老舊橋梁改造再利用技術(shù)

程敘埕，熊 歡，張 騰

(1.成都興城建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610041； 2.四川正路建設(shè)工程檢測咨詢有限公司，四川 成都 610031)

0 引言

近年來，大量高速公路與橋梁建成。新道路、橋梁建成的同時，大量老舊道路、橋梁需棄用或拆除。直接破碎拆除不僅浪費(fèi)嚴(yán)重，且由此產(chǎn)生的大量建筑垃圾對環(huán)境造成了影響。越來越多的技術(shù)人員投入到舊橋新用研究中，研究內(nèi)容主要包括舊橋加固、舊橋加固加寬、將完整拆除舊橋的可再利用部件直接用于新橋。

本文以成都市東西軸線龍泉山段車城大道橋梁設(shè)計為例，結(jié)合計劃拆除的老舊橋梁及周邊環(huán)境情況，圍繞舊橋T梁檢測及受力情況、新橋設(shè)計時對舊橋拆下的T梁利用等問題展開分析，以期積累老舊橋梁再利用經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供參考。

1 舊橋概況

車城大道橋梁始建于2014年，全長611m，橋?qū)?9m。上部結(jié)構(gòu)采用斜交T梁，梁高2.8m，斜交角度為7°。橋梁跨徑組合為15×40m=600m，共分4聯(lián)，如圖1，2所示。

圖1 舊橋標(biāo)準(zhǔn)斷面

圖2 舊橋總體布置

全橋人行道寬4m，結(jié)構(gòu)采用枕梁蓋板形式，在人行道枕梁上設(shè)置欄桿，將中央綠化帶設(shè)為防撞墻。設(shè)置160型多向變位梳形板伸縮縫，支座均采用板式橡膠支座，拆除前的舊橋如圖3所示。舊橋設(shè)計參數(shù)中，活荷載為大件車輛荷載；二期恒荷載為10cm厚瀝青混凝土+8cm厚水泥混凝土鋪裝荷載；設(shè)計使用年限為100年；橋面雙向橫坡，坡度為1.5%；抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震加速度為0.10g，特征周期為0.45s；單幅斷面寬24.5m，單幅設(shè)置9片中梁+2片邊梁，濕接縫寬0.55m。

圖3 拆除前的舊橋

2 舊橋可再利用部位分析

2.1 初步評估

對舊橋進(jìn)行肉眼近距離檢查，發(fā)現(xiàn)極少量梁體存在表面混凝土剝離病害。在運(yùn)營荷載作用下，梁體未見病害發(fā)展痕跡，未見明顯的結(jié)構(gòu)性病害，梁體目前處于完好狀態(tài)，初步評估橋梁技術(shù)狀況等級為A類，具有較大再利用價值。

2.2 利用原則

1)經(jīng)濟(jì)性

盡可能多地利用舊橋，盡可能少地產(chǎn)生軸線廢棄工程。

2)景觀性

盡可能利用對景觀功能要求較低的區(qū)域。

3)時序性

盡可能與軸線施工時序一致。

4)施工合理性

選擇合理的存梁區(qū)，減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，縮短轉(zhuǎn)運(yùn)距離，遵循橋位距存梁區(qū)由近及遠(yuǎn)的原則。

5)適用性

舊橋上部結(jié)構(gòu)為跨徑40m的斜交T梁，盡可能選擇符合此條件的橋位。

2.3 利用部位分析

根據(jù)以上利用原則，結(jié)合新橋位置地形情況進(jìn)行綜合分析。新、舊橋位地質(zhì)條件不同、高差大，橋墩、基礎(chǔ)等下部結(jié)構(gòu)只能進(jìn)行破碎拆除，無法整體利用。上部結(jié)構(gòu)主要包括橋面及附屬設(shè)施、T梁，橋面及附屬設(shè)施主要包括人行道、欄桿、瀝青鋪裝層、防撞護(hù)欄、伸縮縫、橋面調(diào)平層、排水管、路燈。瀝青鋪裝層、伸縮縫等橋面系需結(jié)合使用要求重新施工，因此只能進(jìn)行破碎拆除。附屬設(shè)施基本已老化，重復(fù)利用價值較小。因新橋處于山區(qū)段，對景觀要求較低，路燈是近幾年安裝的，重新上漆后可重復(fù)利用。

