南寧市城市規(guī)劃設(shè)計院 蔣以華

貴州通遠(yuǎn)公路勘察設(shè)計咨詢有限公司 何 軼

高等級公路T型梁橋橋面破壞加固處治

南寧市城市規(guī)劃設(shè)計院 蔣以華

貴州通遠(yuǎn)公路勘察設(shè)計咨詢有限公司 何 軼

本文通過對1座高等級公路多跨30m T梁橋面破壞的原因分析，提出了增加T梁橫隔板加固方案，經(jīng)過施工人員的精心施工，設(shè)計方案順利實施，且通過了惡劣天氣的考驗，取得了成功。

T型梁 橋面 裂縫 加固

一、工程概況

江西坡大橋位于貴州省貴陽至新寨高等級公路K71+538處，為分幅雙向四車道橋梁。橋梁左幅為9×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁橋，橋長309.78m；右幅為10×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，橋長317.13m，兩幅橋?qū)捑鶠?2m。橋梁平面位于圓曲線上，圓曲線半徑為R=400m，縱坡為4%。該橋運行多年后橋面多處出現(xiàn)縱向、橫向裂縫，且部分已修補過的橋面再次出現(xiàn)了裂縫，橋面破損相當(dāng)嚴(yán)重，嚴(yán)重影響行車安全，特別是雨天時橋面上多次發(fā)生嚴(yán)重交通事故。

二、原因初步分析

該橋上部構(gòu)造為30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，每跨橫向由5片梁組成，T梁僅兩端各設(shè)置一道橫隔板，中部無橫隔板。預(yù)制T梁間設(shè)計考慮為鉸接，鉸縫寬度僅10cm。預(yù)制T梁頂面為現(xiàn)澆的14cm厚C50鋼筋混凝土橋面板，層內(nèi)設(shè)置有雙層φ12鋼筋網(wǎng)，面層為6cmC50水泥混凝土橋面，層內(nèi)設(shè)置φ6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)距較大，為20×20cm。

調(diào)查時發(fā)現(xiàn)橋面裂縫以順橋向裂縫為主，順橋向分布沒有規(guī)律，但大多較長，跨越2～3跨，橫向主要分布在慢車道上，快車道及外側(cè)路緣帶較少。橋面橫橋向裂縫較順橋向裂縫略少，同樣多分布于慢車道上，順橋向則各跨均有分布，沒有規(guī)律。現(xiàn)場調(diào)查時遇到養(yǎng)護(hù)人員在對局部嚴(yán)重破損的橋面進(jìn)行修補工作，通過現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)橋面打開部分面層6cm水泥混凝土全部破壞，而下層14cm橋面板未發(fā)現(xiàn)裂縫。另外發(fā)現(xiàn)6cm面層內(nèi)鋼筋均未置于面層上部，而是置于面層與橋面板的結(jié)合面處。調(diào)查時還發(fā)現(xiàn)該橋在重型車輛或高速小型車輛通過時橋梁震動嚴(yán)重，該現(xiàn)象在跨中尤其明顯。

通過現(xiàn)場調(diào)查分析，初步認(rèn)定裂縫發(fā)生的主要原因有以下幾點：

1. 橋梁所處路線平面曲線半徑小、縱坡大，橋面采用水泥混凝土，摩阻力較小。由于公路等級較高，車輛運行速度較快，故車輛在橋面緊急制動的現(xiàn)象較為突出，尤其是大型車輛由于慣性大，極易長時間制動。這些都引起橋面面層受到的順橋向水平力和橫橋向水平力較大，而橋面面層配置鋼筋直徑較小、網(wǎng)距較大，難以承受這些水平力，多次作用下極易引起破壞。故可考慮將剛性橋面面層改為改性瀝青混凝土（柔性面層），既增大摩阻力、保障行車安全又易于施工、縮短因橋面面層施工而封閉交通的時間且便于今后養(yǎng)護(hù)。

2. 面層破壞而下層橋面板未發(fā)現(xiàn)裂縫，說明橋面板受力是能夠滿足使用要求的，故橋面裂縫不是下層的反射裂縫。因橋面裂縫均沒有特別明顯的規(guī)律，橋面板受力后是否產(chǎn)生裂縫可通過建模計算進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3. 重型車輛或高速小型車輛通過時在T梁跨中橋梁震動嚴(yán)重，說明T梁的橫向整體剛度較差，震動的頻繁容易造成橋面混凝土的疲勞破壞，對T梁梁體及支座等構(gòu)件也會造成不良影響。故可考慮在跨中增加橫隔板以增大橋梁的整體剛度，減小橋梁的震動。

三、結(jié)構(gòu)計算分析

由于下層橋面板未發(fā)現(xiàn)裂縫，故建立空間模型對T梁橋面板進(jìn)行受力分析。分析程序采用大型空間計算程序Midas2006，模型單元采用板單元，計算模型圖見圖1：

圖1 計算模型圖

計算中考慮兩種模型，一種按實際橋梁布置，另一種在跨中增加三道橫隔板，兩種模型的橋面板應(yīng)力計算結(jié)果如下表：

表1 混凝土應(yīng)力對比表

表2 橋梁動力性能

從表1中我們可以看出，橋面板的最大拉應(yīng)力為1.67MPa，小于C50混凝土的容許拉應(yīng)力，故下層14cm厚橋面板層是不應(yīng)產(chǎn)生裂縫的，故設(shè)計時可不考慮對該層進(jìn)行處理。

