擬利用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁前期工作流程研究

丁印成

（哈爾濱市市政工程設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱150070）

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，由于橋梁結(jié)構(gòu)不能滿足城市交通的需要等原因，出現(xiàn)了對既有服役橋梁進行“拆舊建新”的改擴建工程。而這些面臨拆除的橋梁結(jié)構(gòu)正處在結(jié)構(gòu)性能良好的服役狀態(tài)，全面拆除廢棄不但會造成嚴重的資金浪費、而且將會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。為了貫徹“安全、實用、綠色、節(jié)約”的指導(dǎo)原則要求，需要對可利用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行利用，而在橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件利用之前，需要對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行全面的檢測、評價和利用方案研究工作，并進行全面的技術(shù)經(jīng)濟比選工作，形成科學、客觀的技術(shù)咨詢意見，供工程項目決策使用，以達到預(yù)期效果。

本文以某城市高架橋項目的在役上部預(yù)應(yīng)力混凝土板梁結(jié)構(gòu)的再利用問題為項目依托，介紹在板梁再利用的前期論證工作流程以及考慮的技術(shù)因素，希望對類似工程實踐提供參考。

1 項目概況

某城市高架橋2000 年建成，橋梁總寬度為25.6 m，雙向六車道標準，設(shè)計荷載采用汽- 超20，掛車-120。上部結(jié)構(gòu)采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支板梁，梁長22 m，梁高0.95 m，梁寬度1.52 m，混凝土標號為40 號，普通鋼筋采用I 級鋼筋和II級鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用ASTM A416-92 標準270級鋼絞線，單根張拉噸位為19.6 t。橋梁標準橫斷見圖1，板梁標準橫斷面見圖2。

圖1 橋梁標準橫斷面圖（單位：cm）

圖2 板梁標準橫斷面圖（單位：cm）

橋梁結(jié)構(gòu)計算采用的主要設(shè)計規(guī)范為《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》（JTJ 021-89）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023-85）。

橋梁上部結(jié)構(gòu)經(jīng)過近二十年的運營使用，據(jù)使用管理單位反饋以及現(xiàn)場初步踏查可知，該板梁整體受力狀態(tài)良好，局部出現(xiàn)了板梁鉸縫破損，單板受力，板梁內(nèi)漏水、返堿，局部結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)展等病害現(xiàn)象。

準確、科學、客觀地對該上部結(jié)構(gòu)進行承載能力、耐久性等結(jié)構(gòu)性能的檢測和評估，是該板梁上部結(jié)構(gòu)利用重點考慮的技術(shù)關(guān)鍵。

2 總體技術(shù)要求和依據(jù)

2.1 總體技術(shù)要求

（1）通過對在役橋梁的無損檢測（外觀缺損、板底裂縫、材料老化檢查以及靜力荷載試驗、動力荷載測試以及橋梁結(jié)構(gòu)檢算等技術(shù)手段），對在役橋梁的受力狀態(tài)進行總體評價。初步確定在役橋梁的總體及主要受力構(gòu)件（板梁）技術(shù)狀況評定等級，初步確定在役橋梁總體及主要受力構(gòu)件（板梁）的承載能力水平、正常使用狀態(tài)以及耐久性狀態(tài)，初步確定橋梁橫向協(xié)同受力的情況[1]。

（2）對擬定后續(xù)利用的主要受力構(gòu)件（板梁）的現(xiàn)有承載能力、耐久性等技術(shù)指標進行評價。確定擬續(xù)用板梁適用的承載能力等級以及耐久性、使用年限等指標。確定改建橋梁可利用的主要受力構(gòu)件（板梁）的目標承載能力標準以及正常使用、耐久性等技術(shù)要求標準[2]。

（3）對擬續(xù)用板梁構(gòu)件進行全面分級評價。一是對于病害、缺損嚴重、再次利用成本較高的板梁構(gòu)件，即不建議續(xù)用板梁，確定評價標準及其數(shù)量；二是對于病害、缺損輕微、狀況相對較好，通過采取適當加固等技術(shù)手段其承載力及耐久性可以達到再次利用目標的板梁構(gòu)件，確定評價標準及其數(shù)量；三是對于結(jié)構(gòu)完好、可以原梁利用的板梁構(gòu)件，確定評價標準及其數(shù)量。

