50m T梁橋上下部加固技術(shù)研究

黃明海 王 萌（鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院 河南 鄭州 450001）

隨著橋梁使用年限的增長、車流量及車輛荷載的日益增大，很多公路上的橋梁出現(xiàn)不同程度、各種各樣的病害，嚴(yán)重的還會危害橋梁結(jié)構(gòu)的安全，甚至造成安全事故。本文結(jié)合某典型病害橋例，結(jié)合檢測結(jié)果分析病害原因，提出加固措施，以期對未來日益增多的舊橋改造提供有價值的參考。

1 工程概況

該橋位于國道310上，建于1990年，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為汽車－超20，驗算荷載為掛車－120，人群荷載為3kN/m2。橋梁左右分為兩幅，中央分隔帶寬2m，單幅4車道，行車道寬18.25m，人行道寬1.25m，防撞墻寬0.5m，全橋長5孔50m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T型梁，橫向由8片T梁組成，翼板由鋼板搭接連接，梁間每隔7m設(shè)一道橫隔梁。下部結(jié)構(gòu)為樁柱接蓋梁結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，每墩設(shè)三根立柱，柱高約20m，柱徑1.8m，樁徑2.0m。

2 主要病害情況

該橋主梁、 橫隔梁及墩柱分別出現(xiàn)不同程度的病害。分別如下：

1）主梁

主梁裂縫有密集型、破損嚴(yán)重型和可閉合型裂縫。個別梁體裂縫達30條之多。按梁統(tǒng)計表明，顯裂縫的出現(xiàn)率約為1/8＝12.5%，可閉合裂縫的出現(xiàn)率按梁統(tǒng)計約為2/8＝25%，均出現(xiàn)在主梁跨中的梁橫隔梁之間?？砷]合裂縫分布密集，有發(fā)展趨勢，成為主梁結(jié)構(gòu)安全隱患，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)承載能力和使用壽命。

2）橫隔梁

橫隔梁問題主要有兩個：其一對接頭失效（見圖1），其一是對接頭錯位（見圖1）。

橫隔梁對接頭完全失效的左幅橋占17.26%，右幅橋21.43%。

相鄰主梁的橫隔梁對接部位偏差大多數(shù)在50～59mm范圍，占23.8%，其次是40～49mm的占22.2%。橫隔梁對接頭偏差嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)荷載的橫向分布和結(jié)構(gòu)的承載能力。

圖1 橫隔梁接頭失效

圖2 橫隔梁接頭錯位

3）墩柱

墩柱發(fā)現(xiàn)有明顯的沿柱高方向的豎向裂縫，縫寬均超出正常使用要求，寬度最寬的達到0.45mm，詳見圖3、圖4；對于柱裂縫深度，經(jīng)取芯驗證，裂縫深度超過保護層，進入核心受壓區(qū)。個別墩柱存在水平縫，且裂縫處在發(fā)展過程中，有連接貫通趨勢。

圖3 墩頂豎向裂縫

圖4 墩身豎向裂縫

3 橋梁檢測

鑒于以上病害，對整個橋梁進行了無損檢測、靜載試驗和動載試驗，檢測情況及主要結(jié)論如下：

（1）無損檢測

無損檢測主要為確定混凝土強度的回彈試驗及混凝土碳化深度測試，混凝土的回彈試驗和碳化測試結(jié)果表明，現(xiàn)役橋梁的混凝土柱的強度等級在均值28.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)差3.66 MPa，批推定強度22 MPa，不滿足原設(shè)計要求（25號混凝土，約相當(dāng)于C23）；混凝土主梁的強度等級均值53MPa，標(biāo)準(zhǔn)差2.85MPa，批推定強度48.3 MPa。滿足原設(shè)計要求（50號混凝土，約相當(dāng)于C48）。

但存在個別構(gòu)件強度偏低現(xiàn)象，墩柱的碳化嚴(yán)重現(xiàn)象。

（2）靜載試驗

最大靜載試驗荷載下，邊梁跨中的梁底面應(yīng)變約為372με（折算應(yīng)力為12.8MPa），校驗系數(shù)為2.24；中梁的為593με（折算應(yīng)力為20.5MPa），校驗系數(shù)為5.87，大大超過了校驗系數(shù)容許范圍。

中梁靜載試驗測得跨中最大豎向位移為20.04mm，邊梁的為18.67mm，《規(guī)范》規(guī)定結(jié)構(gòu)容許位移[w]＝L/600＝81mm?？紤]自重等因素，最大總撓度為73.84mm＜81.7mm，剛度滿足要求。然而，荷載較小時校驗系數(shù)大于1.0，較大時又小于1.0，表明結(jié)構(gòu)損傷較為嚴(yán)重。

（3）跑車試驗

跑車試驗在40km/hr速度下的最大動荷系數(shù)為μ＝0.11，在60km/hr速度下的最大動荷系數(shù)為μ＝0.23，車速對動荷載系數(shù)影響明顯。

（4）雙梁靜載試驗

由于橋梁的第一跨與第三跨現(xiàn)狀不同，進行了雙梁靜載試驗，試驗表明：左幅橋第一跨的北二梁與北三梁之間的鋪裝層斷裂，荷載橫向分布大大減小，與鋪裝層完好的第三跨比較，第一跨的應(yīng)力（11.3MPa）是第三跨的應(yīng)力（5MPa）的2.26倍，增加126%。

