某雙柱式橋墩病害成因分析及維修加固方案探討

蘇　龍　周禮平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

某雙柱式橋墩病害成因分析及維修加固方案探討

蘇龍周禮平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要以某雙柱式橋墩維修加固為工程背景，通過對橋梁病害及成因進行檢測和分析，得出了橋下大方量填土是導致墩柱水平環(huán)向裂縫、不均勻偏位和蓋梁扭轉(zhuǎn)破壞的根本原因。基于該橋下部結(jié)構(gòu)病害嚴重且其承載能力不足，對維修加固方案進行了比選和探討，最終采用了安全可靠、經(jīng)濟實用的維修加固方案。

關(guān)鍵詞橋墩偏位病害成因維修加固

某簡支工字型梁橋為12×30mI型預應力混凝土簡支梁，橋梁全長380m，共分為2聯(lián)，橋梁設計荷載等級汽車-超20、掛-120，凈寬9.75m，2～5號橋墩墩高分別為20,36,43,45m。橋臺為重力式U形橋臺；橋墩為雙柱式圓形墩，直徑2m；基礎為挖孔樁基，直徑2.2m。由于橋旁某施工單位將大量棄渣違法傾填于1號橋臺至5號墩之間，最大填高達16.7m，全部填方達6萬余m3，致使該橋橋墩墩柱出現(xiàn)大量水平環(huán)向裂縫，墩柱不均勻偏位，蓋梁開裂，支座剪切變形等病害。見圖1。

圖1　橋梁下方棄渣堆積體示意圖

1外觀檢測及病害原因分析

通過對該橋進行全面檢測，發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)無明顯病害。2-1號墩柱、4和5號橋墩4個墩柱均出現(xiàn)水平環(huán)線裂縫，并且蓋梁開裂，各橋墩墩柱出現(xiàn)不同程度的偏位[1]，其中5-2號墩柱偏位達13.7cm，另外部分支座出現(xiàn)開裂、脫空和剪切變形等病害[2]。根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》(JTG/TH21-2011)的相關(guān)規(guī)定，各構(gòu)件的病害、原因和評定結(jié)果匯總見表1和表2。

根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》的有關(guān)規(guī)定，橋梁第一聯(lián)技術(shù)狀況評定為4類。

表1　2號橋墩技術(shù)狀況評定匯總表

表2　4，5號橋墩技術(shù)狀況評定匯總表

1.2承載能力驗算

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)相關(guān)規(guī)定以及橋梁檢測結(jié)果，通過檢算，發(fā)生裂縫、偏位的4和5號橋墩墩柱及蓋梁承載能力均不能滿足規(guī)程要求[3]，而2號橋墩墩柱和蓋梁承載能力均滿足規(guī)程要求。

1.3結(jié)論

根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》和《交通運輸部關(guān)于進一步加強公路橋梁養(yǎng)護管理的若干意見》(交通運輸部文件交公路發(fā)[2013]321號，2013年5月22日印發(fā))的規(guī)定：4類橋梁應進行大修或改建，及時進行交通管制或關(guān)閉交通。因此建議對橋梁繼續(xù)關(guān)閉交通并對第一聯(lián)進行大修或改建[4-5]。

2維修加固方案

根據(jù)支座、墩柱和蓋梁的病害狀況，采取相應的加固方案[6]，具體方案如下。

②設計深度不夠。年度實施方案的編制應達到初步設計的深度，而不少縣還存在一定差距。突出表現(xiàn)在：工程規(guī)模的確定依據(jù)不足，如水源工程中塘、壩等水文分析計算不完善；有些溝渠斷面大小不是嚴格按照其設計流量確定的；部分建筑物缺少必要的結(jié)構(gòu)計算等。

2.1左幅2～5號墩頂支座處治

考慮到左幅橋2～5號墩頂部分支座出現(xiàn)開裂、脫空和剪切變形等病害，在墩柱和蓋梁加固完成后頂升主梁進行支座更換。

2.22號墩柱和蓋梁加固方案

(1) 封閉橋梁正下方的施工通道，禁止車輛通行。

(2) 對2-1號墩頂蓋梁采用灌漿和封閉處理，對2-1號墩柱在對裂縫進行灌漿和封閉后采用粘貼碳纖維布對裂縫局部區(qū)段進行加固[7]。

2.34，5號墩柱和蓋梁加固方案

方案一。樁基承臺+整體外包成矩形墩，見圖2。

(1) 在4和5號橋墩樁基礎附近增加4根樁基礎，和原來的2根樁基礎總體澆筑形成樁基承臺。

(2) 對墩柱和蓋梁裂縫進行封閉和灌漿處理。

(3) 對墩柱周邊和蓋梁下緣進行植筋并外包鋼筋混凝土，使橋墩2根墩柱整體外包成矩形墩。

(4) 對蓋梁兩側(cè)面采用鋼筋混凝土外包加固。

方案二。樁基承臺+墩柱獨立外包成矩形墩，見圖3。

圖2　加固方案一(單位：cm)