（4）對上述第一類板梁構(gòu)件，如何滿足再次利用目標要求給出建議技術(shù)方案（廢棄、加固利用方案），并進行施工方案、施工工期、工程經(jīng)濟、耐久性等方面的論述和綜合比選，給出工程應(yīng)用推薦方案[3]。

（5）對需要加固利用以及可原梁利用的后兩類板梁構(gòu)件，提出進一步利用的具體技術(shù)方案。需要確定從現(xiàn)有橋面拆除后，針對后兩類構(gòu)件承載能力水平、正常使用狀態(tài)、耐久性評價的檢測比例及方法。提出設(shè)計、施工技術(shù)等具體的加固利用方案建議[4]。

2.2 評估依據(jù)

評估依據(jù)為：《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準》（GB/T 50784—2013）、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50476—2008）、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010）、《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01—2014）、《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11—2011）、《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2016）、《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）、《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》（CJJ 2—2008）、《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》（JTG/T J22—2008）、《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）、《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 233—2015）。

3 工作流程

3.1 第一步：技術(shù)分析，確定預(yù)期目標

收集待評估橋段擬續(xù)用板梁結(jié)構(gòu)的原設(shè)計、竣工驗收資料和運營、管養(yǎng)技術(shù)資料，根據(jù)本項目改擴建橋梁預(yù)期使用目的和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能需求，對既有橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件（板梁）進行結(jié)構(gòu)復(fù)算，確定既有橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件（板梁）承載能力水平，以及改擴建之后橋梁對再利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件（板梁）的承載能力的要求，即確定改擴建橋梁的承載能力的技術(shù)標準。

根據(jù)橋梁所處環(huán)境以及現(xiàn)場結(jié)構(gòu)構(gòu)件（板梁）耐久性等方面的狀態(tài)，確定改擴建橋梁的橋梁構(gòu)件在耐久性方面的技術(shù)標準。

根據(jù)上述確定的預(yù)期目標，和掌握的初步技術(shù)資料，確定下一步工作的技術(shù)思路和方向，即，經(jīng)過橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測、評估工作后，提供工程技術(shù)方案，經(jīng)過綜合的技術(shù)經(jīng)濟比選工作，最終確定實施的技術(shù)方案。

3.2 第二步：結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測、評估

以橋梁檢測為基礎(chǔ)，對橋梁的性能進行評估，并根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件（板梁）的狀態(tài)和再利用要求，對既有結(jié)構(gòu)進行分級，即確定可直接利用的；需要進行簡單加固處理后利用；沒有利用價值廢棄的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測、評估工作分為兩個階段實施。工作思路見圖3。

3.2.1 第一階段

完成所有擬續(xù)用板梁的變形檢測、梁底裂縫檢測以及外觀缺損、病害缺損狀況檢測，對板梁材料強度、碳化深度進行抽檢；完成結(jié)構(gòu)自振頻率測試與橫向分布系數(shù)測定，將檢測結(jié)果與設(shè)計技術(shù)參數(shù)對比檢算，出具第一階段初步評估報告，論證板梁續(xù)用的可行性，初步給出可續(xù)用板梁的數(shù)量，并按照可原梁續(xù)用、修復(fù)后可續(xù)用和不建議續(xù)用進行分類。

圖3 檢測、評估流程圖

（1）結(jié)構(gòu)變形檢測

（2）梁底裂縫和外觀缺缺損病害狀況檢測

（3）板梁混凝土強度檢測

（4）碳化深度檢測

（5）結(jié)構(gòu)自振頻率測試

（6）橫向分布系數(shù)測定

3.2.2 第二階段

完成梁側(cè)及梁端外觀缺損、病害、裂縫缺損狀況檢測；完成板梁材性檢測和耐久性參數(shù)檢測，完成板梁承載力靜載試驗，并與竣工、管養(yǎng)資料對比，復(fù)核驗證第一階段的檢測結(jié)果，分別確定可原梁續(xù)用、修復(fù)后可續(xù)用板梁的數(shù)量和編號，并給出可續(xù)用板梁的修復(fù)加固方案，綜合比選施工方案、施工工期、工程經(jīng)濟、耐久性、全壽命周期等因素，為板梁后續(xù)使用提供建議，出具最終的檢測評定及研究報告。

