在役橋梁加固改造設(shè)計(jì)

王 彬

（山東高速工程檢測(cè)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

引言

在役橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害和耐久性病害，而且隨著交通量不斷提升，有時(shí)需要提高橋梁的荷載等級(jí)，以上兩種情況均需對(duì)橋梁進(jìn)行加固或改造[1]。橋梁加固和改造設(shè)計(jì)與新建橋梁設(shè)計(jì)存在不同，有其自身特點(diǎn)，需先分析現(xiàn)有橋梁的病害特點(diǎn)及現(xiàn)有承載能力，在此基礎(chǔ)上方可進(jìn)行設(shè)計(jì)，有更大的限制性。主要對(duì)中小橋梁加固改造設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)。

1 加固設(shè)計(jì)荷載等級(jí)

（1）單個(gè)橋梁由于年久失修而不滿足荷載通行要求需要加固時(shí)，可按照原設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行加固。（2）整條線路道路等級(jí)提升，在役橋梁需改建，以滿足新的荷載要求。此為最低要求，實(shí)際橋梁加固前還應(yīng)查看橋梁所在區(qū)域交通情況，如交通繁忙且超載較多時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高富裕度。在考慮安全與經(jīng)濟(jì)平衡時(shí)，材料成本占比較小，后期加固或改建過(guò)程中，施工措施費(fèi)、社會(huì)環(huán)境和交通成本會(huì)隨社會(huì)發(fā)展進(jìn)一步提升，應(yīng)在合理范圍內(nèi)提高安全度，同時(shí)要考慮全橋安全等級(jí)的協(xié)調(diào)。

明確荷載等級(jí)時(shí)需考慮橋梁的現(xiàn)有狀況?！豆窐蚝O(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）實(shí)施后，現(xiàn)有橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗剪能力及下部結(jié)構(gòu)承載能力不能滿足新的荷載要求。遇到道路等級(jí)提升，大量技術(shù)狀況良好的橋梁因無(wú)法對(duì)其加固而拆除重建，造成社會(huì)財(cái)富浪費(fèi)。對(duì)于技術(shù)狀況良好的橋梁，且名義荷載等級(jí)未提升（如采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通過(guò)規(guī)范》（JTG D60—2004）設(shè)計(jì)的公路I 級(jí)橋梁，改造后橋梁荷載還是公路I 級(jí)）時(shí)，應(yīng)盡量利用現(xiàn)有橋梁，甚至可暫時(shí)不加固，后期運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)病害后再進(jìn)行針對(duì)性維修。

2 加固設(shè)計(jì)前需分析病害原因

目前加固設(shè)計(jì)一般依據(jù)橋梁檢測(cè)報(bào)告，但檢測(cè)單位水平參差不齊，故加固設(shè)計(jì)前需勘察現(xiàn)場(chǎng)以確定橋梁的實(shí)際病害，甚至針對(duì)特殊病害要求檢測(cè)單位補(bǔ)充專項(xiàng)檢測(cè)。

檢測(cè)單位與加固設(shè)計(jì)對(duì)橋梁關(guān)注點(diǎn)不完全一致。如某分幅橋梁，分幅處現(xiàn)狀為鏤空，為拓寬道路需將鏤空處增設(shè)板梁，按檢測(cè)單位測(cè)量數(shù)據(jù)，鏤空處凈寬1.2 m，實(shí)際吊裝板梁時(shí)發(fā)現(xiàn)板梁為矩形，鏤空形狀為梯形，但肉眼無(wú)法分辨，而造成返工。類似問(wèn)題還有老橋相關(guān)高程或高度測(cè)量，對(duì)于檢測(cè)單位該數(shù)據(jù)不重要或者測(cè)量較粗糙，但對(duì)于設(shè)計(jì)單位該數(shù)據(jù)將決定橋面線形是否平順。

2.1 病害分析案例1

上海某橋?yàn)橐蛔媳弊呦虻膯慰绾?jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋，橋梁全長(zhǎng)為28.6 m，單跨跨徑為23.0 m，為正交橋梁。下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺(tái)，橋面總寬為32.0 m，兩端橋臺(tái)處橋面均設(shè)型鋼伸縮裝置。橋面鋪裝采用0.09 m 瀝青混凝土鋪裝層+0.08 m鋼筋混凝土鋪裝層，橋面兩側(cè)采用混凝土花板欄桿。

