多跨簡支空心板梁橋的無縫改造

譚希

（中交通力建設(shè)股份有限湖南分公司，湖南長沙 410015）

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多跨簡支空心板梁橋的無縫改造

譚希

（中交通力建設(shè)股份有限湖南分公司，湖南長沙 410015）

摘要：依托某多跨鋼筋砼簡支空心板梁橋，基于運營階段橋臺處伸縮裝置、橋面連續(xù)處的病害調(diào)查和技術(shù)評定，提出無縫維修方案，通過對簡支空心板進(jìn)行連續(xù)化改造，同時將橋臺位置的伸縮縫取消，延長橋面板并直接連接于后臺搭板。結(jié)果表明，無縫改造方案不僅能增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，降低正彎矩加固所需成本，同時無需對伸縮裝置進(jìn)行維修保養(yǎng)，可大大提升橋梁的使用壽命及性能。

關(guān)鍵詞：橋梁；加固改造；空心板；連續(xù)化；無伸縮縫；簡支梁

空心板簡支梁在小跨徑橋梁工程中應(yīng)用十分廣泛，具有建筑高度低、施工簡單、自重輕、可預(yù)制等優(yōu)點。但實際運營過程中空心板簡支梁會產(chǎn)生主梁承載力欠缺、伸縮裝置損毀、鋼筋腐蝕、橫向鉸縫破壞導(dǎo)致單板受力及砼碳化開裂等病害。空心板簡支梁的加固極其繁雜，其中單板受力病害情況尤為顯著。目前針對空心板簡支梁病害采取的加固措施有橫向預(yù)應(yīng)力加固、去梁增肋法加固、橋面連續(xù)化加固。該文以某多跨鋼筋砼簡支空心板梁橋為研究背景，基于運營階段橋臺處伸縮裝置、橋面連續(xù)處的病害調(diào)查和技術(shù)評定，制訂橋梁無縫改造方案。

1　橋梁概況

1.1橋梁簡介

某六跨鋼筋砼簡支空心板梁橋是由新橋與舊橋構(gòu)成的雙幅橋，每跨的標(biāo)準(zhǔn)跨徑為16 m，兩橋臺處分別設(shè)置一套伸縮裝置。橋梁表面連續(xù)，寬度為26.85 m，其中9.5 m寬行車道是左幅舊橋，原規(guī)定載荷為汽車-20級、掛車-100。橋梁表面使用水泥砼鋪筑，橋跨構(gòu)造是使用C30砼預(yù)制或現(xiàn)場澆筑的空心板，下部構(gòu)造使用漿砌塊石實體橋墩與直接基礎(chǔ)。目前，該橋左幅發(fā)生了多種病害，需要對其進(jìn)行加固改造。

1.2橋梁現(xiàn)狀

對該橋開展外觀檢測與動力荷載試驗，同時針對其砼強(qiáng)度開展超聲波回彈檢測，結(jié)果表明該橋存在以下病害：

（1）橋面系與空心板主梁的鉸縫周圍存在多條豎向裂隙，隙寬最大達(dá)1.2 mm；墩頂橋面上存在多條水平裂隙，隙寬最大達(dá)1 mm。鉸縫還發(fā)生多處砼掉角、脫落及露骨的問題。

（2）橋墩與橋臺附近的地坪未發(fā)生開裂及地基移動或滑動等問題，其本身也無開裂、移動及沉陷等情況。墩臺大體無缺損，其主要病害為滲水。

（3）梁底和帽梁的間距緊密，支座損毀；個別人行道板存在水平通縫與缺少鋪裝的問題；調(diào)平層發(fā)生砼破碎；大部分泄水管失去排水功能，導(dǎo)致橋梁表面大量浸水；伸縮縫裝置未水平連通欄桿與人行道板，導(dǎo)致形變與阻塞。

（4）按JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行技術(shù)狀況評定，同時參考外觀檢測結(jié)果，該橋技術(shù)狀況評分僅59.2分，屬于第四類橋梁。動力荷載試驗測得一階頻率為5.37 Hz，與理論頻率的比值低于1，為0.93，表明該橋健康情況不佳。