T梁擬拆除部位均為直線段，新橋曲線段無法直接使用，也無法通過直梁拼接而成，以新橋曲率半徑為2 500m的曲線段為例，如果通過舊橋直梁拼裝，按一端梁體之間合理的伸縮量預(yù)留8cm梁縫，則另一端梁體之間縫寬達(dá)39cm，由于梁體接縫太大，且從窄到寬不均勻變化，處理難度較大，因此僅考慮在新橋直線段重復(fù)利用舊橋T梁。

T梁同一跨徑分為邊梁和中梁，中梁理論上均可利用。邊梁分為整體式斷面邊梁和分離式斷面邊梁，整體式斷面邊梁理論上均可利用，分離式斷面邊梁利用難度較大，因其缺少濕接縫及端橫梁鋼筋，無法作為中梁使用，且T梁翼緣高度僅為17cm，梁體植筋無法滿足規(guī)范要求，需新做橋面排水系統(tǒng)，施工難度較大。

綜上所述，最終確定將舊橋路燈及直線段T梁中梁、整體式斷面邊梁用于新橋，且進(jìn)行新橋設(shè)計時，在直線段考慮舊橋T梁的利用。舊橋各部位再利用情況如表1所示。

表1 舊橋各部位再利用情況

3 T梁檢測評定

選擇拆除保存最完整且轉(zhuǎn)運(yùn)至梁場的321片T梁進(jìn)行檢測，主要進(jìn)行詳細(xì)外觀檢測及技術(shù)狀況評定、混凝土強(qiáng)度檢測、鋼筋保護(hù)層厚度檢測、鋼筋銹蝕電位檢測、預(yù)拱度檢測、承載能力驗(yàn)算。

3.1 外觀檢測及技術(shù)狀況評定

T梁外觀檢測及技術(shù)狀況評定結(jié)果如表2所示。由表2可知，除部分梁片未見明顯病害外，其余梁片主要病害為梁體混凝土破損和梁體右側(cè)面豎向裂縫。

表2 T梁外觀檢測及技術(shù)狀況評定結(jié)果

3.2 混凝土強(qiáng)度檢測

混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果表明，共有316片T梁混凝土強(qiáng)度評定標(biāo)度為1，占比為98%；共有5片T梁混凝土強(qiáng)度評定標(biāo)度為2，占比為2%。

3.3 鋼筋保護(hù)層厚度檢測

鋼筋保護(hù)層厚度特征值為30～51mm，評定標(biāo)度為1～3。其中，220片T梁鋼筋保護(hù)層厚度評定標(biāo)度為1，占比為69%；68片T梁鋼筋保護(hù)層厚度評定標(biāo)度為2，占比為21%；33片T梁鋼筋保護(hù)層厚度評定標(biāo)度為3，占比為10%。

3.4 鋼筋銹蝕電位檢測

鋼筋銹蝕電位檢測結(jié)果表明，最小電位差為-240～-90mV，評定標(biāo)度為1～2。其中，320片T梁鋼筋銹蝕電位評定標(biāo)度為1，占比為99.7%；1片T梁鋼筋銹蝕電位評定標(biāo)度為2，占比為0.3%。

3.5 預(yù)拱度檢測

各梁跨中預(yù)拱度為4.05～8.00cm，最大預(yù)拱度為4.73～9.55cm。由于車城大道舊橋驗(yàn)算汽車荷載等級為大件車輛荷載，且上部結(jié)構(gòu)T梁為全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，故T梁設(shè)計時預(yù)應(yīng)力度較大，在存梁期T梁會產(chǎn)生較大的預(yù)拱度，為保證橋面鋪裝層最小厚度，設(shè)計采用反拱的控制措施。實(shí)測T梁底線形呈M形，即最大預(yù)拱度分布在L/3，2L/3(L為T梁跨度)位置處。進(jìn)行新橋橋面鋪裝設(shè)計時，應(yīng)注意實(shí)測預(yù)拱度的影響，保證混凝土現(xiàn)澆層最小厚度要求。