簡單計算表明，主梁在橫向分擔(dān)荷載完好的情況下，安全系數(shù)約為1.63，如果考慮15%的預(yù)應(yīng)力損失，安全系數(shù)降為1.38。因此主梁的極限狀態(tài)的儲備是不樂觀的。

而對比試驗表明，單梁狀態(tài)的構(gòu)件長期工作在大荷載情況下，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。

4 加固方案

鑒于橫梁連接失效和前期運營車輛超載現(xiàn)象普遍等造成橋梁種種損傷和病害，降低了結(jié)構(gòu)的承載能力，需進行加固和改造，以提高橋梁的局部和整體結(jié)構(gòu)的安全性，阻止病害的增加和發(fā)展，提高病害橋梁的永久承載能力，達到提高使用壽命的目的。結(jié)合病害情況和檢測結(jié)果，分別對各構(gòu)件進行加固，措施如下：

1）主梁加固措施

根據(jù)無損檢測可知主梁混凝土強度等級可以滿足原設(shè)計要求，但靜載試驗表明梁梁底應(yīng)變校驗系數(shù)大大超過容許范圍，而位移的校驗系數(shù)在荷載大小情況下規(guī)律不一，結(jié)合梁體裂縫，綜合判定結(jié)構(gòu)有損傷，且承載能力下降較多，不能滿足原設(shè)計的設(shè)計要求，必須對主梁進行加固，提高其承載能力及耐久性。

加固方案主要選擇粘貼碳纖維布，碳纖維布具有強大高，質(zhì)量輕的特點，可以在幾乎不增加原有結(jié)構(gòu)恒載的前提下，極大的提高結(jié)構(gòu)承載力，且碳纖維布剛度較小，可以與底部混凝土充分的粘合在一起。

2）橫向連接加固措施

對于T梁橋、裝配式小箱梁，空心板橋等多主梁結(jié)構(gòu)的橋梁，橫向連接強度直接決定其活載的橫向分布，若橫向連接能力弱，會造成單板受力，進而影響整橋的承載能力，該橋T梁寬2.47米，橫向聯(lián)系主要采用間距為7米的橫隔梁及T梁翼緣板頂部每隔3米焊接連接的Q235鋼板。

普遍存在的病害是橫隔板接頭失效或錯位，而T梁翼緣板間無濕接縫，焊接連接的鋼板剛度小，橫向傳力的作用有限，而雙梁靜載試驗的結(jié)果也正好證明橫向聯(lián)系消弱之后，單梁受力的危害，鑒于此，主要從三個方面增強橋梁的橫向聯(lián)系。

首先，將缺失的橫隔板接頭重新補焊，同時增大橫隔板的面積，增加其抗剪剛度及橫向連接剛度（詳見圖5）；其次，由于原設(shè)計的T梁翼緣板厚度較薄，為避免損傷原有結(jié)構(gòu)，放棄常用的增加濕接縫的處理方案，而采用鋼橫梁連接T梁翼緣板，以增強T梁翼緣板間的橫向聯(lián)系（詳見圖6）；最后，重新鋪設(shè)配置雙層鋼筋網(wǎng)片的橋面鋪裝，以增強結(jié)構(gòu)的整體性。

圖5 橫隔板加固后效果

圖6 鋼橫梁加固T梁翼緣板

3）墩柱加固措施

橋墩墩身裂縫遍布，還出現(xiàn)沿墩身的豎向裂縫，且混凝土強度亦不滿足原設(shè)計要求，為處理裂縫、提高墩柱承載力，采用在墩柱外周包裹鋼護筒的方案以加大立柱的抗壓截面，提高承載力，墩柱直徑為1.8米，核芯受壓截面直徑為1.7米，鋼護筒采用厚度為12毫米鋼板卷制而成，直徑為1.9米，鋼護筒包裹墩柱后核心受壓混凝土面積提高約25%，也即該項措施可提高約25%的承載能力（實施圖見圖7）；除此之外，外包的鋼護筒可以使墩柱受壓混凝土由單向受壓應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換成三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，又大大提高混凝土的抗壓能力，但為使鋼護筒與原墩柱共同受力，在墩身植入一定數(shù)量的鋼筋，并在隙縫內(nèi)灌注具有微膨脹及自密實特性的水泥基灌漿料。

圖7 鋼護筒加固實施圖

5 結(jié)語

該橋加固完成至今，已正常通車5年多，每年對大橋的常規(guī)檢查檢測，指標(biāo)均良好，原加固采用的主梁粘貼碳纖維方案，橫向聯(lián)系加強措施、墩柱圍護鋼護筒方案收到了預(yù)期的目的，有效的解決了橋梁病害，提高了結(jié)構(gòu)的承載能力。

但部分設(shè)計方案在實施時發(fā)現(xiàn)還值得進一步推敲，如T梁翼緣板間的鋼橫梁加固，理論上通過增設(shè)一定剛度的鋼橫梁連接T梁兩側(cè)翼緣板，可以提升橫向聯(lián)系能力，然而在施工中螺栓、鋼橫梁、混凝土板連接很難達到設(shè)計要求的理想水平，如何使加固設(shè)計方案更進一步與施工貼近需舊橋加固方案制定者更深入的考慮；鋼護筒與上部蓋梁、下部的基樁間的細(xì)節(jié)連接如何能夠保證力的有效傳遞也需進一步研究。

[1]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）

[2]公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范（JTG /T D62-2004）

[3]公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范（JTG /T D62-2004）

[4]賈魯河大橋橋梁檢測及加固設(shè)計報告 武漢大學(xué)