某互通式立交匝道橋承載能力分析評定

時(shí)軍濤 陳周博

（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司， 河南 鄭州 450006）

1 工程概況

某互通式立交匝道橋建成于2004年12月，共計(jì)4跨，跨徑組合為16+2×20+16m，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋。橋梁全長77.08m，橋面全寬14.43m，行車道寬12.43m，橋下凈空5.0m，設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級。橋面采用水泥混凝土鋪裝加瀝青混凝土鋪裝，下部結(jié)構(gòu)采用多柱框架式橋臺(tái)，樁柱式橋墩。

2 橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測評定

2.1 橋梁幾何形態(tài)參數(shù)檢測評定

由于該橋日常交通量較大，并且不斷有大噸位車輛通過，橋梁已經(jīng)出現(xiàn)明顯的下?lián)犀F(xiàn)象。此次測量采用水準(zhǔn)高程法對該互通式立交匝道橋的橋面線形進(jìn)行測量，在無法封閉橋上交通的前提下很難得到結(jié)構(gòu)能夠維持一定時(shí)間的相對靜止的狀態(tài)，因此測量中存在一定的誤差。

由于該橋竣工時(shí)的實(shí)際高程和線形等無法查閱，只有采用現(xiàn)有的橋面實(shí)際線形與橋梁的設(shè)計(jì)線形進(jìn)行對比。由現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)橋臺(tái)位置無明顯的沉降情況，即假定4#橋臺(tái)沒有明顯的沉降，與設(shè)計(jì)高程相同，測點(diǎn)1、2、3···9分別對應(yīng)橋面位置4#臺(tái)頂、第4跨跨中、3#墩頂···0#臺(tái)頂。結(jié)果表明，該橋的實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形之間存在一定的差異，表現(xiàn)在：右幅橋面實(shí)測線形與理論線形差異較大，第2跨箱梁跨中有明顯的下?lián)锨闆r，1#、2#、3#墩均有不同程度的沉降，沉降量3～5cm。左幅橋面實(shí)測線形與理論線形得到較好的吻合，箱梁未出現(xiàn)明顯的下?lián)?，墩臺(tái)也沒有明顯的沉降。

2.2 混凝土橋梁鋼筋銹蝕電位檢測評定

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》第5.4.3 條，按照測區(qū)銹蝕電位水平最低值，確定鋼筋銹蝕電位評定標(biāo)度。本次所有測區(qū)蝕電位水平最低值為-278 mV，介于（-200，-300]之間，鋼筋狀況為有銹蝕活動(dòng)性，但銹蝕狀態(tài)不確定，可能坑蝕，評定標(biāo)度為2。由于鋼筋銹蝕電位評定標(biāo)度值為2，本次檢測不再進(jìn)行混凝土橋梁氯離子含量、電阻率、碳化狀況檢測評定。鑒于本橋連續(xù)箱梁底板及腹板出現(xiàn)較多裂縫，箱梁底板出現(xiàn)大面積的滲水、有黑色膏狀物析出，偏安全考慮，混凝土橋梁氯離子含量、電阻率、碳化狀況評定標(biāo)度均取為3。

2.3 混凝土橋梁鋼筋保護(hù)層厚度檢測評定

結(jié)構(gòu)中鋼筋分布情況及保護(hù)層厚度檢測的關(guān)鍵區(qū)域主要選擇在：主要承重構(gòu)件和裂縫密集區(qū)域。采用電磁探測方法對普通鋼筋分布狀況(數(shù)量與定位)及保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測。檢測部位的混凝土保護(hù)層厚度大部分都不符合設(shè)計(jì)要求且樣本的離散性較大。按《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，箱梁混凝土保護(hù)層標(biāo)度值為4 或5，對結(jié)構(gòu)的耐久性有較大影響或鋼筋容易失去堿性保護(hù)、發(fā)生銹蝕。在同一檢測部位檢測混凝土保護(hù)層厚度的同時(shí)也調(diào)查了鋼筋的分布情況，與設(shè)計(jì)比較，鋼筋分布的間距偏差在1～10cm 以內(nèi)。

2.4 橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率檢測評定

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率fmi 與設(shè)計(jì)理論計(jì)算值fdi 的比值，來評定結(jié)構(gòu)的整體性和技術(shù)狀況。本橋上部結(jié)構(gòu)fmi/fdi 介于[0.90,1.00]之間，評定標(biāo)度為3。

3 承載能力分析評價(jià)

3.1 原結(jié)構(gòu)承載力檢算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，采用《橋梁博士》建立平面桿系計(jì)算模型，對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核。