2　橋梁改造方案

2.1橋梁加固方案

橋梁表面的鉸縫處存在多條縱縫，表明其水平剛度有所降低，加之在其最小截面處產(chǎn)生較強(qiáng)水平應(yīng)力，因而這些縱縫擴(kuò)展嚴(yán)重。

為了優(yōu)化梁、板的水平分布，提高主梁的水平剛度，將發(fā)生單板受力大橋的鉸縫進(jìn)行加固，增加對其表面整體化層的設(shè)置與處理，并鑿除原行車道板，以此加強(qiáng)大橋的總體承載能力。此外，對橋梁表面進(jìn)行連續(xù)化設(shè)計時重新設(shè)置防水層，并及時清理泄水管內(nèi)雜物使其暢通，防止積水流入梁體和下部結(jié)構(gòu)。同時磨漿修復(fù)砼露骨與脫落之處，更換所有支座，并使用灌漿法封閉主梁與墩臺的裂隙。

對現(xiàn)有承載力過低的空心板進(jìn)行加固。通常使用的方法是在梁體的底部粘貼碳纖維板或鋼板，通過加強(qiáng)其承受正彎矩的拉應(yīng)力達(dá)到增強(qiáng)主梁承受外部荷載能力的目的。但該橋健康狀況非常差，經(jīng)測算，單獨使用粘貼鋼板或碳纖維板的方法不能達(dá)到橋梁的承載力標(biāo)準(zhǔn)。

2.2無縫化改造方案

根據(jù)該橋現(xiàn)狀，制定橋墩部分連續(xù)化與橋臺部分無縫化的改造方案。在對橋墩處主梁跨中梁底進(jìn)行粘貼碳纖維板加固的基礎(chǔ)上，將橋面連續(xù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)連續(xù)，并減小跨中正彎矩，以此增強(qiáng)橋梁的受力性能。

因處在橋臺和上部結(jié)構(gòu)連接處的伸縮裝置具有非常高的剛度差，與橋墩上的伸縮裝置相比，其更容易發(fā)生損毀。因此，解除橋臺上的伸縮裝置，構(gòu)造無縫橋梁。同時由于橋臺后方的填土下沉經(jīng)常引發(fā)橋頭跳車現(xiàn)象，對大橋造成嚴(yán)重影響，該方案還可在一定程度上減輕大橋的日常保養(yǎng)與維護(hù)，增強(qiáng)行車的平穩(wěn)度。

無縫橋的類型多種多樣，通常采用延伸橋面板無縫橋、半整體式橋臺無縫橋和整體式橋臺無縫橋3種。整體式往往應(yīng)用于橫向剛度較低的橋臺，而該橋采用具有剛性明挖基礎(chǔ)的實體橋臺，故不予考慮整體式。此外，半整體式在臺頂處的改造工作量較大，與之相比，延伸橋面板的成本較低，且無需進(jìn)行過多改造，施工便捷。由此，選擇延伸橋面板的形式對該橋橋臺開展無縫化改造。

通過測算，將原橋拆除后重新建造一座橋梁需450萬元，而采取上述方案對原橋進(jìn)行加固改造僅需260萬元，遠(yuǎn)低于前者。該加固方案技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均可行。

3　無縫化改造設(shè)計

在過去的T梁橋?qū)嶋H施工中，已多次成功將多跨簡支梁改造為連續(xù)梁，但由于空心板受到自身構(gòu)造的約束，其連續(xù)化改造的現(xiàn)實應(yīng)用并不多，僅文獻(xiàn)［7］使用負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力筋束開展連續(xù)化改造。但通過預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行改造的成本過高，且結(jié)構(gòu)繁復(fù)。因此，該橋以普通鋼筋設(shè)置負(fù)彎矩筋開展連續(xù)化改造。加固步驟為鑿除橋梁表面鋪裝→改換支座→加固主梁→修復(fù)梁、墩、臺常見病害（露筋、裂縫）→改造主梁簡支為連續(xù)→連續(xù)化改造橋臺→改造橋梁表面整體化層。

3.1支座改換

將六孔簡支梁改造為六孔貫通的連續(xù)梁。因為兩毗鄰跨的空心板間距小，故維持支座原本的設(shè)置，采取雙支座的形式進(jìn)行改造。原油毛氈支座損毀嚴(yán)重，為此將所有橋墩處的支座換成板式橡膠材質(zhì)，將所有橋臺處的支座換成四氟板式橡膠材質(zhì)，以應(yīng)對大橋在無縫化改造后縱向形變的可能性。

