水閘交通橋安全加固技術(shù)方案應(yīng)用

周淑娟 郭朔彤

摘 要：某分洪閘在安全鑒定時被鑒定出存在交通橋橋面坑洼多、承載能力標(biāo)準(zhǔn)低等問題。通過安全復(fù)核計算，該交通橋采取了拆除重建方案。拆除重建方案重點(diǎn)解決了交通橋排架柱新老混凝土結(jié)構(gòu)連接、植筋、抗震等技術(shù)難題。通過除險加固，該分洪閘恢復(fù)了交通橋的原標(biāo)準(zhǔn)和原功能，保證了分洪閘安全運(yùn)行及防汛通道暢通，且使用情況良好，發(fā)揮了極大的社會效益。

關(guān)鍵詞：交通橋;拆除重建;倒梯形;植筋;抗震

中圖分類號：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0062-04

Abstract： A certain flood diversion gate was identified in the safety appraisal of the traffic bridge deck more potholes， low load capacity standard problems， through the safety review calculation， the traffic bridge to take the demolition and reconstruction scheme. The scheme of demolition and reconstruction focuses on solving the technical problems such as the connection between the new and old concrete structures， planting bars and seismic resistance of the transportation bridge. Through the reinforcement， the gate has restored the original standard and function of the traffic bridge， ensured the safe operation of the flood gate and the unimpeded flood control channel， and exerted great social benefits.

Keywords： traffic bridge;demolish and rebuild;inverted trapezoidal;planting bar;seismic

1 水閘交通橋基本情況及問題的提出

某交通橋所屬水閘為分洪閘，1967年始建，1976—1978年進(jìn)行了改建。其為49孔鋼筋混凝土樁基開敞式閘，設(shè)計分洪流量為5 000 m3/s，按6 000 m3/s校核，為大（一）型工程。閘身兩側(cè)各設(shè)兩個減載孔，減載孔凈寬為6.0 m。中墩厚為1.0 m，邊墩厚為1.1 m，底板順?biāo)鞣较蜷L19 m。2009年安全鑒定時被評為三類閘，并指出交通橋橋面存在坑洼多、承載能力標(biāo)準(zhǔn)低等問題，需要進(jìn)行除險加固。

交通橋位于閘室下游，原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為汽-13級。該交通橋分為兩部分：第一部分與橋頭堡相結(jié)合，屬減載孔跨，跨徑為6.90 m，閘上下游兩側(cè)各兩孔，共長28.4 m（含與堤防銜接段0.8 m）;第二部分為標(biāo)準(zhǔn)的交通橋，跨徑為7.00 m，全閘49孔，共長343.0 m。

2 原交通橋結(jié)構(gòu)復(fù)核計算

該橋橋板為混凝土預(yù)制實(shí)心板，混凝土標(biāo)號為250號，換算為現(xiàn)在的混凝土標(biāo)號為C20。

2.1 工況組合

復(fù)核計算時采用公路Ⅱ級荷載，計算上部橋板結(jié)構(gòu)時加入汽車作用、人群荷載，計算下部橋墩結(jié)構(gòu)時考慮汽車作用、人群荷載、風(fēng)荷載以及地震荷載（偶然工況）。

計算工況取正常運(yùn)用工況和地震作用下的工況。永久作用為結(jié)構(gòu)自重，可變作用為人群荷載和汽車荷載，偶然作用為地震慣性力。

橋面板跨徑為7 m，計算跨徑為6.3 m，橋面寬度為8 m。設(shè)計汽車荷載為公路Ⅱ級荷載，人群荷載為3 kN/m。交通橋橫斷面采用8塊橋板依次鋪筑，為對稱結(jié)構(gòu)。復(fù)核時分別對1#、2#、3#、4#板進(jìn)行復(fù)核計算。

2.1.1 剛度參數(shù)[γ]計算。剛度計算公式為：

式中：[γ]為剛度;[I]為截面抗彎慣性矩;[b]為截面寬度;[IT]為截面抗扭慣性矩;[l]為計算跨度。

2.1.2 作用效應(yīng)計算。作用效應(yīng)包括自重荷載效應(yīng)和車道荷載效應(yīng)。經(jīng)計算，跨中彎矩為最大彎矩，為217.69 kN·m，跨中剪力[V]=96.47 kN。計算配鋼筋面積[As]=4 620 mm2，實(shí)配鋼筋面積[As]=3 490 mm2，不滿足要求。

2.2 蓋梁與墩柱計算方法

2.2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計荷載：公路Ⅱ級荷載;人群荷載：3 kN/m2;橋面凈空：8 m;標(biāo)準(zhǔn)跨徑：6.3 m;柱：700 mm×800 mm;梁：8 000 mm×700 mm;垂直水流方向?qū)?00 mm。

