公路橋梁在400T級(jí)荷載下加固技術(shù)的探索

周 慧 文

(山西交投忻阜高速公路管理有限公司，山西 忻州　034000)

在當(dāng)今飛速發(fā)展的社會(huì)里，高速公路運(yùn)輸已經(jīng)成為物流公司的首選方案，但是高速公路橋梁的承載能力僅為汽—20，掛—100，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足一些特殊的超大物品的運(yùn)輸條件，經(jīng)過對423T超限大件運(yùn)輸車輛要通過高速公路的加固處治技術(shù)進(jìn)行分析，從加固設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測、安全條件四個(gè)方面進(jìn)行了論述，提出了如果不進(jìn)行加固處理，必然會(huì)對公路橋梁造成永久性損壞，甚至可能造成橋梁坍塌等不良后果的觀點(diǎn)。經(jīng)過荷載驗(yàn)算及針對性的臨時(shí)加固處治，解決了400T級(jí)超限車安全通過的問題，達(dá)到了為今后同類問題提供借鑒的效果。

1　概述

2017年10月，一輛車號(hào)為冀F50102+冀A42739超限大件運(yùn)輸車輛擬從五保高速石咀站進(jìn)入山西省高速公路，從太佳高速公路婁嵐收費(fèi)站出高速公路，到達(dá)目的地。該車車貨總重為423 t，掛車采用12+13軸12輪液壓平板車(一線兩軸8輪胎，重量為414.19 t)及4軸牽引車(重量為8.81 t)，掛車+貨物折合軸重為16.57 t。

依據(jù)山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司)《冀F50102+冀A42739超限大件運(yùn)輸車輛通過高速公路(石咀站—婁嵐站)橋涵構(gòu)造物技術(shù)評(píng)價(jià)報(bào)告》(2017—QJ069—17—065)，橋梁技術(shù)狀況為三類橋的在支撐加固后檢測達(dá)到承載能力的情況下超限大件運(yùn)輸車輛可以通過。該超限大件車輛擬經(jīng)過的忻阜高速公路K0+000～K50+114段落存在12座三類橋(明細(xì)見表1)，其中有大橋2座、中橋1座、小橋4座，通道橋5座需進(jìn)行加固支撐處治，以確保大件運(yùn)輸車輛公路運(yùn)輸和橋梁結(jié)構(gòu)自身的安全，并保證公路橋梁今后的運(yùn)營安全，因運(yùn)輸時(shí)間緊迫，加固方案確定為臨時(shí)加固支撐處治。

表1　忻阜高速K0+000～K50+014路段三類橋統(tǒng)計(jì)表

2　橋梁臨時(shí)支撐加固設(shè)計(jì)依據(jù)

JTG/T J22—2008公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范;

JTG D60—2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范;

JTG D62—2004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;

JTG B01—2014公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

JTG/T J23—2008公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范；

JTG H11—2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范；

JTG/T H21—2011公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)；

JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程；

JTG F80/1—2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(土建部分)；

JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范；

《冀F50102+冀A42739超限大件運(yùn)輸車輛通過高速公路(石咀站—婁嵐站)橋涵構(gòu)造物技術(shù)評(píng)價(jià)報(bào)告》(山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心2017—QJ069—17—065)。

3　臨時(shí)加固支撐方案

3.1　處治范圍

1)對超載車輛經(jīng)過的忻阜高速路段“三類”小橋及通道橋的脫空支座進(jìn)行臨時(shí)處置，確保支座均勻受力；

2)對超載車輛經(jīng)過的忻阜高速路段“三類”橋中的清水河11號(hào)大橋和耿鎮(zhèn)大橋主梁存在豎向裂縫的橋跨進(jìn)行臨時(shí)支撐(共涉及9跨，為耿鎮(zhèn)大橋右幅第2，8跨；清水河11號(hào)大橋右幅第12，17，19，21，24，26，27跨)；

3)在通行時(shí)對所經(jīng)路段橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對十二座三類橋?qū)嵤┲攸c(diǎn)檢測；

