李亞鵬
(寶雞市交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)中心,陜西 寶雞 721399)
蟠龍大橋南接寶雞高新開(kāi)發(fā)區(qū)高新五路,北連寶雞市行政中心,跨越渭河和西寶高速公路,該橋建成于2008 年,經(jīng)過(guò)近20 年的運(yùn)營(yíng),橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的病害,橋面鋪裝出現(xiàn)坑槽、局部錨固區(qū)混凝土剝離、護(hù)欄多處露筋、主梁腹板局部混凝土空洞、剝離、露筋、銹蝕等問(wèn)題,為了準(zhǔn)確評(píng)估該橋技術(shù)狀況,進(jìn)行了檢測(cè)和承載力驗(yàn)算,為下一步病害處治提供技術(shù)支撐。
蟠龍大橋全長(zhǎng)1 146 m,橋?qū)?8 m。跨徑組合:5×20 m+4×20 m+(20+75+32)m+4×(4×32 m)+(32+75+20)m+2×(5×20)m,其中,20 m 跨徑為先張法預(yù)制空心板簡(jiǎn)支梁,32 m 跨徑為后張法大空板簡(jiǎn)支梁,127 m 為單面索、鉆石型鋼筋混凝土斜塔斜拉橋。下部結(jié)構(gòu)采用矩形實(shí)體墩、肋板橋臺(tái),基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁寬度:0.25 m(護(hù)欄)+2.25 m(人行道)+10.5 m(行車(chē)道)+2 m(分隔帶)+10.5 m(行車(chē)道)+2.25 m(人行道)+0.25 m(護(hù)欄)=28 m。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-超20、掛-120,人群荷載為3.5 kN/m2。設(shè)計(jì)速度60 km/h,地震烈度7 度。設(shè)計(jì)水位569.8 m。
采用目測(cè)觀察輔以必要的檢測(cè)儀器相結(jié)合的方法對(duì)結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件、一般承重構(gòu)件和附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)觀測(cè)、檢查,對(duì)缺損部位進(jìn)行標(biāo)識(shí)、影像記錄,并分析病害產(chǎn)生的原因,評(píng)估結(jié)構(gòu)狀態(tài)[1],對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)。
橋梁混凝土強(qiáng)度采用回彈法[2],混凝土強(qiáng)度評(píng)定采用推定強(qiáng)度均質(zhì)系數(shù)Kbt及平均強(qiáng)度均質(zhì)系數(shù)Kbm,依據(jù)表1 評(píng)定。
表1 混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
該次索力檢測(cè)采用DH5906W 無(wú)線索力測(cè)試分析系統(tǒng),是為橋梁結(jié)構(gòu)的索力試驗(yàn)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì),采用獨(dú)立分布式模塊結(jié)構(gòu),利用Wi-Fi 無(wú)線通訊擴(kuò)展,單臺(tái)計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)16 個(gè)模塊以內(nèi)的索力無(wú)線測(cè)試和分析[3-4]。對(duì)于兩端嵌固且自由振動(dòng)的索,由于其張力與其自振頻率(基頻)的平方成正比,索力動(dòng)測(cè)儀可在采集索的多諧振動(dòng)曲線后通過(guò)頻譜分析(FFT)求取斜拉索張力,可用于斜拉索的測(cè)量。橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系結(jié)構(gòu)的完好狀況可按表2 進(jìn)行評(píng)估。
表2 橋梁結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)
橋面鋪裝病害主要表現(xiàn)為橋面鋪裝局部坑槽。第三聯(lián)橋面(主橋)右幅橋面坑槽1 處,面積為0.05 m×0.05 m;第七聯(lián)橋面右幅橋面坑槽3 處,面積為0.2 m×0.4 m。伸縮縫裝置病害主要表現(xiàn)為全橋伸縮縫被泥土雜物阻塞,局部錨固區(qū)混凝土剝離,主橋1 個(gè)排水孔被堵塞,引橋集水管斷裂缺失1 處,護(hù)欄局部銹蝕。
3.2.1 主梁
主梁病害主要表現(xiàn)為主橋主梁底板多處縱向裂縫,局部混凝土剝落、空洞、露筋;引橋主梁腹板多處水平向裂縫,部分滲水裂縫,多處混凝土剝落。主梁縱向裂縫寬度≤0.2 mm 的裂縫共47 條,累計(jì)總長(zhǎng)96.9 m;底板斜向裂縫寬度≤0.2 mm 的裂縫共2 條,累計(jì)總長(zhǎng)9 m;腹板水平裂縫寬度≤0.2 mm 的裂縫共4 條,累計(jì)總長(zhǎng)5 m;混凝土剝離、露筋、掉角共43 處,累計(jì)面積2.475 m2;底板網(wǎng)裂1 處,累計(jì)面積0.25 m2;翼板混凝土滲水3 處,累計(jì)面積0.3 m2;底板混凝土麻面、空洞2 處,累計(jì)面積0.11 m2。
3.2.2 橫向聯(lián)系
橫向聯(lián)系主要表現(xiàn)為主橋橫梁多處豎向裂縫,局部混凝土剝落、露筋;引橋鉸縫、濕接縫多處滲水,鉸縫多處脫落。
3.2.3 斜拉索
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)窗檢查,發(fā)現(xiàn)南塔受檢9 根斜拉索中,有8 根斜拉索鋼絲未見(jiàn)明顯病害,1 根斜拉索鋼絲存在點(diǎn)蝕;北塔受檢9 根斜拉索鋼絲均未見(jiàn)明顯病害。南側(cè)斜拉橋9 根斜拉索錨頭均存在防銹油脂缺失現(xiàn)象,2 根斜拉索鋼絲鐓頭輕微銹蝕,1 根斜拉索鋼絲鐓頭中度銹蝕,錨杯輕微銹蝕,北側(cè)斜拉橋有6 根斜拉索錨頭均存在防銹油脂缺失現(xiàn)象,B3~B5 斜拉索錨頭位于快速道路上方。