3.6 承載能力驗(yàn)算

1)承載能力極限狀態(tài)

采用引入梁體技術(shù)狀況的檢算系數(shù)、承載能力惡化系數(shù)、截面折減系數(shù)對T梁結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)進(jìn)行修正，然后對承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行評定。結(jié)果表明，各梁片(中梁及邊梁)主要斷面抗彎和抗剪極限承載能力滿足城市-A級驗(yàn)算荷載要求。在荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下，中梁和邊梁各截面法向正應(yīng)力和主壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

2)正常使用極限狀態(tài)

采用引入梁體技術(shù)狀況的檢算系數(shù)修正限值應(yīng)力、變形和裂縫限值對T梁片進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)評定，結(jié)果如下：①在作用頻遇組合下，中梁和邊梁正截面與斜截面抗裂性滿足規(guī)范要求；②在荷載頻遇組合下，橋跨范圍內(nèi)消除自重影響，并考慮長期效應(yīng)影響的撓度值小于相應(yīng)跨度的1/600，滿足要求。

4 T梁再利用情況

對于存在多條超限裂縫的梁體，如果再利用，應(yīng)進(jìn)行裂縫注膠或封閉處理(對于寬度≥0.15mm的裂縫進(jìn)行灌縫處理，對于寬度<0.15mm的裂縫進(jìn)行封縫處理)，并在后期使用過程中加強(qiáng)對梁體的復(fù)查與養(yǎng)護(hù)，必要時還需進(jìn)行梁體靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證其承載能力，使用成本高、風(fēng)險大，因此不考慮再利用。結(jié)合新橋設(shè)計要求，最終選用287片檢測結(jié)果良好的T梁，將其應(yīng)用于東西軸線龍泉山段1，3，6，8號橋段，應(yīng)用情況如表3所示。

表3 舊橋T梁再利用情況

5 設(shè)計難點(diǎn)與解決方案

1)橋梁縱坡調(diào)整

因新橋橋型及長度原因，導(dǎo)致新橋縱坡無法按舊橋縱坡進(jìn)行設(shè)計，導(dǎo)致新、舊橋縱坡不一致。解決方案如下：在現(xiàn)狀支座調(diào)平鋼板下方重新根據(jù)坡度焊接鋼板，使支座下底面水平，同時將此部分的支座鋼板厚度計入支座安裝高度，如圖4所示。

圖4 縱坡調(diào)整示意

2)附屬設(shè)施改造

舊橋植筋量大，原T梁頂板厚20cm，無法滿足植筋要求，且橋面排水系統(tǒng)施工難度大(主要存在于邊梁)。解決方案如下：新做T梁邊板，在新做邊板上預(yù)埋防撞墻鋼筋及排水設(shè)施。

6 方案對比分析

對舊橋全部拆除重建和再利用方案施工難度、工期、成本等進(jìn)行對比分析，結(jié)果如表4所示。由表4可知，舊橋全部拆除重建方案與舊橋再利用方案施工成本接近，但舊橋再利用產(chǎn)生的廢棄物較少，節(jié)能環(huán)保。

表4 舊橋全部拆除重建和再利用方案對比

7 結(jié)語

本文結(jié)合成都市東西軸線龍泉山段車城大道橋梁工程，詳細(xì)分析了舊橋再利用技術(shù)。進(jìn)行舊橋再利用時，需依托較多前提條件，綜合考慮新、舊橋梁設(shè)計參數(shù)要求，舊橋初步評估結(jié)果，新橋建造環(huán)境等因素，確定是否進(jìn)行舊橋再利用，并結(jié)合舊橋拆除方案適用性、檢測結(jié)果、新橋設(shè)計參數(shù)及驗(yàn)算結(jié)果等因素確定舊橋再利用部位及利用方法。