江西省公路舊橋加固技術(shù)研究與實(shí)踐
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共4頁
3、贛州西河大橋（鋼纖維砼加固負(fù)彎矩區(qū)、雙懸臂梁橋）
3.1 西河大橋概況
贛州市西河大橋位于市區(qū)內(nèi)，跨越章江，為該市聯(lián)絡(luò)東西城區(qū)及由105國道進(jìn)入市區(qū)的跨江通道。該橋橋長256.2m，為9孔雙懸臂鋼筋砼梁橋，孔徑為12.6+7×33+12.6m.懸臂孔掛梁計(jì)算跨徑為14m.原設(shè)計(jì)荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈-7+2×1.5m人行道。該橋于1955年按蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)圖并參照洛河橋施工圖設(shè)計(jì)，1956年建成通車。
由于大橋建成后交通量日益增多，汽車載重愈來愈大，致使該橋已在主梁正、負(fù)彎矩區(qū)、牛腿上出現(xiàn)眾多裂縫，橋面鋪裝及伸縮縫亦出現(xiàn)破碎及其它損壞現(xiàn)象。由于該橋病害嚴(yán)重，故被禁止稍重車輛通過。1992年以來，贛州公路分局曾先后三次組織對該橋進(jìn)行檢查，拍攝錄像。1993年在對大橋進(jìn)行加固設(shè)計(jì)前，亦進(jìn)行了較全面細(xì)致的檢查。
3.2 大橋病害檢查情況
西河大橋病害主要表現(xiàn)在：
（1）主梁裂縫及主梁變形
主梁裂縫主要發(fā)生在錨跨中部（正彎矩區(qū)）梁的下緣及懸臂梁根部（負(fù)彎矩區(qū)）上緣，后者大都貫穿整個(gè)車行道翼板。各裂縫寬約在0.1～0.5mm之間。此類裂縫顯然是由于大量重車通過使梁的受拉區(qū)開裂，屬正常現(xiàn)象。但由于負(fù)變矩區(qū)裂縫在上面，雨水易從裂縫滲入梁內(nèi)，引起鋼筋銹蝕及砼強(qiáng)度降低。
主梁永久性變形嚴(yán)重，從橋欄桿柱變化，可明顯看到這種波浪起伏狀態(tài)，墩臺處與墩中橋面高差大者已達(dá)6cm左右。
（2）牛腿裂縫
牛腿裂縫大都發(fā)生在懸臂孔贛州方向的主梁牛腿上。裂縫大者達(dá)21mm之多，為支座附近豎直裂縫。第七孔處下水南昌方向牛腿砼在支座處脫落一塊，支座鋼板外移，鋼筋外露，支撐其上掛梁，銹蝕嚴(yán)重。掛梁上牛腿裂縫較少，大多是（嵌固端）轉(zhuǎn)角處斜裂縫或豎向裂縫。
在后來鑿開牛腿原砼時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于鋼筋較密，砼有澆筑不實(shí)之處，有空洞存在。
（3）橋面及伸縮縫
橋面呈波浪狀。橋面鋪裝層裂縫及破碎現(xiàn)象甚為嚴(yán)重，在墩頂處及掛孔牛腿上伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達(dá)，以致破碎脫落。究其原因，可能是因橋面鋪裝層下是較軟的油毛氈防水層，在重車及沖擊荷載作用下易產(chǎn)生這種破裂現(xiàn)象。
懸臂孔上伸縮縫全部破壞，縫壁破碎。
3.3 西河大橋加固方案
在進(jìn)行加固前靜載試驗(yàn)的同時(shí)，我們也進(jìn)行了對該橋主要部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算。計(jì)算表明，對該橋單純采取修補(bǔ)的方法，只能恢復(fù)到滿足汽—10荷載的要求，而不能滿足汽—20荷載運(yùn)行的要求。
按容許應(yīng)力法計(jì)算，懸臂孔支點(diǎn)截面受壓區(qū)砼最大應(yīng)力達(dá)13.5Mpa，超出實(shí)際砼容許壓應(yīng)力值；而按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，跨中截面正截面強(qiáng)度不足，梁所能承受之最大彎矩為11839.87KN.m，不能滿足所需承受的彎矩13184.81KN.m.根據(jù)現(xiàn)場檢查、試驗(yàn)及計(jì)算分析資料，要使西河大橋通過加固達(dá)到承受汽—20、掛—100荷載等級的要求，就必須對主掛梁牛腿、主梁及其上橋面鋪裝進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，并對牛腿支座及伸縮縫加以改造。
