加寬舊橋病害處理設(shè)計(jì)實(shí)例分析

吉冠華

(海南路橋工程有限公司,海南 三亞 572000)

隨著社會(huì)的進(jìn)步,人們出行用車(chē)日益增多,原有舊橋的通行能力已不能滿(mǎn)足現(xiàn)有交通需求,需進(jìn)行加寬改造。但早期設(shè)計(jì)者對(duì)舊橋加寬及新老橋接縫處的問(wèn)題沒(méi)有進(jìn)行深入分析,沒(méi)有重視新老橋不均勻沉降問(wèn)題,造成早期加寬的橋梁在新老橋接縫處產(chǎn)生各種病害,影響行車(chē)安全。該文以一座已加寬過(guò)的舊橋?yàn)槔?總結(jié)前兩次改造方案的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),探討切實(shí)可行的改造方案。

1 工程概況

某省道上一座橋梁建成于1967年8月,在1993年進(jìn)行了加寬設(shè)計(jì)。現(xiàn)主橋上部結(jié)構(gòu)為鋼筋砼簡(jiǎn)支T梁橋,跨徑為2×8.5 m(新橋)和1×20 m(舊橋),橋長(zhǎng)27.0 m,橋?qū)挒?0.1 m＋2×1.7 m。原橋設(shè)計(jì)荷載為汽－15級(jí)、掛－80,加寬后設(shè)計(jì)荷載為汽－20級(jí)、掛－100。采用漿砌片石橋臺(tái)、重力式橋墩、明挖天然基礎(chǔ),橋面鋪裝為水泥砼。

1.1 2015年改造方案

2015年加固前對(duì)整座橋梁進(jìn)行外觀(guān)檢查,并未發(fā)現(xiàn)橋面有明顯病害,僅有一處邊角處發(fā)生破碎(見(jiàn)圖1)。但隨后橋面鋪裝出現(xiàn)破損開(kāi)裂,露骨、露筋嚴(yán)重；伸縮縫損壞；橋頭搭板損壞造成橋頭兩端路面下沉破損。于是對(duì)其進(jìn)行橋面改造,設(shè)計(jì)方案為更換橋面鋪裝,加粗橋面縱橫向鋼筋、加厚橋面鋪裝(見(jiàn)圖2)。

圖1 2015年加固前橋面狀況

圖2 2015年更換橋面鋪裝設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

1.2 2016年改造方案

1.2.1 主要病害

2016年對(duì)該橋進(jìn)行系統(tǒng)排查,發(fā)現(xiàn)橋梁存在以下主要病害：1)橋面鋪裝0＃臺(tái)處右幅砼剝落1.2 m2、露筋0.6 m2,破碎板1 m2(見(jiàn)圖3)。2)橋面鋪裝右幅縱向裂縫長(zhǎng)8.5 m。3)伸縮縫錯(cuò)臺(tái)、下沉長(zhǎng)10 m。4)第一跨第6片T梁0＃臺(tái)支座處梁端頭砼剝落、露筋0.06 m2,梁端頭底部裂縫長(zhǎng)0.5 m、寬0.3 mm(見(jiàn)圖4)。5)第一跨第6片T梁1＃臺(tái)支座處梁端頭砼剝落0.07 m2,梁端頭底部裂縫長(zhǎng)0.5 m、寬0.3 mm。6)第一跨第6片梁0＃臺(tái)處支座墊石損壞。7)第一跨第1片T梁0＃臺(tái)、1＃墩支座處梁端頭砼剝落。8)0＃臺(tái)梁與背墻擠壓已沒(méi)有縫隙。

圖3 0#臺(tái)右幅橋面砼剝落、露筋,下沉

圖4 第一跨第6片梁0#臺(tái)端頭底部裂縫

1.2.2 病害原因

(1)原橋承載力不能滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)公路一級(jí)荷載的要求,加之加寬的新老橋設(shè)計(jì)荷載不同,撓度不一,橋面縱向裂縫隨之發(fā)展,雨水滲透導(dǎo)致鋼筋銹蝕,加劇裂縫發(fā)展。

(2)一端橋頭處于下坡,梁體整體向臺(tái)背擠密,橋面板如圖3所示橫向開(kāi)裂突起,又由于支座老化失效,支座墊石壓碎,舊橋梁體整體下沉,新老橋出現(xiàn)沉降差,在新老橋中心處出現(xiàn)圖3所示縱向裂縫。