2.2.2 材料?；炷粒?50號，鋼筋為二級鋼筋。

2.2.3 可變荷載橫向分布系數(shù)計算。荷載對稱布置時用杠桿法，非對稱布置時用偏心受壓法。

2.3 計算結(jié)果

根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL 191—2008），計算結(jié)果如表1所示。

從計算結(jié)果來看，混凝土現(xiàn)澆板和蓋梁的鋼筋均不滿足根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范計算的配筋結(jié)果。

3 交通橋加固方案

3.1 交通橋排架

根據(jù)復(fù)核計算結(jié)果，對交通橋橋面鋪裝層及排架加固的兩個方案進(jìn)行比較，即拆除重建和外粘型鋼加固，交通橋排架現(xiàn)場布置見圖1，交通橋排架加固方案見圖2。圖2中，高程單位是m，部件尺寸單位為cm。方案一，拆除重建后，交通橋混凝土結(jié)構(gòu)整體性和結(jié)構(gòu)耐久性良好，易恢復(fù)原橋面高程，施工方便，可徹底解決當(dāng)前存在的安全隱患問題;方案二，采用外粘型鋼加固排架，耐久性較差，改變原橋面高程，無法徹底解決安全隱患，且需要限制車流量，每天觀測交通橋運(yùn)行情況。因此，推薦使用方案一，即拆除重建方案。該方案徹底解決了安全隱患，無須限制車流量，為地方發(fā)展提供了便利。

原交通橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為汽-13級，全長371 m。由于該閘下游50 m處有一座大型浮橋，來往車輛多，車輛荷載重，除險加固時按照最新的交通橋橋梁設(shè)計規(guī)范進(jìn)行復(fù)核，交通橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提升至公路Ⅱ級，按公路Ⅰ級荷載校核。

拆除交通橋排架梁和橋面板，新建裝配式空心板，橋?qū)?.7 m。同時，為節(jié)省投資，合理利用交通橋排架柱，保留上游側(cè)短排架柱完整，將其鋼筋保護(hù)層鑿除，然后焊接新鋼筋按設(shè)計界面尺寸重新澆筑。拆除下游側(cè)長排架柱，為使新建長排架柱與原閘墩較好地連接且受力時不易側(cè)向滑出，將排架柱底部閘墩設(shè)計成倒梯形，拆除柱底部以下沿閘墩下游邊緣1 500 mm×1 000 mm×1 000 mm的閘墩，盡量保留原鋼筋，在重建時將排架柱縱筋與閘墩鋼筋焊接。

交通橋排架柱與閘墩以植筋連接。布置植筋時需要考慮避開原閘墩鋼筋布置，同時考慮植筋間距、原閘墩混凝土適應(yīng)情況等，施工難度大。植筋前對橋墩部分采用“小應(yīng)變法”做完整性檢測，檢測結(jié)果顯示強(qiáng)度滿足方可進(jìn)行下一步加固工作。植筋錨固長度、植筋混凝土及植筋膠和界面劑使用等級嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，并進(jìn)行植筋拉力抗拔試驗(yàn)以驗(yàn)證強(qiáng)度，結(jié)果顯示應(yīng)用效果良好。

拆除新建交通橋排架柱時，為使排架柱與原閘墩較好地連接且受力時不易側(cè)向滑出，將排架柱底部閘墩設(shè)計成倒梯形。交通橋排架柱與閘墩連接采用植筋錨固和現(xiàn)澆混凝土錨固連接組合方式。

分洪閘位于Ⅶ度地震區(qū)，采用抗震措施，在鋼筋混凝土擋塊及橋面鋪裝層與蓋梁之間增設(shè)板式橡膠支座，型號為GJZ-200×200×42。

從施工及現(xiàn)狀運(yùn)行情況看，方案較好地滿足了交通現(xiàn)狀要求。

最終確定采取拆除重建方案加大蓋梁及柱的尺寸，加固后蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸為8 700 mm×800 mm（寬×高），垂直水流方向?qū)? 550 mm，柱調(diào)整為800 mm×900 mm（順?biāo)鳌链怪彼鳎?/p>

3.2 橋面鋪裝層

橋板由6×0.99 m的空心中板和2×0.99 m的邊部板件組成?？招陌搴?2 cm，橋面行車部分凈寬為7.0 m，橋面的標(biāo)準(zhǔn)跨徑為7 m，實(shí)際制作長度為6.98 m，凈跨為5.45 m，支撐寬度為75 cm。