南側(cè)斜拉橋整體實(shí)測(cè)索力大于原設(shè)計(jì)索力。有3 根斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差≤5%,占南側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的33.3%;有1 根斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差>5%且≤10%,占南側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的11.1%;有5 根斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差>10%,占南側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的55.6%。其中,N3#斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差最大為31.40%。實(shí)測(cè)斜拉索索力與設(shè)計(jì)索力對(duì)比見(jiàn)圖1。
圖1 南側(cè)斜拉橋斜拉索檢測(cè)索力對(duì)比圖
北側(cè)斜拉橋整體實(shí)測(cè)索力大于原設(shè)計(jì)索力。有2 根斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差≤5%,占北側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的22.2%;有1 根斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差>5%且≤10%,占北側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的11.1%;有6 根斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差>10%,占北側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的66.7%。其中,B2#斜拉索實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力偏差最大為27.03%。實(shí)測(cè)斜拉索索力與設(shè)計(jì)索力對(duì)比見(jiàn)圖2。
圖2 北側(cè)斜拉橋斜拉索檢測(cè)索力對(duì)比圖
蓋梁病害主要表現(xiàn)為蓋梁多處混凝土剝離、露筋,局部擋塊被擠裂。橋墩病害主要表現(xiàn)為局部墩柱混凝土剝離,大部分支座老化開(kāi)裂嚴(yán)重,部分支座脫空,臺(tái)帽局部混凝土剝離。
抽取梁底、墩柱布置混凝土回彈測(cè)區(qū)?;炷粱貜棞y(cè)區(qū)均為20 cm×20 cm 正方形,每個(gè)測(cè)區(qū)測(cè)試16 個(gè)測(cè)點(diǎn),并在每10 個(gè)回彈測(cè)區(qū)中選取3 個(gè)測(cè)區(qū)測(cè)試混凝土碳化深度。檢查結(jié)果如圖3~4 所示。
圖3 混凝土平均碳化深度
圖4 混凝土強(qiáng)度
由圖3~4 可知:上部承重構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為53.2~58.4 MPa,碳化深度為1.25~3.25 mm,評(píng)定標(biāo)度均為1,均滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求;實(shí)測(cè)橋墩臺(tái)、蓋梁混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為33.1~35.6 MPa,碳化深度為1.50~3.25 mm,評(píng)定標(biāo)度均為1,均滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
橋梁技術(shù)狀況評(píng)定依據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 99—2017)中對(duì)運(yùn)營(yíng)階段城市橋梁技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。該橋主橋總體技術(shù)狀況分值為88.33,引橋總體技術(shù)狀況分值為91.25,該橋按主橋88.33 分值可評(píng)定為B 級(jí)。
該文采用Midas Civil 建立有限元模型,主梁采用單梁模擬,各個(gè)單元的材料和截面嚴(yán)格按照橋梁真實(shí)的情況輸入,二期恒載以單元均布荷載的形式施加在橋面系上,以確保計(jì)算質(zhì)量準(zhǔn)確[5]。為了分析該橋在施工過(guò)程中受力狀態(tài)以及成橋運(yùn)營(yíng)階段的受力狀態(tài),建立成橋運(yùn)營(yíng)階段的模型和施工階段模型進(jìn)行分析,如圖5 所示。
圖5 Midas Civil 計(jì)算模型圖
根據(jù)計(jì)算,各控制斷面取荷載組合中的最大值結(jié)論如表3~5 所示。
表3 設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算 /(kN·m)
表4 正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗(yàn)算 /MPa
表5 成橋索力 /kN
由上述計(jì)算結(jié)果可知,75 m 主跨斜拉橋承載能力極限狀態(tài)各控制截面抗彎、抗剪承載能力均能滿足原設(shè)計(jì)荷載汽-超20 級(jí)、掛-120 及現(xiàn)城-A 級(jí)荷載組合要求;正常使用極限狀態(tài)下,截面抗裂性能均能滿足原設(shè)計(jì)荷載汽-超20 級(jí)、掛-120 及現(xiàn)城-A 級(jí)荷載要求。
綜上,該文依托蟠龍大橋?yàn)檠芯繉?duì)象,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),對(duì)蟠龍大橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè),結(jié)合橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、混凝土強(qiáng)度及碳化檢測(cè)結(jié)果,對(duì)該橋技術(shù)狀況進(jìn)行了評(píng)估,評(píng)定等級(jí)為B 級(jí),采用Midas Civil 有限元軟件進(jìn)行了承載能力驗(yàn)算,主梁各截面承載能力指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)荷載要求,為橋梁病害處治提供了依據(jù)。