平?jīng)龌疖?chē)站涇河大橋維修加固方案探討

王 艷，劉長(zhǎng)喜

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司)

1 舊橋概況

平?jīng)龌疖?chē)站涇河大橋采用鋼筋混凝土剛架拱，凈跨30m，矢跨比1/8，大橋全長(zhǎng)277.824m、寬16m。橋面采用預(yù)制微彎板，現(xiàn)澆混凝土填平層及橋面鋪裝層的組合結(jié)構(gòu)形式。橋臺(tái)采用重力式U形臺(tái)，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)防沖護(hù)裙。橋墩采用柱式墩鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，中墩為單向推力式墩。設(shè)計(jì)荷載:汽—20，掛—100，橋面寬度:2.0m(人行道)+12.0m(機(jī)動(dòng)車(chē)道)+2.0m(人行道)=16.0m。

2 舊橋主要病害及原因

2.1 主要病害

(1)橋面線形

該橋?qū)崪y(cè)橋面縱向線形平順度較差，起伏較大。實(shí)測(cè)橋面橫坡(0.6％～1.4％)與設(shè)計(jì)值(1.5％)出現(xiàn)較大偏差。

(2)橋面結(jié)構(gòu)

橋面凹凸不平，易積雨水，人行道板表面已經(jīng)出現(xiàn)沿橋縱向的貫穿裂縫，裂縫寬度大，長(zhǎng)度基本貫通全橋。人行道欄桿破損嚴(yán)重且出現(xiàn)外傾，全橋所有的伸縮縫已經(jīng)嚴(yán)重破壞，失去伸縮作用，個(gè)別泄水孔已經(jīng)堵塞，泄水孔周?chē)鷿B漏現(xiàn)象嚴(yán)重，影響正常排水。微彎板多處出現(xiàn)裂縫。

(3)主拱結(jié)構(gòu)

八跨拱肋跨中均出現(xiàn)橫向貫穿裂縫，并且裂縫寬度嚴(yán)重超出限值。

(4)橋墩(臺(tái))

舊橋5#橋墩混凝土局部水銹嚴(yán)重，并且樁基礎(chǔ)沖刷相當(dāng)嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積露筋。

(5)全橋總體技術(shù)狀況等級(jí)

通過(guò)外觀觀察、混凝土表面抗壓強(qiáng)度測(cè)試、裂縫測(cè)量、線形測(cè)量及靜、動(dòng)載測(cè)試，得出如下主要結(jié)論:①大橋靜力剛度較低已不能滿足原設(shè)計(jì)荷載(汽—20，掛—100)通行能力的要求，更不具備超載能力。②根據(jù)評(píng)定算式計(jì)算出的Dr=38，根據(jù)評(píng)定分類(lèi)采用的界限判定該橋的技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為四類(lèi)。

2.2 病害原因分析

理論計(jì)算表明，本橋原設(shè)計(jì)在正常施工和正常養(yǎng)護(hù)、維修條件下滿足汽-20和掛車(chē)-100的通行要求，但結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備并不高，如果運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)超載現(xiàn)象，或者養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)染鶗?huì)對(duì)橋梁的承載能力和安全性帶來(lái)較大的影響。由于涇河大橋歷年來(lái)交通任務(wù)繁重、重車(chē)通行較多，且附近有水泥攪拌場(chǎng)，經(jīng)多年超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，大橋橋面構(gòu)造及主拱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重病害。

橋梁建設(shè)于1992～1994年，在當(dāng)時(shí)時(shí)代背景下，普遍存在橋梁施工隊(duì)伍技術(shù)人員匱乏，施工水平不高，管理相對(duì)寬松等不足，存在局部混凝土缺陷、鋼筋保護(hù)不足等問(wèn)題，加之，剛架拱橋拱肋、微彎板及現(xiàn)澆填平層逐步形成，原設(shè)計(jì)無(wú)加強(qiáng)連接措施，調(diào)查中也了解到本橋填平層分兩次澆筑形成，外觀調(diào)查中發(fā)現(xiàn)存在著拱肋與橋面結(jié)構(gòu)不能共同受力的問(wèn)題，導(dǎo)致了理論計(jì)算與事實(shí)的背離，結(jié)構(gòu)受力趨于不利，近年來(lái)，交通量迅速增長(zhǎng)，超載車(chē)輛的通行也未加以控制，惡化了結(jié)構(gòu)弊病。因此，在內(nèi)外多種不利因素驅(qū)動(dòng)下，結(jié)構(gòu)病害迅速惡化，已經(jīng)到了非處治不可的地步。