橋面鋪裝層厚18 cm，共3層，由下而上分別為10 cm厚C40防水混凝土現(xiàn)澆層、瀝青防水層、8 cm瀝青混凝土橋面鋪裝層。10 cm鋪裝層內(nèi)設(shè)Φ12@100鋼筋網(wǎng)。板與板之間設(shè)鉸縫鋼筋。

4 技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

4.1 排架柱與閘墩新老混凝土結(jié)構(gòu)連接問題

原交通橋排架柱固結(jié)在閘墩頂，交通橋橋面鋪裝荷載和交通車輛荷載通過排架柱向閘墩傳導(dǎo)至閘室底板。排架柱拆除后如何與閘墩重新連接并穩(wěn)固發(fā)揮作用成為技術(shù)難點(diǎn)[1]。排架柱與閘墩連接斷面見圖3，尺寸單位為mm。

一方面，原排架柱拆除時保留原柱與閘墩固結(jié)鋼筋，閘墩頂高程以上保留鋼筋長度按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL 191—2008）錨固長度要求[40d]（[d]為受力鋼筋直徑）計算，保留長度為1.0 m。

另一方面，排架柱發(fā)揮作用時，受拉側(cè)鋼筋在閘墩內(nèi)有受彎或拔出趨勢，鋼筋外部包裹的閘墩混凝土受擠推，有滑出拆除重建斷面的風(fēng)險。為使排架柱與原閘墩較好地連接且受力時不易側(cè)向滑出，將排架柱底部閘墩設(shè)計成倒梯形，使新澆筑閘墩與頂部排架柱和底部原閘墩結(jié)構(gòu)更好地連接，確保工程安全[2]。

4.2 植筋

交通橋排架柱與閘墩連接采用植筋錨固和現(xiàn)澆混凝土錨固連接的組合方式。布置植筋時不僅需要考慮避開原閘墩鋼筋布置，還要考慮植筋間距、原閘墩混凝土適應(yīng)情況等，技術(shù)難度大。

植筋前，采用小應(yīng)變法對橋墩部分[3]做完整性檢測，檢測結(jié)果顯示強(qiáng)度滿足方可進(jìn)行下一步加固工作。植筋錨固長度[4]、植筋混凝土及植筋膠和界面劑使用等級嚴(yán)格按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB 50367—2013）執(zhí)行。該分洪閘原閘混凝土為C20，經(jīng)計算植筋深度最小為50 cm。將長柱一半縱向受力筋間隔植入原閘墩結(jié)構(gòu)內(nèi)，植筋長度大于等于50 cm，植筋用結(jié)構(gòu)膠黏劑采用A級膠。做植筋拉力抗拔試驗(yàn)驗(yàn)證強(qiáng)度，滿足要求后適用到全閘。結(jié)果表明，應(yīng)用效果良好。

該閘建于20世紀(jì)70年代，原閘各結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用混凝土標(biāo)號多數(shù)為150#，相當(dāng)于C14混凝土，不符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB 50367—2013）中“當(dāng)新增構(gòu)件為其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，其原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級不得低于C20”的要求。針對老混凝土的強(qiáng)度問題，研究者做了大量檢測和試驗(yàn)。結(jié)果顯示，隨著混凝土齡期的增長，混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加，老混凝土抗壓強(qiáng)度滿足植筋要求。為節(jié)省投資，保證結(jié)構(gòu)安全，新老混凝土結(jié)構(gòu)連接根據(jù)受力特點(diǎn)采取不同方式。受力復(fù)雜的交通橋排架柱與閘墩連接，采用植筋錨固和現(xiàn)澆混凝土錨固連接組合方式。

植筋時，采用先進(jìn)的技術(shù)和器械，精準(zhǔn)控制植筋鉆孔的孔深、孔徑及孔壁四周厚度。向老混凝土結(jié)構(gòu)植筋時，先注入植筋結(jié)構(gòu)膠再植筋。結(jié)構(gòu)膠黏劑采用A級膠。

4.3 抗震措施

該分洪閘處于Ⅶ度地震區(qū)，按照規(guī)范要求應(yīng)采取抗震措施。一方面，在交通橋橋面寬度8.70 m外，兩側(cè)各設(shè)寬0.30 m防震擋塊。另一方面，橋面鋪裝層與蓋梁之間設(shè)板式橡膠支座[5]。

5 結(jié)語

通過采取以上除險加固措施，該分洪閘交通橋恢復(fù)了原標(biāo)準(zhǔn)和原功能，保證了分洪閘安全運(yùn)行及防汛通道暢通，確保了被保護(hù)區(qū)群眾的生命和生產(chǎn)生活安全，使用情況良好，發(fā)揮了極大的社會效益。

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