王建華
(寧德市公路事業(yè)發(fā)展中心,福建 寧德 352100 )
我國(guó)在上世紀(jì)60~80年代修建了大量的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合箱梁橋,這是在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平和施工吊裝能力有限的背景下而廣泛采用的一種中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu),為我國(guó)的交通運(yùn)輸事業(yè)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是這種橋型在快速推廣應(yīng)用的同時(shí),也出現(xiàn)了較多的問題,其主要的缺點(diǎn)就是整體性和耐久性較差。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,交通量開始急劇增加,車輛軸重也越來越大,這使得這類橋梁大都處于超載服役狀態(tài);隨著時(shí)間的推移,在荷載和外界不利環(huán)境的綜合作用下,這些橋梁結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生了不同程度的病害,部分橋梁甚至已經(jīng)成為“危橋”。本文以賽岐大橋引橋橋面維修改造為背景,介紹了這類橋梁常見的典型病害,并提出了維修改造技術(shù)方案,供今后此類橋梁的養(yǎng)護(hù)參考。
賽岐大橋位于G104 寧德福安市賽岐鎮(zhèn),橫跨賽江,全長(zhǎng)487.8m,該橋于1991年8月竣工,設(shè)計(jì)荷載為汽車-20 級(jí),掛-100,人群荷載為3.5kN/m2。橋面寬度為:凈-9.00m(行車道)+2×1.50m(人行道)=12m,每側(cè)人行道懸挑0.5m,橋面為10cm 砼鋪裝層。橋跨結(jié)構(gòu)為:30m+(45m+3×70m+45m)+5×30m=480m,主橋?yàn)椋?5m+3×70m+45m)的5 跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁;賽岐端引橋?yàn)? 孔30m 的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合箱梁,羅江端引橋?yàn)橄葟埛? 孔30m 的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合箱梁。
圖1 賽岐大橋總體布置圖(單位:cm)
引橋槽型梁外觀質(zhì)量較好,跨中截面和支點(diǎn)截面均未發(fā)現(xiàn)受力裂縫。橋面預(yù)制空心板大多存在縱向裂縫,尤其以羅江側(cè)引橋第1 跨橋面中線附近橋面縱向開裂問題最為嚴(yán)重,其中裂縫長(zhǎng)度、最大寬度分別為30m 和4cm,該裂縫縱向貫穿于整個(gè)橋跨,縱向裂縫貫通橋面板,存在漏水情況;橋梁下游側(cè)兩片槽型梁存在向外滑動(dòng)現(xiàn)象,滑移距離約為4cm,槽型梁兩端橫隔板連接鋼構(gòu)件被拉斷。
圖2 橋面縱向裂縫示意
圖3 橋面縱向開裂照片
賽岐大橋引橋橋面產(chǎn)生縱向裂縫的主要原因?yàn)椋浩湟唬愥髽蛞龢蛟瓰轭A(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合箱梁,原橋預(yù)制空心板直接擱置在槽型梁上,梁板連接效果不佳,空心板間橫向聯(lián)系較弱,橋梁整體性較差。其二,空心板承載力設(shè)計(jì)承載力較設(shè)計(jì)使用汽車荷載富余較小。在使用中,受超載、重載車輛增多等因素的影響,橋梁出現(xiàn)了橋面空心板單板受力和抗力不足,進(jìn)而產(chǎn)生橋面縱向裂縫。其三,本橋梁還存在下游側(cè)兩片槽型梁向外滑問題,其誘發(fā)原因在于:隨著橋梁使用年限的增加,其縱向裂縫的寬度不斷擴(kuò)大,受此影響,橋梁空心板單板受力現(xiàn)象加劇,并且橋梁的橫向聯(lián)系逐漸減弱,在車輛反復(fù)沖擊等因的影響下,橋面板和橋面病害發(fā)生惡性循環(huán)問題,最終導(dǎo)致槽型梁向外滑問題。
針對(duì)引橋橋面的病害,目前主要的加固方法有以下幾種:
(1)粘貼鋼板或碳纖維布:該方法是將鋼板或碳纖維布粘貼在橋面板底部,用以增加板底抗拉性能,對(duì)混凝土開裂能起到一定的限制作用。其優(yōu)點(diǎn)是施工方便、適應(yīng)性強(qiáng)。但由于鋼板或碳纖維布與橋面板緊密粘結(jié)才能發(fā)揮效果,故對(duì)施工工藝有較高的要求。而且鋼板會(huì)增加結(jié)構(gòu)自重,碳纖維布不能補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度,因此提高橋面板的承載力有限。