無論是僅改換單跨單側(cè)支座，還是改換單跨兩側(cè)全部支座，為了確保同側(cè)同跨的頂升同步及梁體在該過程中平均受力，需使用相同規(guī)格的千斤頂，同時穩(wěn)定千斤頂?shù)姆胖?，并在其底部鋪設(shè)300 mm× 300 mm×20 mm鋼板，在其頂部鋪設(shè)250 mm× 250 mm×20 mm鋼板。并根據(jù)豎直方向的位移與油壓表讀數(shù)控制頂升操作。頂升過程中安裝臨時支點（見圖1），根據(jù)安裝在橋梁表面上的測量標(biāo)識得到豎直方向的位移，豎直方向位移的差值必須大致相等。頂升高度的設(shè)計以方便改換舊橋支座為原則，同時為了增大接觸點與面積，增強(qiáng)頂升體系的穩(wěn)固度，保證大橋結(jié)構(gòu)的安全，頂升結(jié)束后立刻于上、下梁間布置多個鋼筋砼預(yù)制塊以構(gòu)建臨時支點。

圖1　橋墩、臺處支座改換過程示意圖

3.2橋墩處無縫化改造

支座改換后，將簡支主梁連續(xù)化。施工步驟如下：1）鑿除原橋面鋪裝層與支點處伸縮縫；2）按錯開方式，鑿除每跨空心板梁端與頂板3.5 m區(qū)域內(nèi)的砼；3）現(xiàn)澆段布置鋼筋，并將梁端1 m內(nèi)的砼填實，同時澆筑0.7 m頂板、1.8 m截面過渡段的砼；4）將防水涂料均勻涂滿頂面，并澆筑厚度為100 mm的C50聚丙烯纖維防水砼。

連續(xù)化改造后，橋梁內(nèi)支點處會產(chǎn)生負(fù)彎矩。為了增強(qiáng)斜截面的抗剪承載力，增加支點截面壁的厚度，并將支點周圍腹板漸變段的厚度增加15 cm，將頂、底板漸變段的厚度增加12 cm，長度取1.8 m。通過測算，在每塊空心板頂板處安裝8根按10 cm等距離布置的直徑25 mm的HRB335縱向負(fù)筋N1，以抵抗橋墩處的負(fù)彎矩。此外，由于橋臺處延伸橋面板也出現(xiàn)負(fù)彎矩，而該值遠(yuǎn)低于空心板，故其支點處也應(yīng)增強(qiáng)抗剪承載力，出于施工便捷的目的，參照橋墩處的加固方法進(jìn)行類似改造。板端的加固與鋼筋配制設(shè)計見圖2、圖3。

圖2　橋墩處無縫化改造加固設(shè)計（單位：cm）

圖3　橋墩、臺處無縫化改造鋼筋配制設(shè)計（單位：cm）

使新負(fù)筋和舊豎向鋼筋相連，按鑿除次序澆筑主梁砼，使兩毗鄰跨的梁體連成一體。使用密實度較高的微膨脹砼，確保后澆筑砼和主梁的整體性。

3.3橋臺處無縫化改造

延伸橋面板無縫橋是借助臺后搭板，將大橋溫度伸縮變形的關(guān)鍵部分引至路面和搭板的連接處，以取消橋臺處的伸縮裝置，確保搭板在主梁伸縮變形時的滑動阻力低是其核心目標(biāo)。如圖4所示，先維持原本支座與橋臺設(shè)計，將原油毛氈支座改換成不銹鋼四氟板式橡膠支座，并鑿除橋臺側(cè)墻搭板與臺后搭板下31 cm左右的臺后回填土。為方便臺后搭板經(jīng)過，鑿除橋臺背墻過高的部分，并于背墻頂部鋪設(shè)一層1 cm油毛氈滑動面。最后鑿除橋臺處空心板梁端頂板3.5 m區(qū)域的砼，并用砼填充梁端1 m區(qū)域內(nèi)的空心部分。為了傳遞軸向力，于搭板和梁端間提前設(shè)置下部聯(lián)結(jié)鋼筋。