(3)老橋梁片年久失修,原橋早期施工工藝差、振搗不密實(shí)等,導(dǎo)致砼掉塊和端頭砼剝落等現(xiàn)象。

1.2.3 改造方案

意識(shí)到僅通過(guò)改造橋面鋪裝并不能解決該橋問(wèn)題,提出以下改造方案：

(1)對(duì)第一跨1＃和6＃梁端解除約束,頂升T梁；用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)梁體底座、安裝鋼箍和化學(xué)注漿。對(duì)于不平整的梁底,用環(huán)氧砂漿找平,粘貼鋼板。

(2)清理臺(tái)帽上的木板及垃圾,若橋臺(tái)臺(tái)帽和墩臺(tái)蓋梁不平整,用環(huán)氧砂漿找平,保證支座放置平整。更換全橋支座時(shí),對(duì)于未加固設(shè)計(jì)的T梁,在支座下墊鋼板。由于該橋建成年代已久,現(xiàn)澆T梁底端與臺(tái)帽頂高度存在不同偏差,鋼板厚度根據(jù)每根梁底實(shí)際情況選擇,保證支座放上后全橋高程一致,防止支座不均勻受力。

(3)修復(fù)裂縫、表面蜂窩、掉塊、露筋等病害,新增橋臺(tái)搭板。

(4)更換橋面鋪裝和伸縮縫；新老橋面鋪裝預(yù)留2 cm間隙,內(nèi)填瀝青麻絮,防止新老橋剛度不同導(dǎo)致橋面產(chǎn)生縱向裂縫；清理泄水孔。

(5)鑿除0＃臺(tái)背墻,重新澆筑；拆除模板后,背墻與T梁留夠4 cm空隙,解決T梁梁端擠壓背墻問(wèn)題。

按上述措施加固施工后橋梁情況見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 2016年加固施工后橋面鋪裝

圖6 2016年粘貼鋼板加固后T梁

1.3 2018年檢查結(jié)果

2018年再次對(duì)該橋進(jìn)行外觀(guān)檢查,結(jié)果如下：T梁未產(chǎn)生橫向裂縫,T梁加固效果較好。但上部新舊橋縱向接縫處采用瀝青木條填充,在長(zhǎng)期重車(chē)反復(fù)碾壓下,新舊橋邊縱向接縫處出現(xiàn)啃邊現(xiàn)象,新老橋的撓度差也在接縫位置反映出來(lái),填充物基本失效?，F(xiàn)場(chǎng)橋面見(jiàn)圖7。

2 前兩次改造方案分析

2.1 2015年改造方案分析

2015年改造方案僅更換橋面鋪裝及伸縮縫。從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看,該方案是失敗的,僅1年多的時(shí)間,橋面再次開(kāi)裂,新老橋臺(tái)處出現(xiàn)沉降裂縫,縱向接縫處也產(chǎn)生沉降差裂縫。其原因主要是重車(chē)通行,新老橋沉降差不等及新老橋撓度不同,新橋處T梁撓度小,而老橋處T梁撓度大,造成橋面板在縱向接縫處產(chǎn)生很大剪力而導(dǎo)致裂縫。隨后雨水滲入鋼筋,造成鋼筋銹蝕,加速裂縫發(fā)展。

圖7 2018年橋面狀況

該方案設(shè)計(jì)中未針對(duì)影響橋面板承載力的主次因素。根據(jù)Paul F.Casagoly多達(dá)百次的沖剪試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)橋面板承載力最有影響的因素是受約束的程度,其次為橋面板厚度、鋼筋用量,砼強(qiáng)度、橫梁、靜載應(yīng)力等影響很小。該設(shè)計(jì)方案更換橋面鋪裝,提高鋼筋直徑、增加砼的等級(jí),這些因素并不是主要因素。更換橋面鋪裝時(shí)在新老橋縱向接縫處不作處理直接覆蓋,在縱向接縫處增大了橋面鋪裝的約束程度,產(chǎn)生了最不利影響。

2.2 2016年改造方案分析

2016年改造方案有效解決了橋梁端頭擠壓開(kāi)裂問(wèn)題,對(duì)老橋承載力不足的T梁進(jìn)行粘貼鋼板加固,提高了老橋的承載能力,由原來(lái)的汽－20級(jí)、掛－100提升至公路－Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)。其不足之處是采用早期中國(guó)橋梁加固采用的瀝青木條填充方法處理新老橋縱向接縫,技術(shù)相對(duì)滯后,后期問(wèn)題較多。