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，南端橋臺(tái)與接坡范圍存在明顯高差（接坡較橋臺(tái)臺(tái)背頂面高）：（1）存在高差的范圍。橫向范圍為機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道及機(jī)非分隔帶，縱向范圍為距南橋臺(tái)臺(tái)背后緣約12 m 范圍內(nèi)。目前該范圍內(nèi)除機(jī)非分隔帶外均有明顯的翻修痕跡，見(jiàn)圖1。（2）高差量為53 ～119 mm，最大高差位于東側(cè)非機(jī)動(dòng)車道近機(jī)非分隔帶處，見(jiàn)圖2。

圖1 南端橋頭接坡路面

圖2 南端橋臺(tái)接坡路面與橋臺(tái)間存在高差

病害產(chǎn)生可能有兩種原因：（1）橋梁橋臺(tái)承載能力不足，橋臺(tái)下沉。（2）臺(tái)后填土隆起導(dǎo)致高差。

根據(jù)最終綜合病害檢查及標(biāo)高測(cè)量結(jié)果，確認(rèn)該橋南端橋臺(tái)相對(duì)北端橋臺(tái)未發(fā)生明顯相對(duì)沉降，但南端橋臺(tái)產(chǎn)生了較為明顯的縱向水平位移及橫向水平變位（兩邊幅橋臺(tái)）。這是由于南端橋臺(tái)位于原舊河道中，施工時(shí)臺(tái)后填料中存在大量的吸水膨脹性填料，填料吸水后向四周及上方膨脹，見(jiàn)圖3。導(dǎo)致南端橋臺(tái)縱向向跨中方向、兩邊幅橋臺(tái)橫向向遠(yuǎn)離橋梁中心線的方向發(fā)生水平變位，同時(shí)導(dǎo)致接坡（含橋頭搭板）向上隆起；南端橋臺(tái)向跨中方向變位后，橋臺(tái)臺(tái)背與主梁梁端頂死，導(dǎo)致橋臺(tái)背墻正面、橋臺(tái)兩側(cè)面斜向開(kāi)裂；支座下端隨橋臺(tái)向跨中方向變位，導(dǎo)致兩端橋臺(tái)大部分支座產(chǎn)生剪切變形，其中南端橋臺(tái)部分支座因變形量過(guò)大而嚴(yán)重開(kāi)裂。

圖3 橋臺(tái)臺(tái)后填土中膨脹填料向周圍擠壓橋臺(tái)

若判斷橋臺(tái)處高差由基礎(chǔ)沉降引起將導(dǎo)致不同的維修方案。綜上，該橋維修方案為臺(tái)后填土挖除后換填。

2.2 病害分析案例2

上海青浦區(qū)某橋梁為一座東西走向的三跨簡(jiǎn)支混凝土空心板梁橋，跨徑組合為：13.0 m+20.0 m+13.0 m。橋面總寬為16.6 m，上部結(jié)構(gòu)每跨均由14片空心板梁組成，下部結(jié)構(gòu)采用漿砌塊石重力式橋臺(tái)，樁柱式橋墩，橋面采用鋼筋混凝土鋪裝，橋臺(tái)處設(shè)型鋼伸縮裝置，橋墩處橋面連續(xù)，目前兩端橋頭設(shè)有“15 t”的限載標(biāo)志牌，交通狀況一般。

檢查病害：（1）0#和3#橋臺(tái)漿砌塊石臺(tái)身水平向開(kāi)裂，其中3#橋臺(tái)裂縫延伸至橋臺(tái)側(cè)面，見(jiàn)圖4。（2）0#橋臺(tái)南側(cè)及3#橋臺(tái)北側(cè)臺(tái)背擠壓開(kāi)裂，見(jiàn)圖5。（3）3#橋臺(tái)北側(cè)人行道臺(tái)背頂面斜向開(kāi)裂，見(jiàn)圖6。三處病害相互關(guān)聯(lián)，為橋臺(tái)臺(tái)背與梁端擠壓所致。維修方案為鑿除兩端橋臺(tái)臺(tái)背重新澆筑，保留部分臺(tái)背鋼筋，重新綁扎鋼筋后，采用C40 混凝土澆筑，主梁與橋臺(tái)臺(tái)背間保留足夠間隙滿足主梁的伸縮。

