某市政橋梁橋面維修方案的確定

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(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

引言

許多的市政橋梁修建年代較早，且多采用小跨徑實(shí)心板形式，板間的橫向聯(lián)系多采用鉸縫連接。隨著使用時(shí)間的增長，容易出現(xiàn)鉸縫脫落、橫向聯(lián)系減弱或缺失的問題，導(dǎo)致出現(xiàn)單板受力的現(xiàn)象。單板受力是指橋梁上部板梁結(jié)構(gòu)中部分梁之間失去橫向聯(lián)系后，產(chǎn)生某一塊或多塊板梁單獨(dú)受力的情況。橋梁出現(xiàn)單板受力病害后，由于荷載橫向分布系數(shù)比設(shè)計(jì)值增大，橋梁不能共同受力，致使整體承載能力降低。加劇了單板疲勞破壞，使橋梁上部結(jié)構(gòu)處于極為不利的受力狀態(tài)，降低了橋梁耐久性和使用壽命[1]。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某橋梁位于太原市某主干路上，為1座南北走向的5跨簡支普通鋼筋混凝土實(shí)心板梁橋，跨徑組合為5×6.7 m，橋梁中心線與河道中心線法線逆交10°，橋面總寬35 m。每跨上部結(jié)構(gòu)均由33榀普通鋼筋混凝土實(shí)心板梁組成，人行道下實(shí)心板梁與車行道下實(shí)心板梁間無鉸縫連接，梁高均為0.33 m，每跨8號、9號、22號、23號實(shí)心板梁底寬均為1.5 m，其余板梁底寬均為1.0 m，橋面鋪裝為約20 cm厚的瀝青混凝土。該橋曾進(jìn)行拓寬改建，改建時(shí)僅保留了老橋的下部結(jié)構(gòu)，并于其兩側(cè)各新建了一幅橋。該橋梁的橫斷面示意圖見圖1。

圖1 橋梁橫斷面示意圖

1.2 橋面存在病害及原因分析

根據(jù)檢測報(bào)告，該橋橋面鋪裝存在較為嚴(yán)重的病害。

1.2.1 橋面鋪裝

(1)全橋車行道橋面鋪裝上分布有多條明顯的縱向裂縫，裂縫均對應(yīng)于板梁間鉸縫位置，且板梁間底面均有通長的滲水痕跡，這表明實(shí)心板梁間的鉸縫已經(jīng)損壞，橋面病害見圖2。尤其是第5跨橋面鋪裝對應(yīng)于4-5-22號～4-5-23號板梁鉸縫處，距5號臺2.0～4.5 m范圍內(nèi)已出現(xiàn)明顯的凹陷，最深處達(dá)5.0 cm，但對應(yīng)此鉸縫兩側(cè)板梁底面無明顯錯(cuò)位，這主要是由于板梁間鉸縫已嚴(yán)重?fù)p壞，此處橋面鋪裝在重車的反復(fù)碾壓下產(chǎn)生了局部凹陷。鉸縫的損壞降低了橋梁的橫向整體性，使得荷載橫向分布集中，已形成單梁受力的不利狀況，大幅度降低了橋梁上部結(jié)構(gòu)的承載能力。

圖2 橋面鋪裝病害分部圖

(2)全橋墩臺處橋面鋪裝均分布有橫向裂縫，橫縫均對應(yīng)于墩臺位置，多數(shù)貫穿整個(gè)車行道。產(chǎn)生這種裂縫的主要原因是主梁在車輛荷載的作用下，梁端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致該處橋面鋪裝因負(fù)彎矩作用而橫向開裂。

1.2.2 伸縮縫

全橋墩臺處均未設(shè)置伸縮裝置，橋面鋪裝均為連續(xù)構(gòu)造，不利于主梁的正常伸縮。

1.2.3 人行道及欄桿

該橋東西兩側(cè)人行道鋪裝均存在縱向裂縫，這主要是由于人行道下板梁間未設(shè)鉸縫連接，板梁間拼縫反射到人行道鋪裝表面所致。此外，人行道鋪裝還存在局部網(wǎng)裂和破損。

2 承載能力檢算[2-3]

2.1 檢算荷載

檢算荷載包括恒載和活載，恒載包括實(shí)心板梁、橋面鋪裝、欄桿等附屬設(shè)施的自重。本次檢算擬采用汽車-20級、掛車-100，人群荷載3.5 kPa作為檢算荷載。

2.2 檢算對象

本次檢算僅針對上部主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行，檢算中結(jié)構(gòu)外觀尺寸以現(xiàn)場實(shí)測為準(zhǔn)。

