高速公路某互通立交橋撞擊受損后應(yīng)急處治措施

何金緯

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安710000）

1 項(xiàng)目概況

該橋位于G98 海南環(huán)島高速公路東線，是一座上跨地方公路的1m×16m 互通立交橋。近年來，隨著橋下地方公路改建路面抬高，橋下凈空已嚴(yán)重不足，導(dǎo)致該橋梁底多次被地方公路貨車撞擊受損，影響到橋梁結(jié)構(gòu)安全。為保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，需對(duì)該橋進(jìn)行處治受損主梁、提高橋下凈空的一系列改造措施。

1.1 橋梁基本情況

橋梁全長(zhǎng)29.04m，斜度90 度，上部結(jié)構(gòu)為1m×16m 鋼筋混凝土T 梁，下部結(jié)構(gòu)為砌體結(jié)構(gòu)重力式橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)。該橋于1995年12月建成通車后，經(jīng)過拼寬擴(kuò)建，于1999年10月擴(kuò)建通車至今。擴(kuò)建前，上部橫向布置12 片鋼筋混凝土T 梁，左右幅橋面總寬18.5m。擴(kuò)建后，全幅橫向布置17 片T 梁，橋面總寬26.4m。設(shè)計(jì)荷載：汽車—超20 級(jí)，掛—120。橋下有一條下穿路，設(shè)計(jì)凈空為4.5m。

下穿公路路面抬高后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)橋下凈空最小處僅為4.2m，該橋上部結(jié)構(gòu)先后三次受貨車撞擊，其中部分T 梁受損嚴(yán)重，已經(jīng)影響到行車安全。

1.2 項(xiàng)目前期勘察情況

該橋撞擊受損后，為進(jìn)一步掌握病害狀況及橋梁技術(shù)狀況等級(jí)，業(yè)主委托檢測(cè)公司對(duì)該橋進(jìn)行了全面的病害檢查，檢查結(jié)果顯示：中上部承重構(gòu)件技術(shù)狀況等級(jí)為5 類，其中12#、13#、14#、17#梁跨中底部破損嚴(yán)重，主筋斷裂，嚴(yán)重影響橋梁的使用性能和安全，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）第4.1.8 規(guī)定“全橋總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定時(shí)，當(dāng)主要部件評(píng)分達(dá)到4 類或5 類且影響橋梁安全時(shí)，可按照橋梁主要部件最差的缺損狀況評(píng)定”，故該橋總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為5 類，并建議對(duì)該橋進(jìn)行改建或重建，及時(shí)關(guān)閉交通。

該橋所在G98 海南環(huán)島高速公路東線為運(yùn)營(yíng)期高速公路，是海南東部沿海的一條“經(jīng)濟(jì)走廊”（黃金旅游通道、瓜果蔬菜運(yùn)輸通道），是博鰲亞洲論壇年會(huì)等一系列國(guó)際、國(guó)內(nèi)重要活動(dòng)的必經(jīng)之路。業(yè)主單位綜合考慮社會(huì)影響、項(xiàng)目投資、工期、后期改擴(kuò)建等因素，確定此次處治設(shè)計(jì)橋下凈空維持原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)4.5m，并建議處治方案盡量減小對(duì)G98 高速公路的影響。

2 處治方案

針對(duì)以上問題及相關(guān)情況，此次處治的加固目標(biāo)：處治損壞的主梁，消除安全隱患；采取措施，恢復(fù)橋下4.5m 凈空。

2.1 處治總體思路

考慮該橋?qū)嶋H情況，分析如下：

一是上部結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，已無加固的必要，應(yīng)進(jìn)行更換；二是下穿公路無下挖條件，恢復(fù)橋下凈空應(yīng)在該橋上采取措施；三是加固方案應(yīng)盡量縮短封閉交通的時(shí)間，在保證結(jié)構(gòu)安全使用的前提下應(yīng)盡量利用原結(jié)構(gòu)，不能利用的應(yīng)選擇需封閉交通時(shí)間較短的處治方案。

綜上所述，確定此次應(yīng)急處治總體思路為：

一是拆除重建上部結(jié)構(gòu)，利用下部結(jié)構(gòu)處治損壞主梁；二是通過抬高主梁恢復(fù)橋下凈空；三是為縮短封閉交通的時(shí)間，新建的上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，為盡量減小橋面抬升高度，新建的上部結(jié)構(gòu)采用同跨徑梁高較小的梁體；四是處治由于拆除重建上部結(jié)構(gòu)與抬高橋面導(dǎo)致的其余問題。

2.2 處治方案要點(diǎn)

2.2.1 拆除重建上部結(jié)構(gòu)

（1）為徹底處治原T 梁撞擊受損，保證橋梁安全，此次采用更換上部結(jié)構(gòu)的處治方案；

（2）考慮減小封閉交通的時(shí)間，更換的主梁采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，新梁在梁場(chǎng)提前預(yù)制完畢，待原梁拆除后，可直接安裝新梁；

