西江大橋病害原因分析和維修加固方案設(shè)計(jì)

李遠(yuǎn)濤

(廣西壯族自治區(qū)公路管理局，廣西 南寧 530028)

0 引言

橋梁是陸地交通的重要組成部分，往往修建于咽喉要道，其運(yùn)行狀況可決定整條交通線的運(yùn)輸量，其重要性不言而喻。但橋梁具有施工難度大、技術(shù)要求高、投資成本大等突出特點(diǎn)，因此為節(jié)約建設(shè)資金，同時(shí)提高橋梁運(yùn)行狀況及使用壽命，對(duì)病害橋梁進(jìn)行維修加固成為一種常用的既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的辦法。

1 工程概況

西江大橋位于廣西藤縣境內(nèi)G321線白沙渡口下游附近。該橋梁建成于2003年，全長(zhǎng)1 517.03 m，上構(gòu)組成為13×16 m(簡(jiǎn)支梁)+11×90 m(雙肋箱拱)+15×16 m(簡(jiǎn)支梁)。主跨為11孔等跨連拱橋，凈跨徑90 m；下構(gòu)橋臺(tái)類型有U型重力式橋臺(tái)、組合式橋臺(tái)兩種形式。主跨橋墩均為重力式墩，全橋共設(shè)有1 792個(gè)橡膠支座。橋面采用水泥混凝土鋪裝層，總寬度為25.5 m。采用橡膠伸縮縫，共設(shè)16道，均采用單縫式伸縮縫。西江大橋主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 西江大橋主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表

2 橋梁病害現(xiàn)狀

2013年4月，相關(guān)部門在對(duì)西江大橋進(jìn)行定期檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了橋梁各部位均存在病害，具體如下：

2.1 裂縫病害

西江大橋裂縫病害存在的部位包括主橋拱肋、立柱、蓋梁、道板、橋面等，幾乎涵蓋了所有結(jié)構(gòu)。裂縫方向有橫向、縱向、豎向等，裂縫范圍在0.05～2 mm，且大多都已泛堿。

2.2 混凝土露筋、腐蝕剝落

混凝土剝落也是西江大橋主要病害之一，拱肋、立柱、蓋梁、道板、橋面等均存在，裂縫病害往往伴有混凝土剝落、露筋且銹蝕、蜂窩麻面、露粗集料等。其中主橋蓋梁最為嚴(yán)重，經(jīng)檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)175處剝落，其中26處剝落露筋，面積合計(jì)17.66 m2。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，技術(shù)人員對(duì)西江大橋主橋總體技術(shù)狀況評(píng)分為53.89分，技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為4類。大橋主要構(gòu)件均有較大缺損，嚴(yán)重影響橋梁使用功能和承載能力，必須進(jìn)行維修加固。

3 橋梁各重要部位病害原因及維修加固方案分析

3.1 拱肋病害成因及維修加固方案

3.1.1 病害成因分析

西江大橋拱肋部位存在眾多裂縫，經(jīng)專家分析得出：由于該大橋?yàn)槎啻纬o定結(jié)構(gòu)，構(gòu)件間內(nèi)力分布相關(guān)性較大[1]，行車道板簡(jiǎn)易支座失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力改變，進(jìn)而損傷到拱肋導(dǎo)致大量裂縫產(chǎn)生。

3.1.2 拱肋加固方案設(shè)計(jì)

為降低拱肋所受到的汽車沖擊力，設(shè)計(jì)在行車道板下設(shè)置橡膠支座[2]，可改善拱肋的受力狀態(tài)。經(jīng)計(jì)算：拱肋除了存在大量裂縫和破損露筋外，其承載能力富余量較小，因此設(shè)計(jì)分別采用“增大截面法”和“粘貼鋼板法”來加固拱腳區(qū)段和拱肋中間區(qū)段拱腹，具體措施如下：

(1)在全跨拱背加固高度為30～50 cm的箱型混凝土，先在拱背上現(xiàn)澆高15～35 cm、寬20 cm的三道肋，再安裝15 cm厚的預(yù)制頂板。在拱腳到2#(或13#)拱上立柱區(qū)段拱腹位置澆筑厚70～20 cm的C40混凝土。該措施增大了截面高度，能有效提高截面面積和抗彎慣性矩。

(2)在2#立柱到13#立柱間的中間區(qū)段拱腹位置粘貼4道寬40 cm、厚10 mm的Q235鋼板，該措施可有效提高截面抗彎承載能力。

3.2 橋面和行車道板病害成因及維修加固方案

3.2.1 病害成因分析

西江大橋橋面鋪裝過薄(約8 cm)，配筋少，板厚偏小(約33 cm)，經(jīng)測(cè)定其抗彎承載力不足。而且經(jīng)過多年使用，橋梁行車道板鉸縫開裂或脫落嚴(yán)重，導(dǎo)致某一單板受力嚴(yán)重。鉸縫較窄較淺，縫內(nèi)未設(shè)有鋼筋，造成橫向聯(lián)系較弱。