2.3 主梁檢算

(1)該橋人行道板與車行道板間無鉸縫連接，因此將車行道和人行道分幅進(jìn)行檢算；由于人行道板梁間未設(shè)鉸縫，人行道板梁按單梁計(jì)算。

(2)該橋上部結(jié)構(gòu)車行道實(shí)心板梁的部分鉸縫失效，個(gè)別1.5 m車行道板、1.0 m車行道板存在單梁受力的跡象，因此車行道實(shí)心板梁的檢算均按單梁受力狀態(tài)進(jìn)行，同時(shí)給出鉸縫完好狀態(tài)下的檢算結(jié)果。

(3)經(jīng)無損檢測得到的實(shí)心板梁混凝土推定強(qiáng)度均在36.5 MPa以上，偏于安全考慮，本次檢算取JTJ 023—85《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》[3]中的C30混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2.4 橫向分布系數(shù)

采用通用的橋梁博士計(jì)算軟件(v3.0.3)，按鉸接板梁法計(jì)算各實(shí)心板梁的荷載橫向分布系數(shù)，實(shí)心板梁跨中截面荷載最大橫向分布系數(shù)列于表1。

表1 實(shí)心板梁橫向分布系數(shù)最大值

2.5 承載能力極限狀態(tài)檢算

2.5.1 正截面抗彎強(qiáng)度

該橋?qū)嵭陌辶嚎缰薪孛婧奢d極限彎矩最不利組合值及截面極限抵抗彎矩計(jì)算結(jié)果見表2。

2.5.2 斜截面抗剪強(qiáng)度

選取實(shí)心板梁距支座中心h/2處斜截面進(jìn)行抗剪強(qiáng)度檢算。該橋?qū)嵭陌辶盒苯孛孀畲蠹袅M合值及斜截面極限抗剪強(qiáng)度見表3。

2.6 剛度檢算

對鋼筋混凝土橋梁在正常使用極限狀態(tài)短期荷載作用下的變形進(jìn)行檢算。該橋?qū)嵭陌辶涸谄嚭奢d作用下跨中最大撓度計(jì)算結(jié)果見表4。

2.7 檢算結(jié)論

綜合以上檢算結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：目前該橋上部結(jié)構(gòu)實(shí)心板梁的承載能力僅能滿足汽車-8級，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求；若板梁間失效鉸縫修復(fù)完好，則該橋上部結(jié)構(gòu)實(shí)心板梁能滿足汽車-15級、掛車-80，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求。

3 維修方案

根據(jù)橋面目前存在的病害及計(jì)算結(jié)果，確定如下維修方案：

(1)鑿除橋面車行道部分瀝青和混凝土鋪裝層，鑿除人行道表面砂漿鋪裝層。

(2)用M15砂漿將實(shí)心板梁間的縫隙進(jìn)行灌封填充，待實(shí)心板梁間砂漿強(qiáng)度足夠后，在板梁上部鉆孔，粘貼鋼板并用錨固螺栓錨固，以增強(qiáng)實(shí)心板之間的橫向聯(lián)系。

表2 實(shí)心板梁跨中正截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

表3 實(shí)心板梁斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

表4 汽車荷載作用下實(shí)心板梁跨中最大撓度值1)

(3)在橋面上鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)(上、下層均為B10@100 mm)，靠近人行道時(shí)若鋪裝厚度不足，則調(diào)整為單層鋼筋網(wǎng)，澆筑C40鋼纖維混凝土鋪裝層。

(4)混凝土鋪裝層強(qiáng)度足夠后，在其上鋪裝瀝青面層，混凝土鋪裝層與瀝青鋪裝層間設(shè)置高分子聚合物瀝青防水層。

(5)在兩端橋頭安裝TST伸縮縫不銹鋼蓋板。

(6)用修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)人行道板破損部分。

4 結(jié)語

對于單板受力病害，在橋面鋪裝厚度足夠的情況下，鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片能夠很好地解決橫向聯(lián)系不足的問題，但若受橋面鋪裝厚度限制，整體或部分橋面鋪裝只能設(shè)單層網(wǎng)片時(shí)，需要通過其他方式來增強(qiáng)梁板之間的橫向聯(lián)系。本方案是通過增加鋼板來增強(qiáng)板梁之間的橫向聯(lián)系，在今后對類似病害維修處治時(shí)，需根據(jù)現(xiàn)場的具體條件確定合理、經(jīng)濟(jì)的方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁巍，楊彥晨.淺談橋梁鉸縫失效及維護(hù)技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(6)：59.

[2] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3] JTJ 023—85，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[S].北京：人民交通出版社，1985.