3 方案設(shè)計(jì)及比較

3.1 維修加固總體構(gòu)思

鑒于大橋的病害狀況及日益劇增的交通量需求，需對(duì)其進(jìn)行加固或重建，保障通行安全。根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)論和病害原因分析，大橋加固處治工程在大的方面可以考慮維修加固與新建兩種方案。維修加固工程包括耐久性處治(含缺陷修補(bǔ)、裂縫封閉)及局部加固兩部分。

(1)耐久性處治

對(duì)裂縫寬度大于0.3mm的裂縫，沿裂縫鑿一條“V”形深槽，直至未破裂面，然后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)甲基丙稀酸脂類(lèi)化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑(甲凝)進(jìn)行修補(bǔ)，再對(duì)0.2～0.3mm寬的裂縫采用注漿法修補(bǔ)，最后對(duì)所有出現(xiàn)小于0.2mm的微小裂縫的表面進(jìn)行涂膜處理，覆蓋所有細(xì)小裂縫，更換橋面構(gòu)造及附屬結(jié)構(gòu)。

(2)局部加固處治

對(duì)主拱裂縫相對(duì)密集或裂縫寬度較大、結(jié)構(gòu)承載力不足、存在缺陷的區(qū)域進(jìn)行局部加固處治。

維修加固技術(shù)就目前加固理論、施工工藝而言已經(jīng)相當(dāng)成熟，但加固質(zhì)量及效果卻因施工隊(duì)伍素質(zhì)的參差不齊而天差地別，綜合考慮維修加固與重建在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、工藝、安全等方面的不同特點(diǎn)，為了能使加固處治之后的大橋符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的要求，針對(duì)本橋提出了包含維修加固、修建復(fù)線橋的多種方案。

3.2 方案設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)涇河大橋的全面檢測(cè)評(píng)定，該橋已經(jīng)不能滿足目前設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，更不具備超載能力。為確保大橋的通行安全，必須對(duì)其進(jìn)行維修加固，課題組綜合多方面因素，提出了如下三種處治方案。

(1)對(duì)舊橋進(jìn)行提載加固

鑒于剛架拱橋拱肋、微彎板及現(xiàn)澆填平層逐步形成，原設(shè)計(jì)無(wú)加強(qiáng)連接措施，填平層分兩次澆筑形成，存在著拱肋與橋面結(jié)構(gòu)不能共同受力的問(wèn)題，加固時(shí)將現(xiàn)澆填平層鑿除，拆除微彎板，重新施工，并增設(shè)瀝青混凝土橋面鋪裝，對(duì)橫向聯(lián)系進(jìn)行加強(qiáng)，承載力不足之處通過(guò)粘貼鋼板加固，更換舊橋破損的橋面系。

對(duì)墩身破損嚴(yán)重的橋墩，采用鋼管混凝土外套箍加固，對(duì)橋墩基礎(chǔ)系梁下掏空的地基部分應(yīng)就地取土回填，并分層夯實(shí)。

存在問(wèn)題:現(xiàn)階段舊橋加固設(shè)計(jì)理論及工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，但施工隊(duì)伍仍以未經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練的農(nóng)民工為主，使得加固質(zhì)量難于保證，加固處理之后的承載力評(píng)定較困難，本方案既對(duì)主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，又對(duì)已破損的橋面及附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行更換，舊橋作為連拱結(jié)構(gòu)勢(shì)必對(duì)孔跨偏載甚為敏感，合理的工藝、工序才能保證施工期間的安全，復(fù)雜的工藝、工序必然要求較長(zhǎng)的工期，加之加固施工受季節(jié)影響，導(dǎo)致了昂貴的費(fèi)用。

(2)更換舊橋上部結(jié)構(gòu)、利用其基礎(chǔ)

針對(duì)方案一存在的專(zhuān)業(yè)化程度高、加固質(zhì)量難于保證、工藝工序復(fù)雜、受季節(jié)影響、加固費(fèi)用高等諸多不利因素，提出了更換舊橋上部結(jié)構(gòu)，利用其基礎(chǔ)的新老結(jié)構(gòu)混合使用方案。

①拆除舊橋基礎(chǔ)以上結(jié)構(gòu)

按照安裝施工的逆順序進(jìn)行拆除施工，單墩兩側(cè)宜對(duì)稱(chēng)施工，盡量減小單墩兩側(cè)的不平衡荷載，避免因拆除上部結(jié)構(gòu)而對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生二次損傷，防止因偏載導(dǎo)致的多孔垮塌事故。拆除順序如下。