4)在超限大件運(yùn)輸車輛通過后對所經(jīng)路段橋梁進(jìn)行專項(xiàng)檢查和評(píng)估。

3.2　具體臨時(shí)支撐加固措施

3.2.1脫空支座臨時(shí)處治

經(jīng)現(xiàn)場橋梁檢測，本次需進(jìn)行脫空支座臨時(shí)處治見表2。

表2　脫空支座臨時(shí)處治工程數(shù)量表

3.2.2病害箱梁臨時(shí)支撐方案

本次支撐采用碗扣支架，立桿橫距和縱距均為60 cm，橫桿步距60 cm。因時(shí)間有限，本次支架基礎(chǔ)采用碎石墊層、鋼板基礎(chǔ)。為防止碗扣架因基礎(chǔ)不均勻沉降出現(xiàn)危險(xiǎn)，底部設(shè)置頂絲進(jìn)行調(diào)節(jié)；支架頂部采用機(jī)械千斤頂結(jié)合方木的方式支撐梁體。

1)理論分析。

根據(jù)支架方案設(shè)計(jì)圖，支架立桿間距、橫桿間距和步距均為60 cm。

立桿最大承載力計(jì)算：

支架桿件長細(xì)比λ=l/i=60/1.58=38，查表得知穩(wěn)定性系數(shù)φ=0.893，則單肢立桿最大軸向承載力為：

N=(φ×A×f=0.893×489 mm2×205 N/mm2)/1 000=89.5 kN。

方案設(shè)計(jì)圖紙中一個(gè)支架由90根立桿組成，若只考慮立桿，并且立桿均勻受力的情況時(shí)，單個(gè)支架可承受的最大集中荷載為90×89.5=8 055 kN。

2)施工步驟。

臨時(shí)支架具體實(shí)施步驟為：

a.首先為清理基底30 cm腐蝕土和軟弱層(淤泥、積水)，平整場地并夯實(shí)。

b.鋪設(shè)30 cm厚碎石墊層，碎石應(yīng)采用粒徑不同的碎石摻配使用。

c.支墊30 mm厚Q235鋼板作為支架基礎(chǔ)。

d.在鋼板頂面依照碗扣架立桿橫向間距鋪設(shè)縱向方木(規(guī)格15 cm×15 cm)，并在方木頂部設(shè)頂絲，并搭設(shè)立桿橫距和縱距均為60 cm、橫桿步距60 cm的碗扣支架，直至距梁體底面1 m左右。

e.橫向和縱向交叉布置方木(規(guī)格15 cm×15 cm)做底，然后布置螺旋千斤頂，在千斤頂頂部布置短方木單獨(dú)和橡膠支座支撐梁體。

f.支架完成后，緩慢調(diào)節(jié)螺旋千斤頂使橡膠支座與梁體底面處于有效密貼狀態(tài)，給支架一定程度的壓力。

g.在橋上車輛正常通行狀態(tài)下，每隔3 h檢查一次支座與梁底的密貼程度，對發(fā)生脫離的支座及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)以確保支座與梁底密貼。檢查和調(diào)整不少于5次。