3.3.1 懸臂孔主梁及掛梁牛腿的加固
（1）經(jīng)計(jì)算，牛腿最弱截面為θ=28.86°或θ=41.19°（不計(jì)H）的斜截面，按偏心受拉構(gòu)件驗(yàn)算，拉應(yīng)力分別為2.0及2.2Mpa，按對牛腿截面尺寸能否符合裂縫控制要求驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)牛腿截面尺寸不足，公式Fvk≤β（1－0.5（Fhk/Fvk））（ftk/（0.5+a/ho））中系數(shù)β需≥1.39方能滿足，而承受靜力荷載的牛腿抗裂度取值至少應(yīng)是β=0.80.依上可見，加固前牛腿狀況顯然不安全。加以牛腿伸縮縫處不平順、不平整引起的跳車、沖擊，可使垂直荷載實(shí)際上增大很多。因而牛腿砼內(nèi)部微裂縫不斷發(fā)展，最后引起嚴(yán)重開裂而破壞。
（2）由于牛腿是懸臂梁橋的一個(gè)關(guān)鍵部位，它是否牢固可靠對橋梁能否維持安全通行是起決定作用的因素之一。牛腿又是懸臂梁的薄弱環(huán)節(jié)，牛腿處梁高突變減小，截面凹折轉(zhuǎn)角多，而要傳遞的集中力數(shù)值非常大，且頻繁承受車輛沖擊力作用，所以是受力非常復(fù)雜的部位。現(xiàn)有各種驗(yàn)算方法帶有相當(dāng)?shù)慕菩裕€不能完全反映受力情況。為此，對牛腿加固我們提出了兩種方案：
方案一：鑿除原牛腿的低標(biāo)號砼（舊170號砼），改為澆筑30號鋼纖維砼。澆筑鋼纖維砼時(shí)，在新老砼結(jié)合面上涂以環(huán)氧砂漿以增進(jìn)兩者粘結(jié)。
方案二：將掛梁從兩個(gè)支點(diǎn)擱在主梁上改為以多支點(diǎn)擱在端橫梁上。此種方案，可使原牛腿上受力減少，但牛腿的砼則因破碎開裂，仍需鑿除后重澆新砼；端橫梁也因原寬度不足及標(biāo)號過低，也需鑿除重澆加寬，這就增大了工程量。該方案另一缺點(diǎn)是傳力情況不明確。
實(shí)橋加固時(shí)采用了第一方案。
3.3.2 主梁負(fù)彎矩的加固
根據(jù)檢查、測試資料及計(jì)算成果，主梁負(fù)彎矩區(qū)在一般荷載下即產(chǎn)生大量裂縫，其上橋面鋪裝層亦產(chǎn)生大量網(wǎng)裂。此種裂縫不僅不美觀，使人產(chǎn)生不安全感，在實(shí)際上也會(huì)因雨水滲入主梁和翼緣板中，導(dǎo)致銹蝕受力鋼筋，影響橋梁使用壽命。
在考慮加固方案時(shí)，根據(jù)計(jì)算資料增加了縱向受拉鋼筋，置于原鋪裝層范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果還表明，由于新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的荷載負(fù)彎矩作用，橋面砼的拉應(yīng)力將達(dá)到3.96Mpa，采用現(xiàn)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中所列各標(biāo)號普通砼均仍會(huì)因抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度無法滿足而使梁頂開裂；只有采用鋼纖維砼，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度有可能大于此拉應(yīng)力，從而保證橋面不出現(xiàn)裂縫。故我們在加固方案中對負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝層采用澆筑鋼纖維砼，要求其與梁頂翼緣板真正牢固連成整體。所以在將梁頂翼緣板頂打毛外，還要在其上設(shè)錨筋和在頂面上刷粘層劑使新老砼緊密結(jié)合。在澆筑鋼纖維砼鋪裝層前，尚需用高分子化學(xué)材料壓入梁頂?shù)牧芽p內(nèi)，使裂縫粘合。
