特重型大件運(yùn)輸車輛通行橋梁加固及通行過程監(jiān)測分析

吳志隆，蔣凌杰

(廣西交通工程檢測有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)及基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，各種超長、超寬、超高、超重大件運(yùn)輸服務(wù)正變得越來越頻繁，這其中特重型大件運(yùn)輸車輛的通行對道路、橋梁結(jié)構(gòu)承載能力要求最高。如何充分利用現(xiàn)有橋梁進(jìn)行運(yùn)輸通行成為降低大件運(yùn)輸成本、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的關(guān)鍵。

本文依托廣西境內(nèi)S320靖西富寧大件運(yùn)輸項(xiàng)目，以其經(jīng)行路線上的一座簡支梁橋?yàn)槔?，針對特重型大件運(yùn)輸車輛荷載通行要求，研究通行橋梁的檢算加固及通行過程監(jiān)測方法，為同類型大件運(yùn)輸通行橋梁加固及通行過程安全監(jiān)測提供有益參考。

1 工程簡介

云南省富寧換流站有大型變壓器(單件重297 t)需經(jīng)由S320省道經(jīng)靖西運(yùn)輸至富寧。廣西境內(nèi)路段長度為92.7 km，路線經(jīng)過11座中小橋，跨徑在5.6～13 m范圍，本次大件運(yùn)輸項(xiàng)目運(yùn)輸通行次數(shù)為14次，運(yùn)輸通行時(shí)間約為7個(gè)月。大件運(yùn)輸車輛尺寸見圖1，具體參數(shù)見表1。

表1 大件運(yùn)輸特種車輛具體參數(shù)表

圖1 大件運(yùn)輸車輛尺寸圖(單位：mm)

根據(jù)大件運(yùn)輸特種車輛通行要求，需對沿線橋涵等構(gòu)造物進(jìn)行受力驗(yàn)算，并根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果提出相應(yīng)的加固措施。限于篇幅，本文僅以其經(jīng)行路線上的那仲橋進(jìn)行分析說明。

那仲橋位于廣西百色市那坡縣境內(nèi)省道S320線K73+421處，橋梁斜交角度為60°，橋梁寬度為8.5 m，上部結(jié)構(gòu)為2×13 m鉿簡支空心板，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)為漿砌片石U型橋臺(tái)，橋墩為雙圓柱墩，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。

2 結(jié)構(gòu)檢算及加固設(shè)計(jì)

2.1 承重結(jié)構(gòu)檢算

大件運(yùn)輸特種車輛荷載總計(jì)達(dá)377 t，必須事先對橋梁主要承重構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算分析，確定是否需加固并提出相應(yīng)的加固措施。采用大件運(yùn)輸特種車輛荷載對橋梁承重構(gòu)件進(jìn)行承載能力極限承載狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)檢算，檢算結(jié)果見表2～3。

由表2～3可見，該橋上部結(jié)構(gòu)抗彎承載能力不能滿足特種車輛荷載通行，抗剪承載能力能滿足特種車輛荷載通行，驗(yàn)算撓度滿足規(guī)范要求，邊板驗(yàn)算裂縫寬度超過容許值。

表2 加固前承載能力極限狀態(tài)檢算表

表3 加固前正常使用極限狀態(tài)檢算表

2.2 基礎(chǔ)承載力檢算

因缺乏地基基礎(chǔ)資料，無法明確橋梁基礎(chǔ)承載力，但根據(jù)相關(guān)資料可知S320線橋涵設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-20級/掛100。由此采用類比法確定基礎(chǔ)基地應(yīng)力是否滿足大件運(yùn)輸車輛通行要求，基礎(chǔ)基底最大最小應(yīng)力類比結(jié)果見表4。

表4 基礎(chǔ)基底應(yīng)力類比一覽表

由表4可知，在特種車輛荷載作用下橋墩基底應(yīng)力與原設(shè)計(jì)相比變化幅度超過5%，該橋橋墩為三層擴(kuò)大基礎(chǔ)、底面積較大，橋墩基底應(yīng)力較小。同時(shí)現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，基礎(chǔ)未見異常。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》：“經(jīng)永久壓實(shí)的橋梁地基土，在墩臺(tái)與基礎(chǔ)無異常變位的情況下可適當(dāng)提高其承載能力，最大提高系數(shù)不得超過1.25”[1]。據(jù)此可判斷橋梁基礎(chǔ)承載能力滿足通行要求。

