梁式橋梁加固維修設(shè)計思路分析

靳曉蔚

(山西誠達公路勘察設(shè)計有限公司陽泉分公司，山西 陽泉 045000)

1 工程概述

秀水大橋位于國道239線K892+364處(原石陽線K120+290)，建成于1993年07月，上部結(jié)構(gòu)為3 m×20 m的鋼筋混凝土T梁橋，下部結(jié)構(gòu)為柱式臺、雙柱式橋墩，基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)。

2 秀水大橋主要病害原因及歷史加固設(shè)計及實施情況

2.1 秀水大橋病害主要原因

(1)原橋設(shè)計荷載等級為汽車-20，掛車-100，前兩次加固均未對混凝土梁體構(gòu)件受力情況進行改善，僅僅封閉了表面裂縫，經(jīng)過幾年的運營，隨著車輛數(shù)量增加，主梁抗彎承載能力再次退化。

(2)長期大量的超重車輛作用在橋面上，橋梁處于超負(fù)荷運營狀態(tài)，梁體處于極限工作狀態(tài)，超過規(guī)范規(guī)定值，主梁混凝土必然開裂，裂縫逐漸擴張延伸至腹板，形成閉合面，隨著時間的延伸，裂縫深度貫通腹板，裂縫閉合的截面處于全截面開裂狀態(tài)。

2.2 2007年秀水大橋T梁腹部的裂縫加固

2007年對投資數(shù)十萬元秀水橋進行了初次加固，主要是處理T梁腹部的裂縫初次加固對470條裂縫用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維布進行表面封閉，重新鋪筑4 cm+5 cm瀝青混凝土橋面和混凝土橋面鋪裝，重做伸縮縫和橋面連續(xù)，增加橋頭搭板。

2007年加固后至2010年又產(chǎn)生新裂縫155條，其中裂縫最多的是5#-5梁有12條裂縫，裂縫最寬為0.7 mm，裂縫最長為70 cm，占T梁腹部高度的53.9%；13處橫隔板混凝土剝落，連接鋼板銹蝕甚至斷裂；11道濕接縫滲水白化；伸縮縫堵塞、損壞變形；錐坡、護坡勾縫脫落。

2.3 2011年秀水大橋T梁整體裂縫加固

故2011年公路養(yǎng)護管理段對該橋進行二次加固，加固方案為：

(1)對于T梁腹部的裂縫，用環(huán)氧樹脂與碳纖維進行處理；

(2)橫隔板連接處用環(huán)氧砂漿修復(fù)保護層后用鋼板對拉加固；

(3)重做15 cm厚雙層鋼筋網(wǎng)混凝土橋面；

(4)重做防撞護欄、伸縮縫和橋面連續(xù)；

(5)對0#臺橋頭沉陷部分，挖除后換填砂礫重做路面結(jié)構(gòu)層，對1#臺橋頭30 m瀝青層挖除后重新鋪筑；

(6)完善排水系統(tǒng)，對橋臺錐坡、護坡重新勾縫。

3 梁式橋梁加固維修設(shè)計思路

3.1 梁式橋梁加固維修設(shè)計的原則

根據(jù)橋梁實際狀況及病害情況，本次改造加固設(shè)計遵循以下幾點原則。

原橋設(shè)計荷載等級為汽車-20，掛車-100，經(jīng)過幾十年的運營，主梁抗彎承載能力退化，該橋主梁承載能力已不滿足公路Ⅱ級要求，需對上部結(jié)構(gòu)進行承載能力加固。

對橋梁其他耐久性病害進行修復(fù)，延長橋梁使用壽命。

3.2 梁式橋梁加固維修設(shè)計的要點

針對本橋的實際病害情況，處理方法如下：

(1)對T梁進行正截面抗彎加固，在T梁梁肋兩側(cè)進行體外預(yù)應(yīng)力加固，同時在T梁底面及側(cè)面粘貼碳纖維復(fù)合材料，與預(yù)應(yīng)力管道沖突位置截斷纖維復(fù)合材料。

(2)對T梁橫隔板側(cè)面粘貼鋼板進行加固，同時將T梁間鉸改造為固結(jié)，增強橫向連接；

(3)鑿除原有橋面鋪裝，主梁腹板位置中植入剪力筋，重新澆筑混凝土鋪裝，同時更換橋面排水系統(tǒng)；

(4)對全橋支座處清掃垃圾，涂潤滑油，鋼板做防銹處理；

(5)對T梁裂縫進行封縫灌縫處理，裂縫寬度≥0.15 mm的采用裂縫灌注膠進行灌縫處理，裂縫寬度<0.15 mm的采用透明裂縫封閉膠進行封縫處理；

(6)用環(huán)氧樹脂砂漿修復(fù)破損和疏松的混凝土；對銹蝕或外露鋼筋進行除銹和阻銹處理；

(7)外傾的0#臺右側(cè)墻頂及護欄拆除重建，更換透水性良好的臺后填料。

3.3 梁式橋加固梁板正截面抗彎承載能力加固設(shè)計思路

(1)梁式橋加固梁板錨固措施設(shè)計思路一

安全可靠的錨固措施是體外預(yù)應(yīng)力加固法的關(guān)鍵技術(shù)之一，在本次加固設(shè)計中采用鋼齒板錨固鋼束，通過高強螺栓將鋼齒板錨固于梁肋，按摩擦連接性設(shè)計，設(shè)計時鋼板與混凝土之間摩擦系數(shù)按0.5計算，施工時應(yīng)實驗確定鋼板與混凝土接觸面實際摩擦系數(shù)，若實測摩擦系數(shù)小于0.5，應(yīng)對接觸面做粗糙處理保證實際摩擦系數(shù)不低于0.5。

