公路橋梁系梁及樁基檢測與加固方案

祁朝相

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

我國作為橋梁第一大國，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)近年來仍然一直快速發(fā)展。截至2019年年底，我國已修建的公路橋梁達到了87.83萬座、全長6063.46萬米，比上年增加2.68萬座、494.86萬米，其中，特大橋梁5716座、1033.23萬米，大橋108344座、2923.75萬米[1]。

公路橋梁耐久性面臨著嚴峻的考驗，部分橋梁出現(xiàn)一些耐久性問題，隨著運營時間的延長，部分橋梁也產(chǎn)生一些危機橋梁運營安全的隱患。對于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害尤其可能危及到結(jié)構(gòu)安全的，一旦中斷交通，則會造成較大的社會影響[2]。以出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降導致樁基與系梁結(jié)合處開裂病害檢測分析為例，提出一些相應的處置方法措施，以供后續(xù)設(shè)計及養(yǎng)護相關(guān)人員參照。

1 橋梁病害現(xiàn)狀及成因分析

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)概況

某橋梁建成于1976年，橋梁全長為235.3m，跨徑布置為(9.82+5×11.4+9.82)m+2.6m(簡支)+(9.82+5×11.4+9.82)m+(9.82+5×11.4+9.82)m，跨徑總長為232.5m，屬大橋，交角為90°。橋面凈寬為7.0m，兩側(cè)各設(shè)0.5m寬混凝土護欄。橋面鋪裝采用瀝青混凝土，設(shè)置4道型鋼伸縮縫，分別位于0、7、15、22號墩臺頂。該橋過渡墩及過渡墩相鄰墩支座采用滾軸支座，其余均采用油毛氈支座。上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土連續(xù)板。下部結(jié)構(gòu)7、8號橋墩為鋼筋混凝土三柱式橋墩，15號橋墩原為雙柱式橋墩，后經(jīng)加固增加一根樁基，其余橋墩均為雙柱式橋墩，橋臺為鋼筋混凝土三柱式橋臺，基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)。

設(shè)計荷載：汽車-15級、掛車-80。

2018年年平均日交通流量當量數(shù)為4262輛，重車混入率約為8.6%。檢查時橋頭兩側(cè)已設(shè)置“險橋、限載20t、限速”標志牌。該橋為窄橋，橋頭兩側(cè)道路寬度為12.0m，橋面凈寬為7.0m。

1.2 病害現(xiàn)狀及成因分析

基礎(chǔ)沉降：15-2號樁基下沉，與15-3號樁接合處系梁斜向開裂，開裂處左、右兩側(cè)系梁頂面豎向錯臺6cm。15號墩系梁近15-1號樁處大小樁號側(cè)L形裂縫，長度為1.2m，寬度為1.8mm。第15、16孔現(xiàn)澆板板底對應15-2號柱附近有多條斜向裂縫，長度為1～2m，寬度為0.1～0.25mm。15號墩頂左側(cè)橋面下沉明顯。

與2019年1月檢測時相比，15號墩系梁開裂寬度及錯臺高度均有明顯發(fā)展；并在15號墩附近相鄰兩孔現(xiàn)澆板新增有指向15-2號柱的斜向裂縫，新增15號墩系梁近15-1號樁處大小樁號側(cè)L形裂縫。

根據(jù)圖1～圖6橋梁的結(jié)構(gòu)分析及病害描述，現(xiàn)得出以下分析：由于該橋施工時15-2號樁有效樁長不夠，后期建設(shè)時在15-2號柱附近增加了15-3號樁，由于15-2號樁承載力不足，發(fā)生沉降，導致系梁與15-3號樁基連接處出現(xiàn)裂縫，且該橋運營年限已有44年，河床日漸沖刷也導致有效樁長減小，進一步導致15-2號樁基沉降，從而進一步擴大了系梁處的裂縫，2019年1月至7月期間，裂縫寬度由31.4mm增長為33.2mm，且系梁錯臺高度由57mm增長為60mm，嚴重影響行車安全。

