劉闊譽(yù)

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概述

10#橋起迄里程為 CH7 665.429—CH7 771.309，全長(zhǎng)105.88 m，為廣深高速公路跨深圳市北環(huán)路跨線橋，該橋與北環(huán)路斜交，中心處斜交角為 50°40′08″，20世紀(jì)90年代初建成。橋梁位于R=2 500 m平曲線上，并有縱向坡度，故為一座彎、坡、斜橋梁結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)由兩座相互分離的4孔24 m連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土Π型梁組成。梁肋底寬 0.80 m，頂寬 1.20 m，高1.35 m，橋面板厚度沿橋橫向是變化的，梁肋處0.45 m，跨中0.35 m，內(nèi)外邊緣0.20 m。橋面板頂板設(shè)有3%的橫坡。左右兩幅橋，每幅橋內(nèi)側(cè)采用單向活動(dòng)盆式支座，外側(cè)采用雙向活動(dòng)盆式支座，故上部構(gòu)造為縱向飄浮體系。本橋伸縮縫只設(shè)在橋臺(tái)處。設(shè)計(jì)荷載為汽超—20，掛—120。

該橋施工拆模后，發(fā)現(xiàn)中支點(diǎn)腹板處出現(xiàn)6～7條，寬為5～6 mm的斜裂縫，經(jīng)檢測(cè)后認(rèn)為支點(diǎn)處于極不正常的工作狀態(tài)，嚴(yán)重危及斜截面的承載能力。后進(jìn)行了腹板加固處理，再次的靜載試驗(yàn)結(jié)果表明其正應(yīng)力及剪應(yīng)力的分布已趨于正常。

經(jīng)過(guò)十多年的運(yùn)營(yíng)，廣深珠高速公路有限公司計(jì)劃對(duì)橋面加鋪瀝青混凝土罩面層，本文針對(duì)橋梁目前的工作狀態(tài)以及最大量加鋪瀝青混凝土罩面層后橋梁的工作狀態(tài)進(jìn)行深入研究，研究中對(duì)于相關(guān)方法和參數(shù)的取值采取橋梁設(shè)計(jì)時(shí)所參照的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2 外觀普查及檢測(cè)

2.1 外觀普查結(jié)果

由于10#橋處于深圳市北環(huán)公路上方，北環(huán)公路車(chē)流量頻繁，車(chē)輛行駛速度較快。封閉主道進(jìn)行橋梁檢查、檢測(cè)的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所以只能選取四跨中的兩個(gè)坐落在輔道上的邊跨進(jìn)行檢測(cè)工作。①Π型梁跨中腹板發(fā)現(xiàn)豎向裂縫17條，最長(zhǎng)已通向翼緣板，長(zhǎng)約3 m，裂縫寬度都在0.1 mm以內(nèi);②翼緣板底面存在縱向裂縫，最長(zhǎng)的約4 m，寬度都在0.1 mm以內(nèi);③橋墩墩壁有一條豎向裂縫，長(zhǎng)度3.2 m，寬度為1.5 mm;④端橫梁后面的橋臺(tái)上有兩條豎向裂縫，長(zhǎng)度約1.0 m，寬1.7 mm;⑤端橫隔板靠近腹板處有一條豎向裂縫，長(zhǎng)度1.2 m，寬度為1.5 mm。

2.2 橋梁檢測(cè)結(jié)果

2.2.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

為了全面了解橋梁混凝土現(xiàn)有狀態(tài)，分別對(duì)10#橋南、北行梁體、橋臺(tái)及橋墩進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)及混凝土碳化深度測(cè)試，混凝土檢測(cè)結(jié)果列于表1～表6。混凝土強(qiáng)度檢測(cè)采用超聲回彈綜合法，這種方法是建立在超聲波傳播速度和回彈值同混凝土抗壓強(qiáng)度之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上的，以聲速和回彈值綜合反映混凝土的抗壓強(qiáng)度。檢測(cè)依據(jù)為中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》CECS02:88。

混凝土的碳化是指混凝土中的成分(Ca(OH)2)與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳(CO2)和其他酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。混凝土碳化后密度和強(qiáng)度會(huì)有所提高，表面硬度增大，但碳化后混凝土堿度降低，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞而使鋼筋產(chǎn)生銹蝕。此外，碳化會(huì)加劇混凝土的收縮導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

混凝土的碳化深度是評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量和耐久性的重要指標(biāo)之一。

從表1～表3可以得出，10#橋南行混凝土推定強(qiáng)度在43.8～48.9 MPa之間;混凝土實(shí)測(cè)碳化深度在4.1～5.1 mm，為正常碳化速率。從表4～表6可以得出，10#橋北行混凝土推定強(qiáng)度在43.3～49.4 MPa之間;混凝土實(shí)測(cè)碳化深度在4.3～4.5 mm，為正常碳化速率。

表1 10#橋南行(廣州—深圳)梁體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果(回彈法)

表2 10#橋南行(廣州—深圳)橋臺(tái)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果(回彈法)

表3 10#橋南行(廣州—深圳)墩混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果(超聲回彈綜合法)

表4 10#橋北行(深圳—廣州)梁體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果(回彈法)

表5 10#橋北行(深圳—廣州)橋臺(tái)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果(回彈法)

表6 10#橋北行(深圳—廣州)墩混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果(超聲回彈綜合法)