2.3 加固設(shè)計(jì)[2]

根據(jù)前文檢算結(jié)果，那仲橋上部結(jié)構(gòu)抗彎承載能力不能滿足特種車輛通行要求，需進(jìn)行加固，下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)不需加固。

上部結(jié)構(gòu)抗彎承載能力不足可采取以下措施：(1)簡支變連續(xù)，跨中增設(shè)臨時(shí)支墩；(2)增大截面法；(3)粘貼鋼板法；(4)加勁梁或疊合梁加固技術(shù)；(5)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

具體到本橋加固，因結(jié)構(gòu)抗力與內(nèi)力比值在0.73～0.78之間，采用粘貼鋼板法可實(shí)現(xiàn)30%～40%的承載能力提高幅度，同時(shí)施工快速，可滿足工期要求，因此該橋上部結(jié)構(gòu)采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固，在每塊空心板底面粘貼2塊寬250 mm、厚8 mm的Q235鋼板，加固后該橋能滿足特種車輛荷載通行要求，如表5～6所示。

表5 加固后承載能力極限狀態(tài)檢算表

表6 加固后正常使用極限狀態(tài)檢算表

3 通行過程監(jiān)測及評價(jià)

因受條件限制，加固后未能對橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)驗(yàn)證其承載能力，雖經(jīng)驗(yàn)算滿足承載力要求，但所經(jīng)橋梁建成已經(jīng)近40年，為防止橋梁的突發(fā)損壞，需對大件運(yùn)輸通行的橋梁進(jìn)行通行過程監(jiān)測監(jiān)控。因工期需要，本項(xiàng)目每輪運(yùn)輸即要求先后連續(xù)通行兩輛大件運(yùn)輸車輛。本文以那仲橋通行過程監(jiān)測監(jiān)控為例說明通行過程監(jiān)測及評價(jià)。

3.1 監(jiān)測方法

按控制車速計(jì)算，通過那仲橋的時(shí)間基本在1 min內(nèi)，對上部結(jié)構(gòu)這就要求數(shù)據(jù)必須能時(shí)時(shí)顯示及記錄，經(jīng)過研究對比，采用“化靜為動(dòng)”的數(shù)據(jù)采集方式：應(yīng)變監(jiān)測采用靜態(tài)傳感器，撓度監(jiān)測采用位移傳感器，采用橋梁及結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測系統(tǒng)以靜載試驗(yàn)的方式運(yùn)行采集軟件，但區(qū)別于靜載試驗(yàn)采集，不需數(shù)據(jù)穩(wěn)定再采集保存，而是開啟實(shí)時(shí)記錄采集。這樣不僅能將各監(jiān)控測點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示于電腦界面，以便能現(xiàn)場判讀結(jié)構(gòu)受力是否異常，而且可以實(shí)時(shí)保存監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便后續(xù)分析，為下次大件運(yùn)輸車輛的通行提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

基礎(chǔ)沉降因其特殊性，難以采用實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法采集數(shù)據(jù)，僅能通過在橋附近設(shè)站，通過高精度T30全站儀，分別對通車前、通車過程、通車后各自動(dòng)測量一次數(shù)據(jù)，通過三次數(shù)據(jù)的對比判斷基礎(chǔ)沉降量。

3.2 監(jiān)測截面及測點(diǎn)布置[3]

根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，選擇1#跨跨中截面為監(jiān)測截面。監(jiān)測斷面示意見圖2中A截面。因大件運(yùn)輸車輛限于橋中央通行，監(jiān)測應(yīng)變測點(diǎn)布置于控制截面A中部的混凝土板及鋼板，撓度測點(diǎn)布置于應(yīng)變測點(diǎn)旁，測點(diǎn)布置及編號見圖2。

(a)橋梁截面圖(單位：mm)

(b)A截面控制測點(diǎn)布置圖

為保證能在有限時(shí)間內(nèi)自動(dòng)測讀數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)沉降監(jiān)測僅在橋臺(tái)、橋墩各布設(shè)一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。

3.3 應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果

大件運(yùn)輸車輛由前牽引車+拖車+后推車組成運(yùn)行，在大件運(yùn)輸車輛通行過程中，監(jiān)測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖見圖3～4。