圖1 15號墩樁基沉降系梁斷裂(2019年7月)

圖2 15號墩樁基沉降系梁斷裂(2019年1月)

圖3 15號墩樁基沉降系梁斷裂錯臺(2019年7月)

圖4 15號墩樁基沉降系梁斷裂錯臺(2019年7月)

圖5 15號墩系梁近15-1號樁處豎縫

圖6 15號墩系梁近15-1號樁處豎縫

對該橋15號墩頂橋面進行測量發(fā)現(xiàn)，15號墩頂與13號墩頂高差為8.4cm。15號墩頂與17號墩頂高差為7.2cm。

在橋梁已經(jīng)建成并運營多年后，亟需找到方法來解決以上影響橋梁安全隱患的問題。

2 加固方案

根據(jù)以上情況，對本橋及15號墩采取如下維修措施：

(1)將15號墩系梁大、小樁號側(cè)各鑿除表面50mm厚混凝土，并各加寬200mm厚混凝土。

(2)對15-2號橋墩柱順橋向新建承臺并增加兩根直徑1m的樁基。

(3)對該橋橋面交通采取限高措施，限高高度為2.5m。

施工前應周密、合理組織施工工序。本次加固維修整體施工工序為：新增樁基施工→新增承臺施工→原樁頂系梁加寬混凝土施工。

2.1 原橋系梁加固

針對系梁出現(xiàn)裂縫，對原橋15號墩系梁大、小樁號側(cè)各鑿除表面50mm厚混凝土，并各加寬200mm厚C30混凝土。在施工前須對原橋系梁與新澆注混凝土結(jié)合部位進行充分鑿毛，要徹底消除構(gòu)件表面的抹灰層和已軟化、風化、變質(zhì)部分，應露出粗骨料，且鑿毛面的粗糙幅度應達到6.0mm以上，否則鑿毛面無效，需進行重新鑿毛，且鑿毛時盡量采用小錘輕擊，不能用力過大，以免損傷原有構(gòu)件。

2.2 新建樁基及承臺

針對15-2號樁基承載力不足出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，采用在15號樁基樁頂處新建承臺，并增加兩根直徑1m的新樁基，構(gòu)造圖詳見圖7及圖8。

圖7 新增樁基及承臺構(gòu)造圖一

圖8 新增樁基及承臺構(gòu)造圖二

為使新建承臺與原橋承臺及樁基連接牢固，傳力順暢，在原橋15-2及15-3號樁基上鉆孔植筋(合計168根)，使新建承臺能夠與原橋承臺及樁基共同受力，保障15號墩不再發(fā)生沉降現(xiàn)象，構(gòu)造圖詳見圖9。

圖9 新增樁基及承臺鋼筋構(gòu)造圖

根據(jù)上述加固方案，對新建的15號承臺及15號樁基進行加固方案驗算，驗算荷載等級為汽車-15級、掛車-80級，具體結(jié)果見表1。

由表1可知，經(jīng)過該加固方案維修后，15號承臺及樁基在汽車-15級、掛車-80級荷載作用下，截面抗力能夠滿足要求，且抗彎承載力較加固前提高30%，軸力抗力提高61%，均有較為明顯的提升。

表1 15號承臺及15號樁基加固方案驗算結(jié)果表

3 結(jié)論

通過對該橋系梁與承臺錯臺及開裂問題進行現(xiàn)場調(diào)查及病害總結(jié)與成因分析，給出“扁擔式”加固措施，即對原橋系梁進行外包混凝土加固，并新建承臺及樁基等處理方法來彌補原橋樁基沉降，局部承載力不足現(xiàn)象，并對新建承臺及原橋樁基進行可靠連接，使之能夠整體參與受力，該維修方法可為后續(xù)出現(xiàn)此類問題的工程提高參考。