錫海線(xiàn)某橋加固改造總體設(shè)計(jì)

于文杰，張安靜

（1.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 土木建筑學(xué)院，鄭州450046；2.河南黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心，鄭州450001）

1 項(xiàng)目背景

錫海線(xiàn)某中橋位于G207錫海線(xiàn)上，橋梁中心樁號(hào)為K1349+817，上部結(jié)構(gòu)為4×20m簡(jiǎn)支T梁，單跨7片梁，下部采用樁柱式墩臺(tái)。橋臺(tái)、橋墩均采用板式橡膠支座。橋梁總寬為8.0m，橋梁全長(zhǎng)84.5m，設(shè)計(jì)荷載汽-20、掛-100，橋面鋪裝為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，橋臺(tái)處采用簡(jiǎn)易伸縮裝置，橋墩處連續(xù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該中橋（右幅）多處構(gòu)件均有不同程度的嚴(yán)重?fù)p傷，在現(xiàn)階段的使用中對(duì)過(guò)往車(chē)輛和行人有潛在的結(jié)構(gòu)安全隱患，急需維修加固處理。

2 橋梁病害、檢測(cè)及改造

2.1 橋梁病害情況

2.1.1 橋面體系病害

橋面主要病害情況如下：（1）橋面縱向裂縫，墩頂橫向貫通開(kāi)裂；（2）簡(jiǎn)易伸縮縫橫向開(kāi)裂，輕度跳車(chē)；（3）護(hù)欄混凝土老化開(kāi)裂、局部斷裂、外斜。

2.1.2 上部結(jié)構(gòu)病害

橋梁上部結(jié)構(gòu)主要病害為：（1）全橋邊梁的兩側(cè)腹板下邊緣嚴(yán)重開(kāi)裂、梁體向外傾斜；（2）部分梁體混凝土破損、露筋；（3）部分橫隔板下緣破損、露筋；（4）部分支座缺失、完全脫空。

2.1.3 下部結(jié)構(gòu)病害

橋梁下部結(jié)構(gòu)主要病害為：（1）橋臺(tái)處滲水、混凝土剝落、露筋銹蝕；（2）蓋梁混凝土銹漲、鋼筋銹蝕、擋塊擠裂。

2.2 危橋檢測(cè)結(jié)果

本橋建設(shè)至今已有30余年，主梁拆除后發(fā)現(xiàn)蓋梁新增裂縫較多，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，混凝土碳化深度較大，蓋梁截面削弱較多。如采用加固方案，蓋梁抗彎能力可以滿(mǎn)足，但抗彎能力富余較少，抗剪能力不能滿(mǎn)足規(guī)范要求。為保證結(jié)構(gòu)安全，采用拆除原有蓋梁，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和橋梁的病害情況，把該橋右幅的整體狀況綜合評(píng)價(jià)為5類(lèi)。指出由于近年來(lái)大量超載車(chē)輛的影響致使本橋的現(xiàn)有橋況已很差。綜合上述病害情況，為消除安全隱患，提高過(guò)往車(chē)輛的運(yùn)行質(zhì)量，徹底改善交通現(xiàn)狀，保障G207錫海線(xiàn)的良好通行能力，提出對(duì)該橋進(jìn)行加固改造。

2.3 橋梁改造的必要性

G207錫海線(xiàn)是國(guó)家公路網(wǎng)中的重要組成部分，此橋現(xiàn)狀已不能滿(mǎn)足通行要求，如不及時(shí)改造，不但會(huì)給交通安全留下隱患，降低、甚至阻礙G207錫海線(xiàn)的通行能力，也不利于橋位所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；雖左半幅橋仍具備通行能力，但國(guó)道車(chē)流量大，貨車(chē)較多，雙向行駛在此處變?yōu)閱蜗蛐旭?。如廢棄右半幅危橋，或者拆除新建，將形成寬路窄橋，此路段將形成咽喉地段，極易造成擁堵。綜合上述情況，鑒于該橋?qū)^(guò)往行人和車(chē)輛安全均構(gòu)成嚴(yán)重威脅，為消除安全隱患，保證此路段正常通行及提高G207錫海線(xiàn)的通行能力，對(duì)其進(jìn)行加固改造是十分必要的，應(yīng)盡早付諸實(shí)施，保證左右幅橋梁共同承擔(dān)各自單方向交通。

3 橋梁加固方案設(shè)計(jì)

3.1 加固設(shè)計(jì)原則

橋梁加固設(shè)計(jì)方案以恢復(fù)構(gòu)件使用功能、一定程度上恢復(fù)承載能力、保障結(jié)構(gòu)安全性和耐久性為目的【1】。本次橋梁維修加固設(shè)計(jì)遵循盡可能不損傷原結(jié)構(gòu)，避免不必要的拆除及更換，防止加固中造成新的結(jié)構(gòu)損傷或病害的原則，依據(jù)檢測(cè)評(píng)估報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)【2】。設(shè)計(jì)中區(qū)分構(gòu)件結(jié)構(gòu)性病害與非結(jié)構(gòu)性病害，針對(duì)非結(jié)構(gòu)病害的構(gòu)件維修方案以恢復(fù)使用功能和耐久性為主；針對(duì)結(jié)構(gòu)性病害以及受力構(gòu)件，拆除換新以保障結(jié)構(gòu)安全【3】。