從表2中我們可以看出，T梁增加橫隔板后基頻由無橫隔板的3.96Hz變?yōu)?.54Hz，說明增加橫隔板后橋梁的整體剛度有了一定增加，橋梁震動相應(yīng)的也會減小。雖然增加了三道橫隔板后增加了恒載，但由于橫隔板自重較輕，且考慮新增橫隔板的受力橫向分布作用，則起控制設(shè)計作用的邊梁所受活載也將減小，各片T梁的受力分布也更趨于合理，故不會對T梁產(chǎn)生不利影響。

四、設(shè)計方案

通過各方面分析，綜合考慮現(xiàn)場的環(huán)境因素及施工方案，確定了設(shè)計方案，主要包含以下幾個方面：

1. 在每跨T梁跨中段增加三道橫隔板（橫隔板大樣如圖2）。由于該橋橋墩較高，橋墩最高有35m，故橫隔板采用預(yù)制吊裝方案。橫隔板厚度為20cm，中部設(shè)2個臨時固定孔，用φ25圓鋼兩端攻絲套螺母固定。橫隔板間主筋采用焊接連接，濕接縫采用微膨脹混凝土。

圖2 預(yù)制橫隔板大樣

2. 由于水泥混凝土橋面摩擦系數(shù)較小，且本橋位于大縱坡和小半徑平曲線復(fù)合的路段，雨天時車輛極易發(fā)生交通事故，故設(shè)計時將剛性橋面面層改為柔性面層，增大橋面的摩擦系數(shù)。采用方案為鑿除橋面6cm厚水泥混凝土面層，改用改性瀝青混凝土鋪筑，瀝青混凝土與橋面板間涂刷瀝青基防水涂料。

五、施工方案

根據(jù)確定的設(shè)計方案，施工時主要分兩部分實施：

1. 預(yù)制橫隔板安裝。

橫隔板在預(yù)制場預(yù)制好后運至現(xiàn)場對應(yīng)位置橋梁正下方，在橋面打孔后用鋼絲繩垂直起吊，到達(dá)設(shè)計位置后通過φ25圓鋼兩端攻絲套螺母固定在T梁上，然后向橫隔板在與T梁表面結(jié)合處的預(yù)留孔內(nèi)貫注JGN結(jié)構(gòu)膠，最后再焊接橫隔板間鋼筋、澆注濕接縫混凝土。施工時支架采用型鋼焊制的小型吊架。

2. 橋面系改造。

先用路面切縫機(jī)將橋面面層按1m方格切塊，切割深度控制在6cm以內(nèi)，待橫隔板施工完成后采用小型路面鑿除機(jī)鑿除橋面面層，清洗干凈后涂刷防水材料，最后鋪筑改性瀝青混凝土。

六、實施效果

由于原有T梁施工質(zhì)量較差，T梁表面與預(yù)制橫隔板多處不能緊密結(jié)合，施工時需對多個預(yù)制橫隔板進(jìn)行人工處理，故耗時較多，而且受到高等級公路通行交通組織的影響，施工期略長，為5個月。橋面6cm厚面層鑿除后經(jīng)過仔細(xì)檢查在14cm厚橋面板上未發(fā)現(xiàn)裂縫，與設(shè)計分析一致，故按設(shè)計方案清洗后涂刷防水涂料后鋪筑改性瀝青混凝土。由于面層采用瀝青混凝土，故不需施工養(yǎng)護(hù)期，大大減短了橋面封閉交通的時間。

施工完成后通過兩年的運營，特別是經(jīng)歷了2008年初罕見的長時間凌凍天氣后橋面完好無損，為當(dāng)時的搶險救災(zāi)工作提供了有力保障。另外改造后橋上的交通事故率也大大降低，到目前為止未發(fā)生一起交通事故，這些都受到了業(yè)主單位及養(yǎng)護(hù)部門的好評。

七、小結(jié)

1. 通過加固處理，橋梁通行情況得到了良好改善，交通事故率大大降低，證明了采用增加橫隔板及將橋面剛性面層改為柔性面層的方案是可行的且適宜的。在該橋所處的高等級公路上還有同類橋梁十多座，同樣有類似的橋面病害，本橋的成功加固對今后同樣類型橋梁病害加固起到了積極的示范作用。

2. 通過計算分析，正確判斷了下層橋面板未損壞，合理確定了設(shè)計方案，節(jié)約了投資。

3. T梁新增橫隔板采用預(yù)制安裝工藝，橫隔板與T梁結(jié)合面受T梁施工質(zhì)量影響較大，且吊裝時較為笨重、需要在橋面鉆吊裝孔，對橋面有一定的破壞，故顯得較為不合理。由于施工時證明14cm厚橋面板未破壞，故今后的工程中可以考慮適當(dāng)減小橫隔板的剛度（如僅保留橫隔板下橫梁），采用現(xiàn)澆混凝土方案，可進(jìn)一步降低施工難度、減小對橋面板的破壞且能夠滿足使用要求。

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