圖3　加固方案二(單位：cm)

(1) 在4和5號橋墩樁基礎附近增加4根樁基礎，和原來的2根樁基礎總體澆筑形成樁基承臺。

(2) 對墩柱和蓋梁裂縫進行封閉和灌漿處理。

(3) 對墩柱周邊和蓋梁下緣進行植筋，使橋墩2根墩柱獨立外包成矩形墩，2墩柱之間增設中橫梁。

(4) 在墩柱頂部增設頂橫梁，通過植筋與原有蓋梁形成整體，另外對蓋梁兩側(cè)面和端頭均采用外包混凝土加固。

方案三。4-22.5m先簡支后連續(xù)T梁方案

將該橋第3跨、第4跨、第5跨上部結(jié)構(gòu)和第4、第5號橋墩蓋梁及墩柱拆除，將原來的3-30m工字梁橋改建為4-22.5m先簡支后連續(xù)T梁橋。

3維修加固方案比選

通過對該橋病害原因分析、針對該橋?qū)儆趹睋岆U工程的實際特點，通過對10余種維修加固方案的比選，最終選擇了如表3所列的3種加固方案在專家評審會議上探討。

表3　方案比選表

通過專家評審會激烈的討論和研究，最終確定方案一作為該橋4和5號橋墩的維修加固方案。

4結(jié)語

鑒于本次橋梁事故定性為應急搶險，因此橋梁維修加固工期起著決定性的作用，同時為了加固效果達到最佳，通過對10余種維修加固方案進行反復對比和篩選，最終確定的方案一經(jīng)濟適用、工期短，對交通影響最小，并且加固效果好，病害得到了徹底解決，無任何安全隱患，完全符合應急搶險工程的特定背景。通過對本次橋梁維修加固設計方案的比選及教訓總結(jié)，一方面，此類橋梁事故本不該發(fā)生，類似橋梁事故應該引起相關(guān)橋梁管養(yǎng)單位的警覺和橋梁周邊施工單位的反思；另一方面，該橋維修加固方案可為高速公路橋梁的養(yǎng)護和類似橋梁維修加固提供經(jīng)驗。

參考文獻

[1]JTGF80/1-2004公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG/TH21-2011公路橋梁技術(shù)狀況評定標準[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]JTG/TJ21-2011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.

[4]JTGH11-2004公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]交通運輸部.關(guān)于進一步加強公路橋梁養(yǎng)護管理的若干意見[Z].交通運輸部文件交公路發(fā)[2013]321號，2013-05-22.

[6]陳開利，王邦楣，林亞超．橋梁工程鑒定與加固手冊[M]．北京：人民交通出版社，2004.

[7]JTG/TJ23-2008公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

AnalysisofDamageCausesandSchemeofReinforcementof

aDouble-columnPierBridge

Su Long, Zhou Liping

(Guizhoutransportationplanningsurvey&designacademeCo.,Ltd.,Guiyang550081,China)

Abstract：Inthispaper,takingdouble-columnpiermaintenanceastheengineeringbackground,throughthetestingandanalysisofdiseasesandcausesofthebridge,itisfoundthatthebasicreasonofpierhorizontalcracks,unevendeviationandcapping-beamdamageisgenerousamountoffillingsoil.Duetoseriousdiseaseofsubstructureanditsinsufficientbearingcapacity,throughcomparisonanddiscussionaboutthebridgemaintenancescheme,thesafe,reliable,economicalandpracticalschemewasadoptedatlast.

Keywords:pierdeviation;reasonsofdiseases;maintenanceandreinforcement

收稿日期：2014-09-10

StudyandDesignofLargespanMulti-archStentsinMountainArea

Zhao Yang, Wang Jianjin

(GuizhouTransportationPlanningSurvey&DesignAcademeCo.,Ltd.Guiyang550081,China)

Abstract：Based on a six-span continuous deck arch bridge, detailed description of stents design process of main arch is presented and the related researches are performed in this paper. According to engineering characteristic, steel arch lower connecting with the structure of steel pipe column is adopted as the scaffolding system. In order to ensure the pouring quality of the main arch and the safety of the construction process, large general finite element software Midas Civil is used to perform FEM simulation analysis of stents and analyze the stents stress, deformation and stability under the corresponding load to achieve the safety design of the structure.

Key words:deck arch bridge; stents; finite element; safety design

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.010