（3）由于恢復(fù)橋下凈空需抬高橋面，為減小橋面抬高后對(duì)路面縱斷面的影響，應(yīng)盡量減小橋面抬升高度，故更換主梁時(shí)，選擇相同跨徑梁高較小的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。

2.2.2 恢復(fù)橋下凈空

該橋橋下凈空最低處為4.2m，此次更換的上部結(jié)構(gòu)空心板梁高為0.85m。為達(dá)到恢復(fù)橋下凈空4.5m的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并留有一定富余，需對(duì)該橋上部結(jié)構(gòu)整體抬升0.4m，處治后橋面比原橋面抬高0.15m。凈空最低處改造前后參數(shù)見表1。

表1 凈空最低處改造前后參數(shù)一覽表

此次采用對(duì)原橋臺(tái)臺(tái)帽進(jìn)行拆除重建，抬高空心板支撐位置的方案，從而實(shí)現(xiàn)梁底抬高0.4m 的目標(biāo)，具體方案為：拆除原橋臺(tái)帽、背墻、側(cè)墻，在原橋臺(tái)身上重新澆筑臺(tái)帽、背墻、側(cè)墻，新做臺(tái)帽頂部較原臺(tái)帽頂部高出0.4cm，為確保新澆混凝土與原臺(tái)身緊密結(jié)合，需在臺(tái)身內(nèi)種植鋼筋?；謴?fù)橋下凈空示意圖如圖1所示。

圖1 恢復(fù)橋下凈空示意圖(單位：cm）

2.2.3 更換上部結(jié)構(gòu)后原橋結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)

（1）鋼筋混凝土加厚層+注漿錨桿加固橋臺(tái)

（a）原鋼筋混凝土T 梁上部恒載為4992.9kN，更換為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板后上部恒載為7335.20kN，上部結(jié)構(gòu)恒載增加約47%。

（b）該橋下部結(jié)構(gòu)為砌體結(jié)構(gòu)重力式橋臺(tái)，圬工結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)條件較好的前提下，具有較好的承載能力，但結(jié)構(gòu)整體性較差，特別是抗剪切能力、局部抗推力較差。

（c）因該橋基礎(chǔ)資料缺失，并且橋臺(tái)砌體的強(qiáng)度目前無法檢測(cè)和確定，導(dǎo)致無法對(duì)原橋臺(tái)進(jìn)行精確的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。更換上部結(jié)構(gòu)恒載增加較大，并考慮砌體結(jié)構(gòu)重力式橋臺(tái)的自身缺陷，需對(duì)原下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

具體加固方案為：采用鋼花管注漿工藝，在橋臺(tái)側(cè)墻、前墻打入鋼花管并注入水泥漿，對(duì)橋臺(tái)臺(tái)后填土進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)（見圖2）；提高臺(tái)后填土的整體性和穩(wěn)定性，減小臺(tái)后土壓力對(duì)砌體結(jié)構(gòu)橋臺(tái)的影響（見圖3）；同時(shí)通過增設(shè)勁性骨架以及加厚層，對(duì)既有橋臺(tái)臺(tái)身進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，提高臺(tái)身的整體性和穩(wěn)定性（見圖4）。從定性上分析，不考慮注漿的強(qiáng)度提高因素，僅考慮臺(tái)身截面面積的增大因素，加固后臺(tái)身的抗彎性能將提高到原臺(tái)身的1.33～1.73 倍以上。

圖2 橋臺(tái)鋼花管注漿示意圖(單位：cm）

圖3 臺(tái)身補(bǔ)強(qiáng)層鋼筋示意圖(單位：cm）

圖4 臺(tái)身勁性骨架鋼筋示意圖(單位：cm）

（2）對(duì)橋臺(tái)處地基進(jìn)行注漿處理

該橋原上下部恒載約為36970kN，更換上部結(jié)構(gòu)、加固下部結(jié)構(gòu)后恒載約為39758.64kN，該橋地基以上結(jié)構(gòu)物恒載增加。根據(jù)前期地質(zhì)勘查報(bào)告，該橋主要持力層為粉質(zhì)黏土，地基承載力基本容許值為180kPa。在設(shè)計(jì)時(shí)，分別計(jì)算了改造前、改造后所需的地基承載力，其中實(shí)測(cè)地基承載力不滿足加固后要求，需對(duì)地基進(jìn)行壓漿處理，通過壓漿的擠密、固結(jié)作用來增強(qiáng)基底土的承載力，注漿后地基承載力滿足要求。

基礎(chǔ)驗(yàn)算計(jì)算方法為：

（a）手算加固改造后地基以上荷載（上、下部結(jié)構(gòu)恒載、汽車荷載），并計(jì)算當(dāng)基底單向偏心受壓，承受豎向力和彎矩共同作用時(shí)基底的應(yīng)力，從而得到地基最大壓應(yīng)力，其中因注漿錨桿為非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算時(shí)，不考慮錨桿的影響；

