肖榮兵
(昭通公路局,云南昭通 657000)
我國部分早期建設(shè)的公路橋梁因設(shè)計標準低、所處環(huán)境惡劣、超載和不規(guī)范使用,以及養(yǎng)護不及時等原因,出現(xiàn)了嚴重的結(jié)構(gòu)安全問題。為保障橋梁的結(jié)構(gòu)安全,確保交通暢通,需要對橋梁進行加固處治。本文選擇具有代表性的公路橋梁,分析其病害出現(xiàn)的原因,探究其加固方案和施工方法,為后續(xù)其他公路橋梁病害處治和加固改造提供參考。
本文以策克-磨憨線綏江境內(nèi)犇溪口大橋病害為研究對象,對該橋的病害原因進行分析,并以此為基礎(chǔ)提出相應(yīng)的病害處治和加固措施。犇溪口大橋的橋面總寬10.0m,車行道寬9.0m,上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁,下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱式墩與空心薄壁墩,原設(shè)計荷載等級為公路-Ⅱ級。橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁出現(xiàn)大量的腹板豎向裂縫,裂縫寬度較大,且已經(jīng)貫通,嚴重影響結(jié)構(gòu)的使用功能,其承載力和耐久性明顯不能滿足規(guī)范要求,存在很大的安全隱患,需要對該橋進行加固改造。橋梁整體如圖1所示。
圖1 犇溪口大橋
犇溪口大橋全橋共有腹板豎向裂縫19條且分布在10片T梁上,裂縫最大長度達Lmax=163cm,最大寬度達δmax=0.12mm,并且裂縫基本分布在1/3梁長~2/3梁長之間,其中5-2#T梁存在1對δmax=0.12mm豎向?qū)ΨQ裂縫。裂縫分布詳見表1。
表1 橋梁裂縫檢測數(shù)據(jù)
根據(jù)調(diào)查,該橋在竣工前曾出現(xiàn)過裂縫、混凝土破損等病害,并對部分梁進行過加固處治,竣工后又出現(xiàn)不同程度的病害。結(jié)合病害的形態(tài)、特征和原橋設(shè)計圖紙進行分析,可以推斷該橋上部結(jié)構(gòu)T梁腹板豎向裂縫是由于設(shè)計、施工缺陷導(dǎo)致的病害,詳細分析原因包括:
(1)原設(shè)計安全儲備較低。主梁梁高相對較小,正彎矩鋼束布置相對較弱,承載力儲備較小,且抗裂性不足。
(2)施工質(zhì)量控制不嚴格。施工過程中,對混凝土的質(zhì)量和鋼束的預(yù)應(yīng)力控制不夠,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉應(yīng)力控制達不到設(shè)計值,且預(yù)應(yīng)力損失比設(shè)計值大。
(3)施工時已經(jīng)出現(xiàn)裂縫和混凝土缺陷,但竣工后對裂縫的封閉沒有認真按照規(guī)范操作,且處治不達標,導(dǎo)致裂縫不斷擴展,病害不斷增加。
(4)對混凝土質(zhì)量破損處的修復(fù),新老混凝土粘接不牢,導(dǎo)致修補的混凝土不能參與受力,只是作為自重施加在橋上。
(5)原橋混凝土標號達不到設(shè)計值。
(6)出現(xiàn)裂縫后未及時修補,導(dǎo)致雨水侵蝕,雨水及空氣進入混凝土內(nèi)部,導(dǎo)致病害不斷加劇。
經(jīng)實地考察后發(fā)現(xiàn),該橋橋面鑄鐵泄水管銹蝕、滲水及堵塞的現(xiàn)象極為嚴重。究其原因,一是由于該橋使用年限較長,且是當?shù)刂匾煌ㄒ?,一些超重運輸?shù)能囕v在經(jīng)過橋梁時會掉落一些砂石,這些砂石在雨水的沖刷下進入排水孔中,長期累積導(dǎo)致泄水管堵塞,造成橋面雨水無法及時排出而侵蝕橋面縫隙,如此又加速鑄鐵泄水管的銹蝕。二是橋梁伸縮縫填充膠條老化和脫落,導(dǎo)致雨水通過伸縮縫進入橋梁主體內(nèi)部,腐蝕內(nèi)部鋼筋,鋼筋銹蝕膨脹又導(dǎo)致其周圍的混凝土?xí)饾u碳化出現(xiàn)膨脹、腐蝕以及脫落等問題[1]。此外,受排水能力不足的影響,橋梁會長期處于潮濕狀態(tài),造成部分無法受到陽光直射的橋體會出現(xiàn)反堿病害,嚴重影響橋梁的美觀性。
支座是橋梁的傳力構(gòu)造,也是緩沖與抗震的重要裝置。通常情況下,如果橡膠支座沒有出現(xiàn)剪切破壞的現(xiàn)象,則橡膠制成的支座可以長期保持良好的彈性與韌性[2]。該橋是綏江通往外界的主要連接通道,且綏江境內(nèi)具有豐富的自然資源,需要通過該橋向外界運輸煤、石灰石、鐵、銅、沙金以及冰洲石等礦藏,橋梁長期處于極限承載甚至超載狀態(tài),是導(dǎo)致該橋支座出現(xiàn)環(huán)向開裂和外鼓病害的主要原因。
經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn),犇溪口大橋的橋下沒有排水渠道,雨水長期浸泡導(dǎo)致橋梁地基土軟化,加之橋梁一側(cè)有大量的棄土導(dǎo)致橋墩承擔(dān)較大的側(cè)壓力,造成橋墩出現(xiàn)微量的傾斜,這是板式橡膠支座脫空的主要原因之一,導(dǎo)致板式橡膠支座脫空的另一原因是氣溫變化過快[3]。
為更好地了解犇溪口大橋整體情況,研究將通過《公路橋梁承載力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21—2011)對橋梁承載能力進行評定,得出數(shù)據(jù)匯總于表2。
由表2可知,原設(shè)計主梁的安全儲備較小,特別是邊梁跨中抗彎承載力較低,考慮損傷折減后的安全儲備更低,且抗裂性嚴重不足,需進行加固修繕。
表2 原梁按15規(guī)范公路—Ⅱ級抗彎承載能力驗算表
從橋梁的實際病害情況、施工工期、施工質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)總體的角度出發(fā),提出兩種替換橋梁上部結(jié)構(gòu)的方案。
方案一:使用T形梁替換原橋梁上部結(jié)構(gòu)。該方法具有對下部結(jié)構(gòu)擾動小、工期短和造價低的特點,但由于受橋梁的梁高限制,使T形梁需要調(diào)整梁體斷面來提高其承載能力。
方案二:使用小箱梁替換原橋梁上部結(jié)構(gòu)。該方法具有較高的靈活性,能夠在梁高限制下更容易達到加固設(shè)計的要求,但該方法需要對原橋梁下部進行改動,且具有施工工期長和造價高的缺點。
通過充分結(jié)合犇溪口大橋病害情況,將選擇第一種加固方案對犇溪口大橋進行加固改造。通過清除側(cè)向棄土以減少橋墩的側(cè)壓力,使橋墩避免進一步傾斜。在橋下設(shè)置排水系統(tǒng),以解決雨水滯留浸泡導(dǎo)致的地基軟化問題。
本文以云南省犇溪口大橋為例,對其病害及出現(xiàn)的原因進行分析,并以此為基礎(chǔ),提出針對性的解決措施,即更換上部結(jié)構(gòu)以徹底解決上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題,全部解決犇溪口大橋病害,并延長犇溪口大橋的使用壽命,提升橋梁整體穩(wěn)定性,可為其他大橋加固施工提供參考。