(2)改變結(jié)構(gòu)受力模式:在橋面板下部粘貼1 層鋼筋混凝土現(xiàn)澆板,增大橋面板的截面高度。同時(shí)現(xiàn)澆板通過在槽型梁腹板植筋,將槽型梁與橋面板連接成一個(gè)聯(lián)合截面,類似于帶濕接縫的小箱梁結(jié)構(gòu)。伸縮縫附近還可做局部加厚處理,抵抗車輛沖擊荷載作用。這種方法增強(qiáng)了梁板協(xié)同作用,提高了橋面板的抗彎能力,以及抵抗局部沖擊荷載的能力,改善了組合橋梁的整體工作性能,使得橋梁的承載能力有較大的提高,其缺點(diǎn)是施工復(fù)雜、難度較大,需要搭設(shè)模板和臨時(shí)支架。
(3)直接更換橋面板。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng),施工方便快捷?,F(xiàn)在施工技術(shù)較好,材料質(zhì)量高。重新安置的橋面板能夠滿足一段時(shí)期交通的需要,但是缺點(diǎn)是板上的鋪裝層必須拆除后重新鋪設(shè),并且在更換的過程中需要封閉橋梁施工,影響正常交通通行。
在上述三種方法中,粘貼鋼板或碳纖維布方法、僅將兩片梁之間改變結(jié)構(gòu)受力模式的方法,屬于治標(biāo)不治本的加固方式。直接更換橋面板方法,不僅可以提高各片槽型梁的協(xié)同工作能力,使各片梁的受力更加均勻,而且橋梁的橫向整體性和行車舒適性均有明顯改善。
圖4 引橋橋面維修改造后斷面
新現(xiàn)澆橋面板與原預(yù)制槽型梁的連接直接影響著本項(xiàng)目的加固成敗,槽型梁上方的空心板拆除時(shí)應(yīng)注意保留槽型梁頂部的鋼筋,能繼續(xù)使用的可適當(dāng)彎折于新橋面板中,不能繼續(xù)使用的,要在該鋼筋一側(cè)沿縱橋向植入φ16鋼筋,植入深度不小于15d。為了加強(qiáng)新現(xiàn)澆橋面與原預(yù)制槽型梁的連接,本次維修改造采用的植筋方式,在橋面板混凝土范圍內(nèi)采用矩形形式與橋面板的縱橫向鋼筋采用雙面焊接或者搭接的形式連接在一起。
拆除空心板后,鑿毛槽形梁頂端舊混凝土,深約1cm。清除表面浮漿及松動(dòng)骨料,使混凝土結(jié)合面表面粗糙度達(dá)到±7mm 要求,澆筑新混凝土前充分清洗舊混凝土,使混凝土表面濕潤(rùn)無明水,涂刷界面劑,以保證新老混凝土結(jié)合良好。
橋面板由于鋼筋較密,振搗必須充分到位,應(yīng)注意避免過振引起的集料沉底,砂漿上翻的現(xiàn)象。橋面板時(shí)應(yīng)一次性澆筑完成,并采取適當(dāng)措施,減少混凝土收縮,及時(shí)、充分養(yǎng)護(hù),避免早期開裂?;炷琉B(yǎng)生期間應(yīng)盡量避免受擾動(dòng),濕養(yǎng)時(shí)間不小于15d。
槽型梁滑移是本項(xiàng)目的主要病害表現(xiàn),對(duì)于PLC 系統(tǒng)同步頂升控制,要求千斤頂配有液壓控制系統(tǒng)、液壓鎖,進(jìn)而在保證豎向頂升操作同步性的基礎(chǔ)上,防止系統(tǒng)及管路失壓?jiǎn)栴}?;泼姘惭b時(shí),要求在鋼板與槽型梁底的楔形鋼板外邊緣進(jìn)行焊接處理,并且要在四氟滑板表面的儲(chǔ)油槽內(nèi)放慢硅脂。下落及PLC 系統(tǒng)同步橫向糾偏控制的施工內(nèi)容與頂升施工相反,要求頂推過程的同步誤差小于0.5mm,當(dāng)超過這一標(biāo)準(zhǔn)時(shí),應(yīng)通過關(guān)閉液控單向閥的方式確保梁體安全。
橋面系拆橋、交通管制是項(xiàng)目實(shí)施的兩個(gè)難點(diǎn)。在拆除管理中重視橋面監(jiān)測(cè),項(xiàng)目縱向監(jiān)測(cè)中,每2m 布設(shè)高程測(cè)點(diǎn);而在橫向檢測(cè)中,應(yīng)在每個(gè)斷面的中線、上、下游人行道邊緣橋面設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。在實(shí)際拆橋中,按照先拆除人行道構(gòu)件,再由外往內(nèi)拆除橋面鋪裝和空心板的順序進(jìn)行作業(yè),拆除中不得對(duì)其他構(gòu)件造成影響。工程項(xiàng)目交通管制中,與交警部門加強(qiáng)協(xié)作,強(qiáng)化施工區(qū)域交通組織的管控;同時(shí)要求要求19 座以上客車及5 噸以上貨車暫停通行,19 座以內(nèi)客車空車通過;最后加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)通行管理,如安排交通指揮人員進(jìn)行指揮,然后在交通標(biāo)志、標(biāo)線指示單幅引導(dǎo)下交替通行,修復(fù)期間賽岐大橋全程限速20km/h,確保了項(xiàng)目施工的交通安全。