圖3 第一輛車通行過程應(yīng)變監(jiān)測曲線圖

圖4 第二輛車通行過程應(yīng)變監(jiān)測曲線圖

由圖3～4可見，曲線中前后兩小峰值分別為前牽引車、后推車的通行過程的應(yīng)變反應(yīng)曲線，中部即為載重297 t變壓器拖車的通行過程的應(yīng)變反應(yīng)曲線。兩輛車通行過程中，梁底應(yīng)變變化趨勢一致：車上橋，各測點(diǎn)應(yīng)變值均由小變大，拖車過橋時(shí)維持平緩趨勢，車輛通過后，應(yīng)變值基本恢復(fù)到通行前水平。梁底所占鋼板應(yīng)變與梁底混凝土應(yīng)變基本一致，說明粘貼鋼板已協(xié)同受力，粘貼鋼板加固對提高抗彎承載能力有較好的效果。

同時(shí)由圖3～4可見，第一輛大件運(yùn)輸車通行過程中，第52 s達(dá)到最大值105.0 με，第二輛大件運(yùn)輸車通行過程中，第23 s達(dá)到最大值99.4 με，均小于梁底混凝土靜載荷理論計(jì)算值295.5，整個(gè)通行過程中，控制截面各應(yīng)變測點(diǎn)最大校驗(yàn)系數(shù)為0.25～0.34，均<1.0。車輛通過后，應(yīng)變值基本恢復(fù)到通行前水平，相對殘余應(yīng)變均<20%。說明加固后那仲橋強(qiáng)度能滿足大件運(yùn)輸車輛通行的要求。

3.4 撓度監(jiān)測結(jié)果

在大件運(yùn)輸車輛通行過程中，那仲橋各撓度監(jiān)測結(jié)果曲線見圖5～6。

圖5 第一輛車通行過程撓度監(jiān)測曲線圖

圖6 第二輛車通行過程撓度監(jiān)測曲線圖

由圖5～6可見，曲線中前后兩小峰值分別為前牽引車、后推車的通行過程的撓度反應(yīng)曲線，中部即為載重297 t變壓器拖車的通行過程的撓度反應(yīng)曲線。兩輛車通行過程中，梁底撓度變化趨勢一致：車上橋，各測點(diǎn)撓度值均由小變大，拖車過橋時(shí)維持平緩趨勢，車輛通過后，撓度值基本恢復(fù)到通行前水平。

同時(shí)由圖5～6可見，第一輛大件運(yùn)輸車通行過程中，第19 s達(dá)到最大值2.446 mm，第二輛大件運(yùn)輸車通行過程中，第16 s達(dá)到最大值2.192 mm，均小于梁底混凝土靜載荷理論計(jì)算值295.5，整個(gè)通行過程中，控制截面各撓度測點(diǎn)最大校驗(yàn)系數(shù)為0.11～0.14，均<1.0。相對殘余應(yīng)變和相對殘余撓度均<20%，說明加固后那仲橋剛度能滿足大件運(yùn)輸車輛通行的要求。

3.5 基礎(chǔ)沉降監(jiān)測結(jié)果

在大件運(yùn)輸車輛通行過程中，那仲橋橋臺(tái)、橋墩沉降測量結(jié)果見表7。

表7 基礎(chǔ)沉降測量結(jié)果表

通車前、通車過程、通車后三次數(shù)據(jù)的對比表明，在大件運(yùn)輸車輛通行過程中，那仲橋基礎(chǔ)穩(wěn)定，未監(jiān)測到明顯沉降。

4 結(jié)語

在對承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算的基礎(chǔ)上，對不滿足大件運(yùn)輸車輛通行抗彎承載力要求的構(gòu)件，可通過粘

貼鋼板法對主梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，提高構(gòu)件承載力。針對老舊橋缺失相關(guān)基礎(chǔ)資料的特點(diǎn)，可采取荷載類比法進(jìn)行檢算，可避免對基礎(chǔ)進(jìn)行勘探的時(shí)間花費(fèi)，同時(shí)保證檢算的可靠性。14次大件運(yùn)輸車輛的安全通行表明，對大件運(yùn)輸通行的橋梁加固及過程監(jiān)測取得了滿意的效果。

本文方法可為類似大件運(yùn)輸車輛通行橋梁的加固及通行過程監(jiān)測提供有益的參考和借鑒。

[1]JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].

[2]廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.S320靖西-富寧大件運(yùn)輸施工圖設(shè)計(jì)[Z].2014.

[3]廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.S320靖西-富寧大件運(yùn)輸項(xiàng)目大件運(yùn)輸車輛通行過程橋梁監(jiān)測報(bào)告[R].2015.