3 第三次加固改造方案的探索

目前對(duì)該橋主要還是養(yǎng)護(hù)為主。但隨著時(shí)間流逝,新老橋縱向接縫處問(wèn)題將越發(fā)明顯。因此,預(yù)先進(jìn)行第三次改造設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)中考慮的因素

第二次改造已解決了舊橋T梁的相關(guān)病害,并作了加固處理,故第三次改造設(shè)計(jì)僅針對(duì)橋面新老橋縱向接縫問(wèn)題進(jìn)行處治?？偨Y(jié)前兩次設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題,對(duì)該橋進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)明確以下幾點(diǎn)：

(1)該橋下部結(jié)構(gòu)不連接,即舊橋、新橋的橋墩不存在連接。主梁采用柔性連接,在新老T梁翼緣板處填塞柔性材料,底部預(yù)埋木條或橡膠條,新舊橋翼緣內(nèi)僅有少量鋼筋連接,形成不能傳遞彎矩的柔性構(gòu)造。橋面鋪裝也采用填充瀝青材料的方式。

(2)老橋已進(jìn)行過(guò)粘貼鋼板加固和橋面改造,不存在舊橋主梁承載力不足的問(wèn)題。

(3)舊橋建成于1967年,于1993年實(shí)施加寬改造,已經(jīng)過(guò)數(shù)十年的碾壓沉降,橋墩臺(tái)沉降已基本穩(wěn)定。

3.2 新老橋縱向接縫處理方法

根據(jù)該橋?qū)嶋H情況,新老橋縱向接縫適合選用上下部均不連接的方式,主要有3種方法：

(1)在新老橋接縫處采用鋼板包邊。該方法可解決接縫處啃邊的問(wèn)題,但不能解決撓度差問(wèn)題,通行車(chē)輛有可能出現(xiàn)打滑等現(xiàn)象,行車(chē)安全性差?？紤]到該橋新老橋距離較近,若后期注意接縫處鋼板的養(yǎng)護(hù)和維修,該方法還是可行的。

(2)采用縱向伸縮縫裝置。該方法可直接解決新舊橋梁縱向接縫問(wèn)題?？v向伸縮縫可很好地適應(yīng)新老橋之間的撓度差及沉降差,使新舊橋不協(xié)調(diào)變形平順過(guò)渡；伸縮縫表面可作防滑處理,保證雨天行車(chē)安全。目前國(guó)內(nèi)有采用法國(guó)EMR樹(shù)脂彈性砼伸縮裝置(見(jiàn)圖8)的經(jīng)驗(yàn)。

圖8 EMR縱向伸縮縫裝置(單位：cm)

(3)鑿除接縫處橋面鋪裝和新老橋接縫處上部結(jié)構(gòu)砼,將上部結(jié)構(gòu)的柔性連接改為剛性連接。該方案在中國(guó)高速公路上有過(guò)邊通車(chē)邊施工的先例。方法是用剛度滿(mǎn)足要求的夾具將新老橋上部結(jié)構(gòu)連為一體,使之與新老橋翼緣板的連接鋼筋共同傳遞荷載,減小車(chē)輛通行對(duì)縱縫澆筑砼的影響。

在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下,推薦使用縱向伸縮縫裝置,通過(guò)改變上部結(jié)構(gòu)連接方式,將原來(lái)的柔性連接改為剛性連接,通過(guò)改變整體主梁橫向分布系數(shù)改善全橋受力。該裝置在高速公路加寬橋梁上有過(guò)成功應(yīng)用的先例。但實(shí)例表明,上部剛性連接施工要求高,砼收縮徐變和墩臺(tái)沉降都會(huì)形成橋梁的內(nèi)力,橋面板在新老橋接縫處容易出現(xiàn)反射裂縫,而且隨著接縫長(zhǎng)度的增加該裂縫越容易出現(xiàn),采取該方案時(shí)應(yīng)予以重視。

4 結(jié)語(yǔ)

以實(shí)例分析新老橋接縫處病害和處理方法。該橋前面兩次維修加固雖不盡完美,但在維修加固過(guò)程中不斷改進(jìn),在第二次加固改造后至今該橋整體處于穩(wěn)定狀態(tài),橋臺(tái)處也未發(fā)現(xiàn)沉降裂縫,加固效果不錯(cuò)。后續(xù)瑕疵的地方可通過(guò)養(yǎng)護(hù)來(lái)改善,如有需要,也可作局部處理。