3.2.3支架構(gòu)造要求

碗扣架構(gòu)造要求：

1)底層縱、橫向水平桿作為掃地桿，距基礎(chǔ)鋼板頂面高度不應(yīng)超過35 cm；

2)支架四周從底到頂應(yīng)連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐；

3)中間縱、橫向由底至頂設(shè)置豎向剪刀撐，其間距應(yīng)不大于4.5 m；

4)剪刀撐的斜桿與地面夾角應(yīng)在45°～60°之間，斜桿應(yīng)每步與立桿扣接；

5)在支架縱向設(shè)置斜撐，斜撐間距不得大于4.5 m，且雙側(cè)均需設(shè)置，斜撐底部應(yīng)支撐至堅(jiān)實(shí)底面。

箱梁橋支架及千斤頂斷面縱向布置示意圖見圖1，圖2。

4　橋梁監(jiān)測

4.1　橋梁監(jiān)測的內(nèi)容

對橋梁進(jìn)行監(jiān)測試驗(yàn)，主要試驗(yàn)內(nèi)容有：

1)對橋梁進(jìn)行建模計(jì)算，并選定測試斷面，進(jìn)行理論計(jì)算。

2)對橋梁實(shí)測斷面進(jìn)行測試儀器的布置。

3)在車輛通過時(shí)對橋梁進(jìn)行受力及變形測試。然后分析整理數(shù)據(jù)，形成報(bào)告。

4)驗(yàn)證橋梁實(shí)際承載能力和理論計(jì)算是否符合，為今后超限車輛通行橋梁提供理論支撐。

4.2　試驗(yàn)儀器及設(shè)備清單

檢測主要使用儀器設(shè)備見表3。

4.3　監(jiān)測橋梁的選取

忻阜高速橋梁種類較多，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，按照要求選取橋梁，并兼顧儀器設(shè)備的安裝方便及時(shí)間性，選取橋梁如表4所示。

4.4　橋梁監(jiān)測方法及流程

4.4.1橋梁通行監(jiān)測內(nèi)容

1)考察橋梁試驗(yàn)跨結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有狀況，確定需要監(jiān)測的橋梁；

2)通過理論計(jì)算確定應(yīng)力應(yīng)變測試斷面及理論值；

3)進(jìn)行現(xiàn)場測試儀器安裝及布置；

4)測試車輛通過橋梁時(shí)的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；觀測橋梁裂縫產(chǎn)生及其變化發(fā)展情況；

5)分析整理數(shù)據(jù)，提供檢測報(bào)告。

表3　檢測主要使用儀器設(shè)備

表4　監(jiān)測橋梁的結(jié)構(gòu)形式

4.4.2試驗(yàn)方法及相應(yīng)使用的主要儀器設(shè)備

1)應(yīng)力應(yīng)變測試。

本項(xiàng)目利用美國BDI橋梁無線測試系統(tǒng)，對橋梁動(dòng)應(yīng)變進(jìn)行測試；并通過DASP振動(dòng)傳感器，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)撓度測試。

2)裂縫觀測。

采用目視、裂縫觀測儀、塞尺及鋼尺對結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的出現(xiàn)、縫寬、長度、深度、間距及變化發(fā)展情況進(jìn)行觀測。

4.4.3測點(diǎn)布置

根據(jù)對試驗(yàn)橋梁的受力分析及橋梁的實(shí)際情況，選擇監(jiān)測跨。

1)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)布置連續(xù)梁主要選取橋梁最大正彎矩?cái)嗝孢吙鐬?L/8處、次邊跨跨中，中支點(diǎn)負(fù)彎矩處。簡支梁按照跨中斷面進(jìn)行布置。

2)撓度測點(diǎn)按照跨中最大撓度處進(jìn)行布設(shè)。

4.4.4監(jiān)測荷載設(shè)計(jì)及加載程序

1)監(jiān)測荷載設(shè)計(jì)。

由于重車通行橋梁時(shí)按照車輛居中行駛，限速5 km/h，因此，車輛按照居中慢速通行的原則進(jìn)行加載，在橋梁行駛過程中，嚴(yán)禁變道、剎車等情況。

車輪上安裝車輪位置指示器，并通過無線傳輸設(shè)備傳至采集器，與橋下的位移及應(yīng)力對應(yīng)采集，用于分析車輛作用下的橋梁反應(yīng)。

2)加載車輛。

將重車按照實(shí)際的車輛位置及重量進(jìn)行加載，加載布局按照0.5 m考慮，用于計(jì)算出理論值。

5　安全保障措施

1)應(yīng)在天氣良好的條件下進(jìn)行運(yùn)輸，不宜在雨天、霧天或大風(fēng)天氣通過橋梁。

2)橋梁使用狀況良好的情況下，該超限大件運(yùn)輸車輛按照要求(一輛車居中、限速5 km/h)通過橋梁時(shí)，可以通過橋梁。同時(shí)強(qiáng)調(diào)在車輛過橋時(shí)，道路管理部門應(yīng)當(dāng)封閉橋梁，保證車輛獨(dú)自通過橋梁。

3)在運(yùn)輸過程中，對于超重車輛應(yīng)加強(qiáng)管理。盡量減少過橋車輛的載重，在構(gòu)造物上行駛，必需按照規(guī)定的路線、位置行駛，減輕橋梁的受力。