為檢驗(yàn)引橋橋面維修改造的加固效果,在引橋加固施工完成后,對(duì)賽岐大橋羅江側(cè)引橋第1 跨、第2 跨進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),具體如下:
羅江側(cè)引橋第1 跨、第2 跨最大正彎矩偏載、中載工況作用下?lián)隙葦?shù)據(jù)對(duì)比見下表。
表1 撓度數(shù)據(jù)對(duì)比表
分析表1 可知:
1、在偏載和中載工況作用下,羅江側(cè)引橋第1 跨和第2 跨全截面實(shí)測(cè)撓度總和相差不大;
2、第2 跨受荷載作用的梁片撓度大于第1 跨相同荷載作用下相同梁片的撓度,在實(shí)測(cè)撓度總和相差不大的前提下,說明第1 跨在加固后各梁片之間的橫向聯(lián)系有所提高。
在橋面無任何交通荷載以及橋梁附近無規(guī)則振源的情況下,測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動(dòng)、水流等隨機(jī)荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微幅振動(dòng)響應(yīng)。脈動(dòng)試驗(yàn)主要測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率、阻尼比和振型。
表2 脈動(dòng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與理論值相比較
環(huán)境脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果顯示,羅江側(cè)引橋第1 跨和第2 跨實(shí)測(cè)基頻大于理論基頻,實(shí)測(cè)振型與理論振型吻合較好,表明所測(cè)結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于理論剛度;第1 跨實(shí)測(cè)1 階頻率(4.40Hz)與第2 跨實(shí)測(cè)1 階頻率(4.88Hz)較為接近。
根據(jù)羅江側(cè)引橋第1 跨和第2 跨靜動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)測(cè)撓度數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論:
1、將橋面板、橋面鋪裝與槽型梁整體現(xiàn)澆在一起,同時(shí)在L/4、L/2、3L/4處增設(shè)3 道橫隔板的加固方式,能夠有效的提高橋梁的橫向聯(lián)系,確保在荷載作用下各梁片受力較為均勻,提高各梁片之間共同承擔(dān)荷載作用的能力。
2、將橋面板、橋面鋪裝與槽型梁整體現(xiàn)澆,由于自重增加,加固前后的橋梁整體剛度未發(fā)生明顯變化,整體剛度未得到有效提升。
3、根據(jù)賽岐大橋竣工圖,結(jié)合靜動(dòng)載試驗(yàn)的結(jié)果分析,空心板是橫向放置在槽型梁上方及槽型梁之間,橫向聯(lián)系主要依靠橋面鋪裝的整體性來傳遞,這種結(jié)構(gòu)形式具有梁與梁之間的橫向聯(lián)系弱、易破壞等缺點(diǎn)。在日常檢查中,若發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝出現(xiàn)沿空心板搭接位置的縱橋向裂縫時(shí),應(yīng)引起高度重視,及時(shí)進(jìn)行修復(fù),避免出現(xiàn)嚴(yán)重的單板受力現(xiàn)象,影響橋梁的運(yùn)營(yíng)安全。
科學(xué)合理地進(jìn)行橋面病害維修改造,能有效提升橋梁想項(xiàng)目的整體應(yīng)用效益。結(jié)合賽岐大橋引橋橋面病害維修改造項(xiàng)目實(shí)際可知,橋梁不同,其橋面病害和具體的成因表現(xiàn)具有較大差異,在橋梁橋面病害維修改造中,施工人員只有系統(tǒng)分析橋面病害成因,合理選擇病害處置方式,才能有效地提升橋梁病害處置質(zhì)量,繼而為人們創(chuàng)造安全的交通出行環(huán)境。