（b）通過對(duì)地基壓應(yīng)力與地質(zhì)勘查資料提供的地基持力層承載力進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)算加固后的地基承載能力是否滿足要求；

（c）根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363—2019）、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）計(jì)算注漿量，及注漿加固后地基承載力的提高情況。計(jì)算結(jié)果見表2。地基注漿示意圖如圖5所示。

表2 地基承載力計(jì)算結(jié)果表

圖5 地基注漿示意圖(單位：cm）

2.2.4 橋面抬高后其余問題的處治

（1）路面順坡

改造處治后，該橋橋面比原橋面整體抬高15cm，考慮運(yùn)營(yíng)安全需對(duì)橋頭兩側(cè)路面各30m 范圍進(jìn)行順坡。為保證銑刨瀝青后能厚攤鋪瀝青，又不對(duì)原路面銑刨過厚，此次采用銑刨臺(tái)階法，分層等厚攤鋪的方案。

（2）護(hù)欄改造

鑒于原橋頭處路基波形梁護(hù)欄因路面順坡后，護(hù)欄高度減小而不滿足原建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的情況，此次對(duì)路基原波形梁護(hù)欄進(jìn)行拆除重建，更換為滿足現(xiàn)行規(guī)范的波形梁護(hù)欄，并對(duì)橋頭護(hù)欄進(jìn)行過渡段處理。

3 施工要點(diǎn)

3.1 上部結(jié)構(gòu)拆除

由于該橋上部結(jié)構(gòu)撞擊損傷較為嚴(yán)重，主梁的安全拆除是改造施工的重點(diǎn)，

拆除梁體的施工要點(diǎn)為：

一是橋梁拆除前搭設(shè)滿堂支架，并對(duì)支架適當(dāng)加強(qiáng)。

二是橋梁拆除原T 梁主要采用切割的方法，輔助風(fēng)鎬鑿除，以利環(huán)保。針對(duì)狀況較好的T 梁利用墻鋸切斷鋼筋混凝土T 梁橫向連接，切割時(shí)在橋面鋪裝上進(jìn)行放線，切割線選在梁板的接縫及橫向連接中心線處。每2 片梁進(jìn)行橫向聯(lián)系切割，切割后吊車調(diào)運(yùn)，最后對(duì)梁體進(jìn)行遠(yuǎn)運(yùn)破除；針對(duì)受損嚴(yán)重的主梁，考慮到在切割和調(diào)運(yùn)時(shí)，存在混凝土損壞掉落的風(fēng)險(xiǎn)，故應(yīng)在保證安全的情況下，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直接鑿除。

3.2 橋臺(tái)加固

3.2.1 臺(tái)身加固施工次序：對(duì)地基土進(jìn)行注漿—植粗鋼筋—鋼花管注漿錨桿施工—臺(tái)后注漿—臺(tái)身（側(cè)墻）混凝土補(bǔ)強(qiáng)層施工。

3.2.2 臺(tái)身（側(cè)墻）混凝土補(bǔ)強(qiáng)層施工

（1）施工順序：鑿除原勾縫砂漿—清除砌體表面松散的砂漿—清洗干凈原砌體表面—施工補(bǔ)強(qiáng)層鋼筋—分層立模并澆筑混凝土。

（2）混凝土補(bǔ)強(qiáng)層自下而上采用分層澆筑，且橋臺(tái)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行的方式進(jìn)行施工，為降低澆筑過程中補(bǔ)強(qiáng)層對(duì)原臺(tái)身的側(cè)壓力，分層澆筑的高度應(yīng)不大于2.0m，采用自錨式支撐的方式，立模前應(yīng)驗(yàn)算立模所需的鋼筋（含錨桿）。

4 結(jié)語

運(yùn)營(yíng)高速公路橋梁上部承重構(gòu)件發(fā)生嚴(yán)重缺陷時(shí)，往往因?yàn)楦咚俟返闹匾孕璞M快處治橋梁缺陷，減少封閉交通時(shí)間而不采用拆除重建整座橋梁。本文采用更換上部結(jié)構(gòu)、抬高主梁的改造方案，處治因橋下凈空不足導(dǎo)致橋梁上部結(jié)構(gòu)撞擊受損的問題。因更換上部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致恒載增加，本方案對(duì)下部結(jié)構(gòu)采用了“外包鋼筋混凝土加厚層+注漿錨桿加固”的處治措施。為解決路基承載力不足的問題，采用了注漿的補(bǔ)強(qiáng)，并處治因橋面抬高導(dǎo)致的其余問題，為以后類似項(xiàng)目提供一定的參考價(jià)值。拆除重建上部結(jié)構(gòu)、抬高橋面對(duì)原橋的影響有很多方面，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要因上部恒載的變化而對(duì)下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果考慮相應(yīng)的加固補(bǔ)強(qiáng)方案，還要考慮因橋面抬高對(duì)該橋橋臺(tái)耳背墻、臺(tái)后路面順坡、交安設(shè)施的影響。