（1） 邊跨最大正彎矩截面

故截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）邊跨中支點(diǎn)最大剪力驗(yàn)算

故截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）變形驗(yàn)算

在汽車荷載作用下，邊跨跨中最大豎向位移為f =2.314×10-3m< L/600＝2.67×10-2m，故變形滿足設(shè)計(jì)要求。

在汽車荷載作用下，中跨跨中最大豎向位移為f =3.614×10-3m< L/600＝20/600＝3.33×10-2m，故變形滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 基于檢測結(jié)果的承載力評定計(jì)算

（1）邊跨最大正彎矩截面

計(jì)算結(jié)果表明，邊跨箱梁最大正彎矩截面強(qiáng)度不滿足荷載極限承載能力的要求。

（2）邊跨、中跨最大負(fù)彎矩截面

計(jì)算結(jié)果表明，邊跨箱梁最大負(fù)彎矩截面強(qiáng)度滿足荷載極限承載能力要求。

（3）邊跨1#墩支點(diǎn)、中跨2#墩支點(diǎn)最大剪力截面

計(jì)算結(jié)果表明，在邊跨1#墩支點(diǎn)、中跨2#墩支點(diǎn)最大剪力截面強(qiáng)度不滿足荷載極限承載能力的要求。

3.3 承載能力評價(jià)結(jié)果

通過橋梁質(zhì)量檢測、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及評價(jià)分析，得出以下結(jié)論：

（1）橋墩附近頂板的橫向裂縫主要由車輛荷載作用下負(fù)彎矩過大導(dǎo)致。箱梁頂板翼緣附近縱向裂縫與車輛偏載有關(guān)，偏載工況時(shí)，箱梁的橫向作用引起頂板上緣橫向受拉，從而導(dǎo)致頂板出現(xiàn)縱向裂縫?？缰懈拱宓呢Q向裂縫均為受力裂縫，主要原因?yàn)橹剀囘^橋時(shí)，跨中正彎矩過大導(dǎo)致。橋墩附近腹板的裂縫，從裂縫形態(tài)和裂縫走勢上判斷，主要與活載作用引起的剪應(yīng)力有關(guān)，此外，由于支座附近的構(gòu)造和邊界條件相對復(fù)雜，以及橋墩和箱梁的整體下沉，這些因素對裂縫的產(chǎn)生的機(jī)理及發(fā)展趨勢都有一定的影響。

（2）箱梁混凝土均質(zhì)性較好從整體上評價(jià)箱梁混凝土強(qiáng)度處于良好狀態(tài)，強(qiáng)度推定值大于設(shè)計(jì)值。

（3）檢測部位的混凝土保護(hù)層厚度大部分都不符合設(shè)計(jì)要求且樣本的離散性較大。

（4）基于檢測結(jié)果的承載能力評定，箱梁邊跨及中跨最大正彎矩截面強(qiáng)度、箱梁邊跨及中跨中支點(diǎn)最大剪力截面強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)值，不滿足荷載極限承載能力要求。裂縫的出現(xiàn)對橋梁的承載能力和耐久性均有較大影響，且基于檢測結(jié)果的承載力評價(jià)結(jié)果表明，邊跨箱梁最大正彎矩截面強(qiáng)度及邊跨1#墩支點(diǎn)、中跨2#墩支點(diǎn)最大剪力截面強(qiáng)度均不能滿足設(shè)計(jì)荷載等級汽車－超20 級、掛車－120 的要求。為了適應(yīng)現(xiàn)有交通量的需求，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營，建議對該橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，提高箱梁的承載能力。

4 養(yǎng)護(hù)維修建議

（1）箱梁梁體縱向、橫向及斜向裂縫均為受力型裂縫，建議盡快修補(bǔ)加固，針對本橋裂縫，建議首先對裂縫進(jìn)行處置：對于裂縫寬度≤0.15mm 的細(xì)裂縫，采用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠泥直接封閉的方法處置，對于裂縫寬度＞0.15mm 的裂縫，采用低粘度環(huán)氧灌縫液壓力灌注并封閉處理的方法，使開裂的混凝土重新粘結(jié)成一個(gè)整體。為使修補(bǔ)后的裂縫不再開裂以及阻止新的裂縫不再發(fā)生，增強(qiáng)現(xiàn)澆箱梁截面的抗剪性能，綜合考慮方案的可行性及經(jīng)濟(jì)性，提出以下兩種維修加固方案以供參考：

①對裂縫進(jìn)行處置后，在箱梁兩側(cè)腹板裂縫集中出現(xiàn)的部位粘貼整塊鋼板。

②對裂縫進(jìn)行處置后，在箱梁兩側(cè)腹板裂縫集中出現(xiàn)的部位粘貼上下兩道鋼板條，然后使用角鋼或工字鋼與鋼板條焊接，形成框架結(jié)構(gòu)。

（2）建議加強(qiáng)橋梁日常巡查與維護(hù)，在橋頭設(shè)立限載標(biāo)示牌，嚴(yán)禁超過國家允許載重的車輛過橋。