3.2.2 橋面和行車道板加固方案設(shè)計(jì)

由于原主橋行車道板厚度偏小，橋面鋪裝偏薄，其承載能力已不滿足設(shè)計(jì)載荷要求，需全部拆除重新鋪裝并增設(shè)支座，具體加固方案設(shè)計(jì)如下：

(1)為增強(qiáng)行車道板橫向聯(lián)系和橋面鋪裝耐久性，設(shè)計(jì)在行車道橋面加鋪裝10 cm鋼筋混凝土，鋼筋標(biāo)準(zhǔn)為φ16 mm，橫縱向間距均為100 mm；人行道橋面加鋪2 cm厚10#砂漿；在立柱頂位置增設(shè)加強(qiáng)鋼筋。

(2)鋪裝完成后在行車道和人行道上再鋪設(shè)橋面π板，標(biāo)準(zhǔn)均為0.45 m，其中人行道橋面π板斷面見圖1。為增強(qiáng)橋面板整體性，對(duì)每聯(lián)內(nèi)縱向相鄰兩板通過設(shè)連續(xù)結(jié)構(gòu)體系使其成為整體；橫向通過濕接縫連接成整體[3]。

圖1 人行道橋面π板斷面(單位：cm)

3.3 蓋梁病害成因及維修加固方案

3.3.1 病害成因分析

經(jīng)檢測(cè)西江大橋蓋梁有少量裂縫、混凝土咬邊剝落等病害。隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，行車道板產(chǎn)生裂縫滲水問題，造成板下油毛氈腐蝕、擠出破壞，進(jìn)而導(dǎo)致行車道板與蓋梁之間直接接觸，在溫度力、汽車制動(dòng)力作用下發(fā)生咬邊。隨著油毛氈簡(jiǎn)易支座老化失效，蓋梁損傷越來越嚴(yán)重。

3.3.2 蓋梁加固方案設(shè)計(jì)

經(jīng)驗(yàn)算，主橋橋面系改造后蓋梁能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但咬邊剝落削弱了蓋梁截面，裂縫降低了蓋梁耐久性，所以需對(duì)蓋梁進(jìn)行混凝土剝落修補(bǔ)和裂縫封閉處理，具體加固方案如下：(1)將混凝土松動(dòng)、剝落區(qū)域保護(hù)層全部鑿除，并將露筋徹底除銹；(2)采用同規(guī)格鋼筋或鋼板在其上焊接加強(qiáng)，然后在其上涂鋼筋阻銹劑(技術(shù)指標(biāo)見表2)[4]；(3)用摻有鋼筋阻銹劑的環(huán)氧砂漿施工封填抹平。

表2 噴涂型阻銹劑技術(shù)指標(biāo)表

3.4 支座病害成因及維修加固方案

3.4.1 病害成因分析

西江大橋部分橡膠支座存在偏位變形較大、裂縫發(fā)育等病害，分析原因主要有支座本身存在質(zhì)量問題，極限抗壓強(qiáng)度不夠，且最初安裝質(zhì)量不過關(guān)，對(duì)支座的周期保養(yǎng)工作不到位。

3.4.2 支座加固方案設(shè)計(jì)

拱橋是由多個(gè)構(gòu)件組成的超靜定體系，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各構(gòu)件變形關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。在支座選型時(shí)既要考慮溫度引起的行車道板縱向伸縮，又要考慮到溫度、活載等因素導(dǎo)致的拱肋變形[5]。

由于每拱跨跨中區(qū)段4根蓋梁范圍內(nèi)由溫度引起的行車道板與蓋梁的相對(duì)縱向位移較小，普通橡膠支座可滿足要求；而由于立柱較高，拱肋變形引起行車道板與蓋梁的相對(duì)位移較大，設(shè)置四氟滑板橡膠支座可適應(yīng)較大位移。

支座厚度越大越易適應(yīng)縱向剪切位移和轉(zhuǎn)角位移，其支座-立柱組合剛度差別越小，水平力分配越均勻。據(jù)此本工程選用42 mm的普通橡膠支座和44 mm的四氟滑板橡膠支座。每跨的5#～10#立柱蓋梁頂設(shè)置普通橡膠支座，其余蓋梁頂設(shè)置四氟滑板橡膠支座。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)西江大橋拱肋、橋面、蓋梁和支座等重點(diǎn)部位的病害原因分析，制訂了相應(yīng)的維修加固方案。在滿足標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度要求的前提下節(jié)約了加固成本。西江大橋經(jīng)加固后，其承載力得到顯著提高。橋梁加固設(shè)計(jì)需充分結(jié)合工程實(shí)際情況，兼顧經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。橋梁的病害很大一部分是由于日常管理和保養(yǎng)工作缺乏導(dǎo)致，因此建立一支專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)水平高的管理隊(duì)伍也是勢(shì)在必行。