圖4 3#橋臺(tái)臺(tái)身漿砌塊石水平向開(kāi)裂

圖5 3#橋臺(tái)臺(tái)背北側(cè)面開(kāi)裂

圖6 北側(cè)人行道臺(tái)背頂面開(kāi)裂

該加固改造方案需要設(shè)計(jì)單位動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。施工時(shí)，先挖除人行道橋臺(tái)附近面磚并清理至板梁頂面，由設(shè)計(jì)院現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)梁板與臺(tái)背頂死范圍，根據(jù)頂死范圍確定臺(tái)背鑿除重筑長(zhǎng)度。根據(jù)圖6 的臺(tái)背頂開(kāi)裂方向，可判斷梁端與靠車行道側(cè)臺(tái)背頂死，故先從該處開(kāi)挖以判斷頂死區(qū)域，如開(kāi)裂斜裂縫方向與圖6 方向相反，則應(yīng)從人行道外側(cè)局部開(kāi)挖或鑿除臺(tái)背以確定臺(tái)背與梁端頂死區(qū)域。

3 板梁間鉸縫維修

目前，上海大量在役板梁橋病害主要為鉸縫受損導(dǎo)致的橫向整體性降低的相關(guān)病害。（1）橋面對(duì)應(yīng)鉸縫處出現(xiàn)縱縫甚至碎裂帶。（2）鉸縫滲水。若橋面有縱縫且對(duì)應(yīng)縱縫處梁間勾縫伴通長(zhǎng)滲水，說(shuō)明板梁間剪力鉸已受損，則應(yīng)對(duì)鉸縫進(jìn)行維修加固［2］。

鉸縫維修時(shí)需鑿除橋面部分混凝土鋪裝，補(bǔ)種剪力筋，修復(fù)梁間損壞的剪力鉸，然后用C40鋼纖維混凝土重筑橋面鋪裝，適當(dāng)增加橋面混凝土鋪裝層的配筋量，恢復(fù)板梁間的橫向聯(lián)系，在鑿除橋面鋪裝混凝土過(guò)程中特別要注意對(duì)主梁的保護(hù)，在澆筑橋面鋪裝混凝土前務(wù)必將板梁頂面做鑿毛處理。

鉸縫維修注意事項(xiàng)：（1）鋼筋網(wǎng)片定位準(zhǔn)確，鋼筋要與混凝土完全包裹，特別是底部鋼筋需防止鋼筋位于新老結(jié)合面上導(dǎo)致整體性差。（2）新、老鋪裝結(jié)合界面處理（強(qiáng)力清掃、加剪力鋼筋）。（3）鋪裝層還有防水功能，需明確采用防水混凝土及相應(yīng)的防水等級(jí)。（4）植筋膠要防止焊接時(shí)失效，要注意距離、焊接方法及降溫。（5）鑿除老橋鋪裝時(shí)，注意避免鑿傷板梁，且采取措施避免邊梁傾覆。

4 其他注意事項(xiàng)［3］

（1）黏貼碳纖維布不宜整塊板滿貼，如有氣泡很難擠出，后期碳纖維布易從氣泡處脫落。碳纖維布不能貼在疏松混凝土表面，需打磨至堅(jiān)硬混凝土層；板梁底有滲水時(shí)，需先鉆孔泄水，待水流盡后方可黏貼碳纖維布，且鉆孔部位不宜黏貼，以保持后續(xù)泄水通道。（2）板梁抗剪加固方法選擇時(shí)，若經(jīng)檢算抗剪承載力相差不多，可采用黏貼鋼板加固，若相差較多，需采用加大截面方法加固。（3）墩臺(tái)不均勻沉降導(dǎo)致的病害，若病害不嚴(yán)重，可加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，待沉降穩(wěn)定后加固為宜。（4）設(shè)計(jì)要明確養(yǎng)護(hù)時(shí)間、加固時(shí)是否容許橋面通行。（5）橋梁銹蝕破損部位因?yàn)樾隆⒗匣炷岭娢徊钤蜾摻钶^其他部位更容易生銹，宜使用阻銹劑。（6）新、老混凝土結(jié)合面需加強(qiáng)處理，有條件時(shí)可采用界面膠。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）橋梁加固設(shè)計(jì)需明確加固后使用荷載，宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際交通并結(jié)合規(guī)范確定使用荷載。（2）橋梁加固設(shè)計(jì)需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，根據(jù)實(shí)際橋梁病害采用針對(duì)性的加固維修方案。（3）橋梁新、老部位結(jié)合面處理是橋梁加固設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。（4）橋梁加固后應(yīng)根據(jù)橋梁養(yǎng)護(hù)相關(guān)規(guī)定明確限載噸位。