設(shè)計思路一建議采用。

(2)梁式橋加固梁板體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計思路二

鋼束錨固采用鋼齒板通過高強螺栓錨固于梁肋，體外預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力取鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強度的65%(σK=1 209 MPa)。

在本次加固設(shè)計時，鋼束的計算主要通過控制應(yīng)力和裂縫寬度來確定。《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》(JTG/T J22-2008)第8.1.5條規(guī)定：當(dāng)被加固構(gòu)件的混凝土強度等級低于C25時，不宜采用預(yù)應(yīng)力加固方法；原橋梁結(jié)構(gòu)按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)驗算原橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，故只需通過張拉體外預(yù)應(yīng)力適當(dāng)改善受拉側(cè)應(yīng)力狀態(tài)即可。

在增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)以滿足正常使用功能要求的同時，還能提高結(jié)構(gòu)抗彎承載能力值以滿足抗力要求。

設(shè)計思路二不建議采用。

3.4 梁式橋加固T梁橫隔板加固設(shè)計思路

本橋部分橫隔板底板、濕接縫縱向開裂表明上部T梁橫向聯(lián)系減弱，存在單梁受力的特征，應(yīng)對橫隔板加固處理，增強橫向聯(lián)系。中橫隔板的固結(jié)加固采用在其兩側(cè)面粘貼鋼板進行連接，鋼板的兩端都采用對拉螺栓來固定鋼板，確保相鄰橫隔板的可靠連接。

3.5 梁式橋加固T梁翼緣板橫向聯(lián)系加固設(shè)計思路

老橋T梁橫向聯(lián)系為鉸接，在車輛的長期反復(fù)作用下，鉸接縫易破損失效，加之橫隔板連接的失效，形成單梁受力，對橋梁受力非常不利。

對相鄰T梁翼板間的鉸接改造為固結(jié)，鑿除橋面鋪裝后，切除T梁懸臂30 cm寬度范圍內(nèi)的原T梁翼板混凝土，切除時注意避免損傷原有T梁翼板下緣鋼筋(可以先切除一定深度混凝土。后采用人工鑿除)。將原有T梁翼板下緣鋼筋與搭接鋼筋進行點焊，并澆筑C40鋼纖維混凝土形成整體，提高翼板的橫向固結(jié)效果。此外，通過更換橋面鋪裝，并在新增的橋面鋪裝混凝土內(nèi)設(shè)橫向加強鋼筋，將T梁與橋面鋪裝層混凝土形成整體，進一步增強橫向聯(lián)系的剛度和強度。

3.6 梁式橋加固更換橋面鋪裝設(shè)計思路

鑿除原橋面鋪裝后，對梁體混凝土存在的缺陷清理至密實部位，并將表面鑿毛或鑿成溝槽，溝槽凸凹深度不宜小于6 mm，以加強新老混凝土的結(jié)合。鑿除橋面混凝土鋪裝層時注意不要傷及梁體，方式為手工工具人工靜力鑿除，嚴(yán)禁采用大型機械或破拆設(shè)備進行。

為加強新老混凝土的結(jié)合，在T梁頂面腹板位置植入U形鋼筋。在T梁頂面植筋鉆孔時，植筋孔的位置可以為躲避原梁內(nèi)鋼筋而調(diào)整位置，位置誤差不宜超過±3 cm。在T梁上鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，上下層鋼筋網(wǎng)應(yīng)與預(yù)先植入的U形鋼筋可靠綁扎。

在澆筑橋面鋪裝混凝土前，應(yīng)對T梁上殘留的浮灰或垃圾進行清理，并用高壓水進行沖洗，用壓縮空氣將表面吹干后涂刷界面膠，最后澆筑C40鋼纖維混凝土。

3.7 梁式橋加固更換伸縮縫設(shè)計思路

更換原橋橋臺處伸縮縫前，先鑿除背墻一定范圍內(nèi)混凝土。在拆除原橋伸縮縫時注意保留T梁以及背墻原有伸縮縫預(yù)埋鋼筋，并將其與更換的伸縮縫縱向鋼筋連接，切除原有損壞和銹蝕的鋼筋并進行植筋，T梁處植筋深度5 cm，背墻植入鋼筋深度29 cm，然后以鋼纖維混凝土填充搗實，鋼纖維混凝土摻量為0.9 kg/m3。

4 結(jié)束語

結(jié)合秀水大橋加固維修工程，論述了公路梁式橋梁加固維修設(shè)計基礎(chǔ)資料的調(diào)查方法和上部結(jié)構(gòu)及附屬物的加固維修方案設(shè)計方法。根據(jù)項目所在路段的交通量及橋梁的使用情況，曾提出三種加固方案，一是鋼板加固法，二是體外預(yù)應(yīng)力法，三是更換主梁法。考慮到本橋臨近盂縣縣城，從市縣區(qū)規(guī)劃來看，本項目處于陽泉市新城大道一級路三期項目內(nèi)，其中一期項目已建成，二期項目正在建設(shè)，三期項目正在立項階段，預(yù)計2～3年內(nèi)建成，建成后對該橋所處路段將禁止大車通行，屆時使用壽命可大大提升，年均消耗資金大大降低。故經(jīng)施工時間、施工工藝、施工難度、施工費用等方面優(yōu)缺點比較，最終采用鋼板加固法。加固后檢驗證明，秀水大橋達到了公路-Ⅱ級汽車荷載設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可以正常通車運行，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，并且為舊橋加固設(shè)計施工提供了參考經(jīng)驗和借鑒，值得推廣及應(yīng)用。