（1）梁側(cè)、梁端裂縫和缺損狀況檢測

（2）板梁材性檢測

（3）構(gòu)件耐久性參數(shù)檢測

3.3 結(jié)構(gòu)檢測、評估形成的技術(shù)成果

3.3.1 第一階段

（1）574 片板梁變形，梁底開裂、缺損狀況檢測評估結(jié)果；

（2）板梁混凝土強度、碳化深度檢測評估結(jié)果；

（3）結(jié)構(gòu)自振頻率測試結(jié)果；

（4）橋梁荷載橫向分布系數(shù)；

（5）板梁續(xù)用的可行性分析，初步給出板梁分級（可原梁續(xù)用、修復(fù)后可續(xù)用和不建議續(xù)用）評估結(jié)果和評估依據(jù)；

（6）編制第一階段評估報告。

3.3.2 第二階段

在第一階段評估結(jié)果的基礎(chǔ)上，給出如下成果。

（1）板梁開裂、缺損狀況綜合評估結(jié)果；

（2）板梁混凝土強度復(fù)核和鋼筋、鋼絞線材性檢測評估結(jié)果；

（3）板梁保護層厚度、鋼筋分布、鋼筋銹蝕、氯離子等耐久性參數(shù)檢測評估結(jié)果；

（4）板梁靜載試驗，板梁設(shè)計承載力檢算，極限承載力評估結(jié)果；

（5）根據(jù)兩階段評估結(jié)果，對板梁結(jié)構(gòu)進行分級評價。分類確定不建議續(xù)用板梁的數(shù)量與評估標準，修復(fù)后可續(xù)用板梁的數(shù)量與評估標準以及加固技術(shù)手段，可原梁續(xù)用的板梁的數(shù)量與評估標準；

（6）最終評估報告。

4 形成可執(zhí)行的技術(shù)方案

根據(jù)評定結(jié)果中第一類（不建議續(xù)用）和第二類（修復(fù)后續(xù)用）板梁的數(shù)量和狀況，開展修復(fù)加固方案研究。

針對第一類板梁，按照如何滿足再次利用目標要求給出建議技術(shù)方案（廢棄、加固利用方案），并進行施工方案、施工工期、工程經(jīng)濟、耐久性等方面的論述和綜合比選，給出推薦方案。

針對第二類板梁，按照再次利用目標，綜合對比不同加固修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點，給出加固修復(fù)技術(shù)方案建議。

針對兩類板梁的加固修復(fù)技術(shù)方案，各選取3片板梁進行靜載試驗，確定其實際承載力，驗證所建議的加固修復(fù)技術(shù)方案。

5 結(jié) 語

既有橋梁改擴建工程涉及的工程技術(shù)問題較為復(fù)雜，同時伴隨著數(shù)目巨大的資金投入，社會關(guān)注度很高。所以，在對既有橋梁進行改擴建工作過程中，應(yīng)該進行全面細致的資料收集、標準制定、方案研究、結(jié)構(gòu)檢測、評估、征求意見等前期技術(shù)工作。得出科學、客觀、可靠的技術(shù)經(jīng)濟咨詢方案以及可實施工程實施方案，確保改擴建之后的橋梁正常安全運營使用和預(yù)期使用壽命，提高工程投資效率，避免工程投資浪費，達到預(yù)期的“安全、實用、綠色、節(jié)約”的目標原則要求。

藉此希望，工程管理人員和工程技術(shù)人員能夠?qū)蛄旱母臄U建問題給予更高的關(guān)注。使得類似工程在確保安全使用的基礎(chǔ)上，更加科學、合理。