3.2 加固方案

根據(jù)橋梁檢查結(jié)果將該橋右幅綜合評(píng)定為5類(lèi)危橋，結(jié)合本橋的具體病害情況，為對(duì)本橋進(jìn)行加固處理，加固內(nèi)容為更換橋梁主梁、墩臺(tái)蓋梁鉚粘鋼板加固。更換全橋支座，處治病害，重新澆筑鋪裝，設(shè)置伸縮、排水裝置，重新設(shè)置護(hù)欄，提高防撞等級(jí)。具體加固內(nèi)容如下：

拆除該橋（右幅）主梁，更換為20m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁；對(duì)該橋（右幅）墩臺(tái)蓋梁進(jìn)行鉚粘鋼板加固；對(duì)橋面鋪裝進(jìn)行拆除換新，鋪裝厚度為9cm瀝青混凝土+防水層+8cm C50防水混凝土；伸縮裝置拆除換新：選擇能自由伸縮、滿(mǎn)足承載和變形要求、具有良好的密水性和排水性、易于檢查和養(yǎng)護(hù)的伸縮裝置【4】；采用橋面橫坡與泄水管相結(jié)合的排水措施，泄水管每4m一道，布置在橋面較低側(cè)；按照小箱梁支座位置進(jìn)行植筋現(xiàn)澆墊石，連續(xù)端采用GYZ350×63（CR）固定支座，橋臺(tái)處采用GYZF4300×54（NR）滑動(dòng)支座。護(hù)坡?lián)p壞部分，拌制砂漿重新砌筑，砌塊間應(yīng)砂漿飽滿(mǎn)，黏結(jié)牢靠；除下部構(gòu)造松脫、剝離等已損壞的混凝土，對(duì)銹脹的鋼筋進(jìn)行除銹防銹處理，然后用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿或其他高強(qiáng)材料予以修補(bǔ)。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)荷載：更換主梁后主梁滿(mǎn)足公路-Ⅰ級(jí)，墩臺(tái)蓋梁經(jīng)加固后承載能力極限狀態(tài)滿(mǎn)足公路-Ⅰ級(jí)，正常使用極限狀態(tài)滿(mǎn)足汽-20、掛-100；橋面寬度：11.25m；設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100；地震動(dòng)峰值加速度：0.1g。

4.2 原蓋梁承載能力計(jì)算

根據(jù)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》，該橋蓋梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可根據(jù)式（5.2.2.1）或式（5.2.2.2）對(duì)原蓋梁抗彎承載能力進(jìn)行計(jì)算，M=2 887.114kN·m。

4.3 加固方案承載力計(jì)算

該橋由于上部梁板損壞嚴(yán)重，已無(wú)加固利用價(jià)值，蓋梁主要病害為混凝土銹脹，未見(jiàn)結(jié)構(gòu)性病害，擬對(duì)該橋(右幅)上部梁板進(jìn)行拆除換新，更換為4×20m先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁，對(duì)蓋梁進(jìn)行鉚粘鋼板增大截面加固。

對(duì)原簡(jiǎn)支T梁上部荷載進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1，考慮簡(jiǎn)支T梁、橋面鋪裝(按10cm計(jì))、護(hù)欄、人行道的自重及公路一級(jí)汽車(chē)荷載。

對(duì)換新小箱梁上部荷載進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1，考慮小箱梁、橋面鋪裝（按17cm計(jì)）、護(hù)欄、人行道的自重及公路一級(jí)汽車(chē)荷載。

對(duì)原有T梁、換新后箱梁、蓋梁抗彎承載力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1，將原上部梁板拆除替換為連續(xù)小箱梁后，墩頂負(fù)彎矩承載能力不足，需要重新加固。

表1 彎矩對(duì)比表

根據(jù)JTG/TJ 22—2008《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》式（6.2.2-1）、式（6.2.2-2）、式（6.2.2-3），對(duì)蓋梁鉚粘鋼板后承載力進(jìn)行計(jì)算。原有蓋梁加固前抗彎承載力2 887.1kN·m，鉚粘鋼板增大截面后蓋梁抗彎承載力3 937.847kN·m，承載能力增加1 050.747kN·m。原有蓋梁加固前抗剪承載力3 315kN，鉚粘鋼板增大截面后蓋梁抗剪承載力3 744.3kN，蓋梁抗剪承載能力增加429.3kN。蓋梁加固前墩頂負(fù)彎矩2 887.1kN·m，鉚粘鋼板加固后頂負(fù)彎矩4 404.852kN·m，墩頂抗彎承載能力增加1 517.752kN·m。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目改造方案為更換上部主梁、更換支座、處治病害、蓋梁鉚粘鋼板加固。經(jīng)計(jì)算，換梁后正彎矩組合設(shè)計(jì)值2 712kN·m，加固后蓋梁正彎矩抗彎承載力3 937.8kN·m，安全系數(shù)1.452。換梁后負(fù)彎矩組合設(shè)計(jì)值3 986kN·m，加固后蓋梁負(fù)彎矩抗彎承載力4 404.9kN·m，安全系數(shù)1.105，換梁后剪力組合設(shè)計(jì)值3 315kN，加固后蓋梁抗剪承載力3 744.3kN，安全系數(shù)1.13，重新澆筑鋪裝，設(shè)置伸縮、排水裝置；重新設(shè)置護(hù)欄，提高防撞等級(jí)，更換主梁后主梁設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)，墩臺(tái)蓋梁經(jīng)加固后承載能力極限狀態(tài)滿(mǎn)足公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，正常使用極限狀態(tài)滿(mǎn)足汽-20、掛-100荷載標(biāo)準(zhǔn)。本方案從經(jīng)濟(jì)性、施工難易度和構(gòu)造物的實(shí)用性上來(lái)說(shuō)都是合理的。