2.2.2 鋼筋混凝土保護(hù)層與碳化深度測(cè)試結(jié)果

鋼筋混凝土保護(hù)層與碳化深度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。從表7中的鋼筋保護(hù)層厚度的特征值說(shuō)明該橋保護(hù)層厚度適中;從混凝土的碳化深度判斷，鋼筋沒(méi)有大面積銹蝕的可能。

表7 廣深高速公路鋼筋混凝土保護(hù)層與碳化深度測(cè)試結(jié)果

3 橋梁檢算

3.1 計(jì)算思路

由于10#橋?yàn)樗目绲瓤珙A(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，所以針對(duì)控制截面:邊跨0.4L截面、中跨0.5L截面及1#墩頂截面進(jìn)行檢算，檢算分為現(xiàn)有狀態(tài)及加鋪5 cm瀝青混凝土狀態(tài)。

Π形大橋面板應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析。主要采取手工計(jì)算結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件橋梁博士和ANSYS進(jìn)行校驗(yàn)。結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖1。

3.2 現(xiàn)有工作狀態(tài)受力評(píng)估

根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所參照的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范以及設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算結(jié)果如表8。從表8可以看出，最大荷載組合下結(jié)構(gòu)控制截面彎矩值均小于根據(jù)承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度計(jì)算值，所以結(jié)構(gòu)受力符合規(guī)范要求。

圖1 結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型(單元?jiǎng)澐?

表8 結(jié)構(gòu)內(nèi)力強(qiáng)度檢算結(jié)果 kN·m

3.3 加鋪5 cm瀝青混凝土后受力評(píng)估

根據(jù)加鋪5 cm瀝青混凝土后的結(jié)構(gòu)特性，計(jì)算結(jié)果如表9。從表9中可以看出，最大荷載組合下結(jié)構(gòu)控制截面彎矩值均小于根據(jù)承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度計(jì)算值，所以在加鋪5 cm瀝青混凝土后結(jié)構(gòu)受力依然符合規(guī)范要求。

3.4 活載作用下的鋼筋應(yīng)力檢算(單肋)

2003年頒布的《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》并未對(duì)活載作用下的鋼筋應(yīng)力幅進(jìn)行規(guī)范說(shuō)明，由于公路荷載等級(jí)逐步提高，車(chē)流量日漸頻繁，檢算參考了鐵路橋梁關(guān)于活載作用下鋼筋疲勞應(yīng)力幅的規(guī)定。

3.4.1 邊跨0.4L截面

計(jì)算板寬 b=0.27×23.47=6.34 m，慣性矩 I=0.976 m4，中性軸高度 Yc=1.26 m，混凝土應(yīng)力 σh=5.09 MPa，鋼筋應(yīng)力 σg=30.5 MPa＜80 MPa，鋼筋活載疲勞應(yīng)力幅滿足＜80 MPa的規(guī)范要求。

3.4.2 中跨0.5L截面

計(jì)算板寬 b=0.2×23.47=4.694 m，慣性矩 I=0.883 m4，中性軸高度 Yc=1.19 m，混凝土應(yīng)力 σh=4.72 MPa，鋼筋應(yīng)力 σg=28.3 MPa＜80 MPa，鋼筋活載疲勞應(yīng)力幅滿足＜80 MPa的規(guī)范要求。

表9 結(jié)構(gòu)內(nèi)力強(qiáng)度檢算結(jié)果 kN·m

3.4.3 墩頂截面

計(jì)算板寬 b=0.07×46.94=3.29 m，慣性矩 I=0.775 m4，中性軸高度 Yc=1.11 m，混凝土應(yīng)力 σh=3.70 MPa，鋼筋應(yīng)力 σg=22.2 MPa＜80 MPa，鋼筋活載疲勞應(yīng)力幅滿足＜80 MPa的規(guī)范要求

3 結(jié)論及建議

橋梁承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度檢算結(jié)果，邊跨0.4L、中跨0.5L及墩頂截面均符合規(guī)范要求。橋梁加鋪5 cm瀝青混凝土后，邊跨0.4L、中跨0.5L及墩頂截面承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度依然符合規(guī)范要求。活載作用下鋼筋應(yīng)力檢算結(jié)果，邊跨0.4L、中跨0.5L及墩頂截面鋼筋疲勞應(yīng)力幅均滿足＜80 MPa的規(guī)范要求。

本次檢算完全依照10#橋設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算結(jié)果可以加鋪瀝青層，但由于該橋已出現(xiàn)過(guò)裂縫，并且曾經(jīng)粘貼鋼板處理，計(jì)算結(jié)果只能作為參考，做進(jìn)一步超載試驗(yàn)，檢驗(yàn)其實(shí)際承載能力后再?zèng)Q定。

建議橋面進(jìn)行防水層處理，以徹底解決橋面板漏水等影響結(jié)構(gòu)耐久性的問(wèn)題;對(duì)裂縫進(jìn)行封閉處理;對(duì)10#橋裂縫進(jìn)行定期觀測(cè);進(jìn)行靜載試驗(yàn)，對(duì)橋梁現(xiàn)狀做充分評(píng)估，然后確定是否加鋪瀝青混凝土層。

［1］中華人民共和國(guó)交通部.JTG-DB-2004 公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］中華人民共和國(guó)交通部.YC4-4/1982 大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法［S］.北京:人民交通出版社，1982.

［3］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50152-92 混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.