鋼筋產(chǎn)生銹蝕。此外，碳化會加劇混凝土的收縮導(dǎo)致混凝土開裂。

混凝土的碳化深度是評價混凝土質(zhì)量和耐久性的重要指標(biāo)之一。

從表1～表3可以得出，10#橋南行混凝土推定強度在43.8～48.9 MPa之間;混凝土實測碳化深度在4.1～5.1 mm，為正常碳化速率。從表4～表6可以得出，10#橋北行混凝土推定強度在43.3～49.4 MPa之間;混凝土實測碳化深度在4.3～4.5 mm，為正常碳化速率。

表1 10#橋南行(廣州—深圳)梁體混凝土強度檢測結(jié)果(回彈法)

表2 10#橋南行(廣州—深圳)橋臺混凝土強度檢測結(jié)果(回彈法)

表3 10#橋南行(廣州—深圳)墩混凝土強度檢測結(jié)果(超聲回彈綜合法)

表4 10#橋北行(深圳—廣州)梁體混凝土強度檢測結(jié)果(回彈法)

表5 10#橋北行(深圳—廣州)橋臺混凝土強度檢測結(jié)果(回彈法)

表6 10#橋北行(深圳—廣州)墩混凝土強度檢測結(jié)果(超聲回彈綜合法)

2.2.2 鋼筋混凝土保護層與碳化深度測試結(jié)果

鋼筋混凝土保護層與碳化深度測試結(jié)果見表7。從表7中的鋼筋保護層厚度的特征值說明該橋保護層厚度適中;從混凝土的碳化深度判斷，鋼筋沒有大面積銹蝕的可能。

表7 廣深高速公路鋼筋混凝土保護層與碳化深度測試結(jié)果

3 橋梁檢算

3.1 計算思路

由于10#橋為四跨等跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，所以針對控制截面:邊跨0.4L截面、中跨0.5L截面及1#墩頂截面進行檢算，檢算分為現(xiàn)有狀態(tài)及加鋪5 cm瀝青混凝土狀態(tài)。

Π形大橋面板應(yīng)用有限元法進行分析。主要采取手工計算結(jié)合結(jié)構(gòu)計算軟件橋梁博士和ANSYS進行校驗。結(jié)構(gòu)有限元計算模型見圖1。

3.2 現(xiàn)有工作狀態(tài)受力評估

根據(jù)設(shè)計時所參照的公路橋涵設(shè)計規(guī)范以及設(shè)計圖紙，計算結(jié)果如表8。從表8可以看出，最大荷載組合下結(jié)構(gòu)控制截面彎矩值均小于根據(jù)承載能力極限狀態(tài)正截面強度計算值，所以結(jié)構(gòu)受力符合規(guī)范要求。

圖1 結(jié)構(gòu)有限元計算模型(單元劃分)

表8 結(jié)構(gòu)內(nèi)力強度檢算結(jié)果 kN·m

3.3 加鋪5 cm瀝青混凝土后受力評估

根據(jù)加鋪5 cm瀝青混凝土后的結(jié)構(gòu)特性，計算結(jié)果如表9。從表9中可以看出，最大荷載組合下結(jié)構(gòu)控制截面彎矩值均小于根據(jù)承載能力極限狀態(tài)正截面強度計算值，所以在加鋪5 cm瀝青混凝土后結(jié)構(gòu)受力依然符合規(guī)范要求。

3.4 活載作用下的鋼筋應(yīng)力檢算(單肋)

2003年頒布的《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》并未對活載作用下的鋼筋應(yīng)力幅進行規(guī)范說明，由于公路荷載等級逐步提高，車流量日漸頻繁，檢算參考了鐵路橋梁關(guān)于活載作用下鋼筋疲勞應(yīng)力幅的規(guī)定。

3.4.1 邊跨0.4L截面

計算板寬 b=0.27×23.47=6.34 m，慣性矩 I=0.976 m4，中性軸高度 Yc=1.26 m，混凝土應(yīng)力 σh=5.09 MPa，鋼筋應(yīng)力 σg=30.5 MPa＜80 MPa，鋼筋活載疲勞應(yīng)力幅滿足＜80 MPa的規(guī)范要求。

3.4.2 中跨0.5L截面

計算板寬 b=0.2×23.47=4.694 m，慣性矩 I=0.883 m4，中性軸高度 Yc=1.19 m，混凝土應(yīng)力 σh=4.72 MPa，鋼筋應(yīng)力 σg=28.3 MPa＜80 MPa，鋼筋活載疲勞應(yīng)力幅滿足＜80 MPa的規(guī)范要求。

表9 結(jié)構(gòu)內(nèi)力強度檢算結(jié)果 kN·m

3.4.3 墩頂截面

計算板寬 b=0.07×46.94=3.29 m，慣性矩 I=0.775 m4，中性軸高度 Yc=1.11 m，混凝土應(yīng)力 σh=3.70 MPa，鋼筋應(yīng)力 σg=22.2 MPa＜80 MPa，鋼筋活載疲勞應(yīng)力幅滿足＜80 MPa的規(guī)范要求

3 結(jié)論及建議

橋梁承載能力極限狀態(tài)正截面強度檢算結(jié)果，邊跨0.4L、中跨0.5L及墩頂截面均符合規(guī)范要求。橋梁加鋪5 cm瀝青混凝土后，邊跨0.4L、中跨0.5L及墩頂截面承載能力極限狀態(tài)正截面強度依然符合規(guī)范要求?；钶d作用下鋼筋應(yīng)力檢算結(jié)果，邊跨0.4L、中跨0.5L及墩頂截面鋼筋疲勞應(yīng)力幅均滿足＜80 MPa的規(guī)范要求。

本次檢算完全依照10#橋設(shè)計圖紙，計算結(jié)果可以加鋪瀝青層，但由于該橋已出現(xiàn)過裂縫，并且曾經(jīng)粘貼鋼板處理，計算結(jié)果只能作為參考，做進一步超載試驗，檢驗其實際承載能力后再決定。

建議橋面進行防水層處理，以徹底解決橋面板漏水等影響結(jié)構(gòu)耐久性的問題;對裂縫進行封閉處理;對10#橋裂縫進行定期觀測;進行靜載試驗，對橋梁現(xiàn)狀做充分評估，然后確定是否加鋪瀝青混凝土層。

［1］中華人民共和國交通部.JTG-DB-2004 公路橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］中華人民共和國交通部.YC4-4/1982 大跨徑混凝土橋梁的試驗方法［S］.北京:人民交通出版社，1982.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB50152-92 混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992.