橋面鋪裝→人行道系→鑿除調(diào)平層→拆除微彎板→切斷橫系梁→剛架拱肋→鑿除立柱、柱帽、拱座及承臺(tái)。

拆除施工至樁基承臺(tái)底面，保留樁基部分，對(duì)樁基頂部進(jìn)行30cm深度的鑿毛，以便于新老混凝土面的結(jié)合。

②對(duì)舊橋基礎(chǔ)進(jìn)行加固

大橋5#橋墩樁基破損嚴(yán)重，從檢測(cè)、試驗(yàn)，外觀破損形態(tài)分析，主要是施工時(shí)未將樁頂含有泥沙和松散層的段落鑿除，在水流沖刷下混凝土的保護(hù)層剝落，露筋。鑒于此問(wèn)題在其它墩樁基也有可能存在，由于現(xiàn)在無(wú)法開(kāi)挖檢查，現(xiàn)按每根樁均存在此問(wèn)題進(jìn)行了加固處理，施工時(shí)須逐樁進(jìn)行檢查，根據(jù)具體存在問(wèn)題進(jìn)行加固，鋼筋包箍長(zhǎng)度也應(yīng)根據(jù)含泥沙和松散層的長(zhǎng)度確定，鋼筋包箍伸入完好混凝土的每側(cè)不小于1m。鋼管直徑2 500mm，壁厚10mm，管內(nèi)灌裝C40混凝土。3#～7#墩對(duì)系梁以下掏空的地基部分就地取土回填，并分層夯實(shí)。

在順利拆除舊橋結(jié)構(gòu)、有效對(duì)基礎(chǔ)加固之后，即可施工新結(jié)構(gòu)，此時(shí)，必須重視混凝土的不同齡期及傳力問(wèn)題，新老混凝土結(jié)合處可考慮設(shè)置鋼筋網(wǎng)片、新澆混凝土加入適量膨脹劑以減小混凝土收縮，選擇適當(dāng)?shù)慕缑鎰?、植筋等方法?lái)加強(qiáng)界面連接。

存在問(wèn)題:在考慮方案一不利因素的基礎(chǔ)上提出本方案，在經(jīng)濟(jì)、工藝、質(zhì)量等方面均較方案一更具競(jìng)爭(zhēng)力，但舊橋拆除施工必須制定安全、可靠、合理的施工工序，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，也將耗費(fèi)較大資金，更為嚴(yán)重的是處治之后的結(jié)構(gòu)除基礎(chǔ)外均為新建結(jié)構(gòu)，而基礎(chǔ)雖經(jīng)加固，但承載力難于判定，其耐久性及質(zhì)量也遠(yuǎn)抵不上新建結(jié)構(gòu)。

(3)對(duì)舊橋進(jìn)行限載加固、新建12m寬復(fù)線橋。

為了避免方案一、二可能產(chǎn)生的后期隱患，又想在不花費(fèi)較大代價(jià)的前提下，繼續(xù)發(fā)揮舊橋的利用價(jià)值，大橋加固課題組建議:對(duì)舊橋病害嚴(yán)重的部位進(jìn)行粘貼鋼板、裂縫封閉等處治，供小車(chē)及行人通行，在舊橋一側(cè)新建12m寬復(fù)線橋供重車(chē)通行。

存在問(wèn)題:本方案是在綜合考慮前兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)之后提出的，通過(guò)修建復(fù)線橋?qū)崿F(xiàn)對(duì)重車(chē)、小車(chē)及行人的分流，降低舊橋的荷載等級(jí)，使其在承載能力范圍內(nèi)繼續(xù)服役，其美觀的造型也得以保留。但此方案大小車(chē)分流增加交通轉(zhuǎn)換、降低通行速度、減少了交通量，需增設(shè)交通輔助設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)大小車(chē)的順利分流、減小因車(chē)輛交織帶來(lái)的不利影響。

三種方案涵蓋了該橋加固處治的所有可能性，方案構(gòu)思及各方案小結(jié)基本考慮了全部可能存在的利弊因素。在施工的難易程度上、質(zhì)量保證、后期維護(hù)、造價(jià)、外觀造型、工期等諸多方面各方案利弊不一，經(jīng)過(guò)比較，最終采用方案三對(duì)本橋進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)。