對此負(fù)彎矩區(qū)加固提出的另一種方案是在橋面鋪裝層范圍內(nèi)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固。此措施旨在使橋面原裂縫進(jìn)一步閉合，同時(shí)可因懸臂負(fù)彎矩減小而減小懸臂端撓度，并減輕主梁和掛梁銜接處沖擊。該方案因施工工期短、施工技術(shù)較新，且需一定設(shè)備，一般施工隊(duì)伍不一定具備條件而放棄。
3.3.3 主梁錨跨及掛梁正彎矩區(qū)加固
在按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，在汽—20、掛—100荷載作用下主梁截面強(qiáng)度不滿足，故需補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)的措施是在鑿去原橋面鋪裝層及油毛氈后，將原橋面打毛，用錨桿在原鋪裝層厚度范圍內(nèi)加一層鋼筋網(wǎng)，然后澆筑30號UEA補(bǔ)償收縮自防水砼。采用UEA補(bǔ)償收縮自防水砼的目的是因?yàn)閁EA補(bǔ)償收縮是一種適度膨脹的砼，在鋼筋和鄰位約束下，可在砼中建立0.2～0.7Mpa預(yù)壓應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)達(dá)到抗裂防滲的目的，即解決防水問題。掛梁則除在原鋪裝層厚度范圍內(nèi)不增鋼筋網(wǎng)外，其余均與主梁加固方法相同。
3.3.4 主梁裂縫粘合
為改善主梁負(fù)彎矩區(qū)受力情況，并增加梁板耐久性能及剛度，同時(shí)為了在加固施工中需要將導(dǎo)梁移孔時(shí)，主梁及掛梁能安全承受在上通過的導(dǎo)梁設(shè)備重，本橋加固設(shè)計(jì)采用了以高分子化學(xué)材料對主梁及掛梁裂縫以壓灌的方法，使裂縫予以粘合。
3.4 試驗(yàn)結(jié)果
（1）贛州西河大橋加固前后采用兩輛黃河牌重車加載時(shí)，盡管加固后試驗(yàn)荷載的內(nèi)力較加固前大9%左右，但在相同位置上實(shí)測的應(yīng)力值，仍見明顯減小，說明加固效果是較好的。
（2）在黃河車及大交通車作用下，考慮了沖擊系數(shù)實(shí)測活載應(yīng)力值，與恒載應(yīng)力計(jì)算值合計(jì)值，均小于砼軸心抗壓強(qiáng)度和鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。說明該橋承載能力完全滿足設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)（汽—20、掛—100）。
（3）由實(shí)測最大撓度值可見，錨跨跨中撓度為計(jì)算跨徑的1/4583，遠(yuǎn)小于規(guī)范的1/600.懸臂跨懸臂端在兩列大交通作用下的撓度為懸臂長度的1/788，小于規(guī)范的1/300.說明加固后橋梁剛度是較好的。
3.5 加固效果與跟蹤觀察
贛州西河大橋通過在橋面鋪裝層內(nèi)增設(shè)縱向鋼筋，用鋼纖維砼重新澆筑牛腿和澆筑負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝層，用GJK-1高分子化學(xué)材料粘合梁體裂縫等措施，將西河大橋原僅能承受汽—10、拖—60的承載能力提高到汽—20、掛—100標(biāo)準(zhǔn)，說明此種加固方法是有效的。施工期限也較短，經(jīng)費(fèi)也較少，完全可以應(yīng)用到同類的雙懸臂鋼筋砼梁橋加固上。該橋經(jīng)加固后開放交通至今，使用情況一直良好，經(jīng)跟蹤觀察未發(fā)現(xiàn)新的病害。