圖4　橋臺處無縫化改造設(shè)計（單位：cm）

完成橋臺處主梁砼澆筑后，進(jìn)行臺后搭板澆筑。為了避免主梁延展轉(zhuǎn)角變形至搭板，降低聯(lián)結(jié)處的負(fù)彎矩，限制裂縫的出現(xiàn)，如圖4所示，在與背墻里側(cè)對齊的地方布設(shè)一條施工縫，鋪一層瀝青二度，同時在其上沿填補(bǔ)軟木條。

在每側(cè)橋臺后安裝2塊搭板，每塊長4 m。將細(xì)砂均勻鋪于搭板底部，厚度約5 cm，減小基礎(chǔ)和搭板間的摩擦力，使主梁的伸縮形變傳遞更佳。為了避免搭板遠(yuǎn)橋臺端由于路基剛度過低而突然沉陷，于兩搭板間安裝枕梁以完成剛度過渡。為了抵抗橋跨結(jié)構(gòu)（含搭板體系）發(fā)生的縱橋向位移，減緩剛性路面由于約束膨脹導(dǎo)致的縱向壓力，于搭板和路基間、兩搭板間分別布設(shè)一條2 cm脹縫。此外，挖掘底端基坑后，在搭板底端均勻鋪設(shè)素砼層，厚度為30 cm左右，以此確保搭板底端承載力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，增加其強(qiáng)度。

3.4空心板結(jié)構(gòu)等修理和加固

使用注漿封閉主梁裂隙，并對砼脫落、露筋之處加以磨漿修補(bǔ)。采取粘貼碳纖維板的方法加固空心板梁，于跨中8 m區(qū)域內(nèi)的主梁底部設(shè)置2條碳纖維板，厚度為1.4 mm，以增強(qiáng)主梁截面的承載力，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

為了同時滿足防水及橋墩處主梁受負(fù)彎矩的抗裂需求，使用低收縮與密實性能較優(yōu)的C50聚丙烯纖維防水砼處理新澆筑橋梁表面的砼鋪裝層。由于結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)換，橋墩頂部將出現(xiàn)負(fù)彎矩，于橋梁表面現(xiàn)澆層頂端布設(shè)鋼筋網(wǎng)，直徑為10 mm，并于鋼筋網(wǎng)下部設(shè)置縱向受力鋼筋，直徑為20 mm，同時將負(fù)筋與車道鋪裝鋼筋網(wǎng)綁扎，使部分負(fù)彎矩得到抵抗。在預(yù)制板頂端設(shè)置部分12 mm定位鋼筋，確保鋼筋的位置。此外，為了增強(qiáng)橋梁表面的防水性能，在主梁頂部與橋梁表面現(xiàn)澆層間涂一層水泥基結(jié)晶型防水涂料。對舊橋表面進(jìn)行鑿毛處理，并植入20 mm CRB550冷軋帶肋鋼筋，以提高后澆砼和原構(gòu)件的穩(wěn)定連接。由文獻(xiàn)［8］可知，I形與倒L形鋼筋的抗剪能力在相同前提下弱于π形植筋，故參照圖5（a）選用抗剪連接件，并按照圖5（b）將鋼筋連接起來，順著鉸縫按20 cm等距離設(shè)置。

圖5　橋梁表面現(xiàn)澆層和原結(jié)構(gòu)連接件設(shè)計（單位：cm）

4　結(jié)語

該文以某多跨鋼筋砼簡支空心板梁橋為研究背景，基于運營階段橋臺處伸縮裝置、橋面連續(xù)處的病害調(diào)查和技術(shù)評定制訂無縫維修方案，包含簡支板改為連續(xù)板和消除橋臺處的伸縮縫兩方面。前者能增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，降低正彎矩加固所需的成本；后者可免除伸縮裝置的維修保養(yǎng)，提升橋梁的使用壽命及性能。實踐表明，通過實施無縫化改造，橋梁的結(jié)構(gòu)功能得到優(yōu)化，整體受力性能有所增強(qiáng)，并可減少病害的發(fā)生和加固工程的支出，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展。無縫化改造在橋梁加固領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

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中圖分類號：U445.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0222-04

收稿日期：2015-12-15