4 加固設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算

按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)進(jìn)行荷載基本組合、短期組合和長(zhǎng)期組合。按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)和《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T J22-2008)進(jìn)行承載力檢算，并考慮逐步成形的初應(yīng)力影響，舊橋承載力折減系數(shù)和活載影響修正折減系數(shù)等均參照靜、動(dòng)載檢測(cè)結(jié)論采用。

4.2 加固要點(diǎn)

(1)拱肋

拱肋每跨跨中均存在嚴(yán)重超過(guò)規(guī)定的裂縫，考慮拱肋逐步形成存在的初應(yīng)力影響，跨中承載力理論上也不足，跨中下緣粘貼6mm厚鋼板加固。

(2)微彎板及現(xiàn)澆層

桁架拱橋拱肋、微彎板及現(xiàn)澆填平層逐步形成，原設(shè)計(jì)無(wú)加強(qiáng)連接措施，外觀調(diào)查中發(fā)現(xiàn)存在著拱肋與橋面結(jié)構(gòu)不能共同受力的問(wèn)題，導(dǎo)致了理論計(jì)算與事實(shí)的背離。但既有微彎板植筋困難，且造價(jià)較高，全部更換微彎板也不現(xiàn)實(shí)。本次結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)對(duì)損壞嚴(yán)重和松動(dòng)的更換或重新安裝，微彎板雖存在較多的裂縫，但大多為龜裂，不再進(jìn)行處理。微彎板更換數(shù)量按原橋總量的10％計(jì)，施工時(shí)，由監(jiān)理和有關(guān)部門(mén)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)具體需更換的微彎板數(shù)量。

鑿除原現(xiàn)澆層，重新施工，由于微彎板很薄，不便植筋，為加強(qiáng)新老混凝土連接和因新澆筑混凝土收縮引起新老混凝土脫粘的問(wèn)題，在微彎板橫梁處植筋。

更換損壞的微彎板仍按原設(shè)計(jì)施工，微彎板頂面鑿毛，并采用微膨脹混凝土，補(bǔ)償收縮?，F(xiàn)澆層內(nèi)布設(shè)直徑16mm的HRB335鋼筋網(wǎng)，間距10cm。

(3)橋墩

本橋5#墩墩身破損嚴(yán)重，采用鋼管套箍進(jìn)行加固，鋼管直徑2 500mm，壁厚10mm，管內(nèi)灌裝C40混凝土。對(duì)沖涮嚴(yán)重的基礎(chǔ)進(jìn)行回填處理，橋下存在淘砂現(xiàn)象，應(yīng)禁止，并對(duì)砂坑進(jìn)行回填，疏浚河道，使排水通暢。

(4)橋面系及其他

行車(chē)道橋面鋪裝采用5cm厚改性瀝青混凝土，攤鋪前，在橋面板上涂刷三涂防水材料。人行道橋面鋪裝采用2cm厚M20水泥砂漿。在橋臺(tái)處及各墩墩頂各設(shè)一道GQF-C40型伸縮縫。

(5)存在的問(wèn)題和注意事項(xiàng)

本橋5#墩墩身破損嚴(yán)重，從檢測(cè)、試驗(yàn)，外觀破損形態(tài)分析，主要是施工時(shí)未將樁頂含有泥沙和松散層的段落鑿除，在水流沖刷下混凝土的保護(hù)層剝落，露筋。此問(wèn)題在其它墩也有可能存在，但開(kāi)挖檢查和可能存在的加固費(fèi)用較高，考慮到本橋運(yùn)營(yíng)多年的事實(shí)和試驗(yàn)時(shí)未發(fā)現(xiàn)下部結(jié)構(gòu)變形異常，本次僅對(duì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題的5#墩采用鋼管套箍加固，其它墩維持現(xiàn)狀，養(yǎng)護(hù)部門(mén)需對(duì)橋墩基礎(chǔ)定期檢查，排查隱患。

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)際工程對(duì)舊橋加固的方案比較進(jìn)行了探討，設(shè)計(jì)單位應(yīng)利用專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，對(duì)項(xiàng)目的決策提供準(zhǔn)確、客觀的意見(jiàn)，體現(xiàn)了全新的設(shè)計(jì)理念，加固方案的探討過(guò)程為舊橋加固維修的方案制定、決策提供了借鑒作用，。

[1] 中華人民共和國(guó)行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T J22-2008)[S].

[2] 中華人民共和國(guó)行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范(JTG/T J23-2008)[S].

[3] 顧安邦，孫國(guó)柱.(公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè))拱橋(下冊(cè))[M].北京:人民交通出版社，1995.

[4] 楊文淵.橋梁維修與加固[M].北京:人民交通出版社，1989.