查帥坤 章亮亮

桁架拱橋具有結(jié)構(gòu)剛度大、質(zhì)量輕、節(jié)省材料、外形美觀等特點(diǎn)，是一種受力合理及較為經(jīng)濟(jì)的橋型。但隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，交通運(yùn)輸量大幅度增長(zhǎng)，行車密度及車輛載重日益增多，昔日建造的相當(dāng)一部分桁架拱橋已經(jīng)不能滿足使用上的要求了。橋梁的陳舊、老化、承載力不足這一全球性的問題引起了世界各國的高度關(guān)注，并提高到了刻不容緩的議事日程上。為此國內(nèi)外都在橋梁加固改造方面做了大量的研究和實(shí)踐，積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。橋梁的加固方法可以簡(jiǎn)單歸納為:增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法和改變結(jié)構(gòu)體系加固法等。每種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍，本文介紹了前進(jìn)大橋原有結(jié)構(gòu)病害成因、加固前大橋現(xiàn)狀評(píng)定結(jié)論，并以此為依據(jù)綜合采用增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和整體式橋面板拓寬技術(shù)對(duì)大橋的拓寬提載技術(shù)進(jìn)行研究。

1 前進(jìn)大橋概況

前進(jìn)大橋位于江西省上饒市信州區(qū)境內(nèi)，橫跨豐溪河，連接水南街和三江片區(qū)，是上饒市中心城區(qū)一座重要的交通樞紐橋梁(見圖1)。前進(jìn)大橋于1984年5月建成通車，全長(zhǎng)267.852 m，上部結(jié)構(gòu)為6孔等截面懸鏈線桁架拱橋;下部構(gòu)造為擴(kuò)大基礎(chǔ)配重力式橋墩及U形橋臺(tái)。原設(shè)計(jì)主拱圈凈跨徑為40m，凈矢跨比為f0/L0=1/8，橋面凈寬:凈—7+2×1.5 m人行道。原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為:汽車—20級(jí)，掛車—100，人群—3.5 kN/m2。

2 橋梁病害及成因分析

2.1 橋面系病害及成因分析

前進(jìn)大橋的橋面系由橋面鋪裝、人行道及小空心板組成。

1 )各跨橋面中心線處均存在一條縱向裂縫，裂縫由拱腳處往跨中發(fā)展，延伸至距拱腳10 m左右的位置;橋面存在多條橫向通長(zhǎng)裂縫;2)人行道板表面砂漿沿著人行道板接縫處縱、橫向開裂;人行道部分欄桿柱及扶手混凝土脫落、露筋銹蝕。

橋面板由多塊小空心板縱、橫橋向拼裝而成，而原有橋面鋪裝層較薄弱、配筋較少，極易在空心板間鉸縫處產(chǎn)生縱、橫向裂縫。

2.2 桁架拱片病害檢測(cè)及成因分析

大橋桁架拱片的病害主要包括以下幾個(gè)方面:

部分斜腹桿中點(diǎn)存在環(huán)向開裂現(xiàn)象，上弦桿跨中豎向開裂實(shí)腹段存在多條豎向裂縫;剪刀撐十字節(jié)點(diǎn)連接處存在環(huán)向開裂，剪刀撐橫梁中點(diǎn)存在環(huán)向開裂。

前進(jìn)大橋?yàn)樾崩借旒芄皹颍碚撋闲备箺U以承受軸向拉力為主，而實(shí)際上斜拉桿與上、下弦桿間為固結(jié)，將在節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生正、負(fù)彎矩，使斜拉桿承受超過混凝土極限強(qiáng)度的拉應(yīng)力而開裂。

2.3 空心板病害檢測(cè)與成因分析

全橋空心板局部存在縱橫交錯(cuò)的裂縫，造成空心板開裂的主要原因?yàn)榛炷翗?biāo)號(hào)較低，空心板配筋量不高，局部因混凝土抗拉能力不足產(chǎn)生裂縫。

2.4 橋梁墩、臺(tái)病害檢測(cè)及成因分析

橋臺(tái)主要病害為:橋臺(tái)前墻存在兩條水平裂縫;臺(tái)帽豎向開裂，且發(fā)展至橋臺(tái)前墻;側(cè)墻存在兩條水平裂縫;橋臺(tái)側(cè)墻存在一條自上而下，與水平線成45°角的剪切裂縫。

橋臺(tái)混凝土標(biāo)號(hào)較低，且臺(tái)身較高，前墻局部位置因混凝土抗拉能力不足產(chǎn)生水平裂縫，裂縫進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致橋臺(tái)側(cè)墻開裂。

3 大橋現(xiàn)狀評(píng)定

3.1 大橋技術(shù)承載能力評(píng)價(jià)

應(yīng)用MIDAS-CIVIL軟件對(duì)大橋加固前進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算后確定，大橋在考慮了舊橋承載驗(yàn)算相關(guān)系數(shù)后，大橋在現(xiàn)行規(guī)范荷載等級(jí)“公路—Ⅰ級(jí)”及“城市—A級(jí)”的作用下，上弦桿跨中截面、實(shí)腹段跨中截面及L/4截面承載力均不滿足JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。因此需要對(duì)大橋進(jìn)行加固提載處理。

3.2 大橋技術(shù)狀況評(píng)估

依據(jù)前進(jìn)大橋檢測(cè)結(jié)果及CJJ 99-2003城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范，綜合計(jì)算大橋技術(shù)狀況評(píng)定指標(biāo)BCI=51.38，評(píng)估前進(jìn)大橋目前技術(shù)狀況等級(jí)為D級(jí)(不合格狀態(tài))，需進(jìn)行中修。

4 拓寬提載技術(shù)研究

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)檢查的病害及有關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合進(jìn)一步對(duì)前進(jìn)大橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算的結(jié)果，考慮到前進(jìn)大橋通行的非機(jī)動(dòng)車較多，而原橋面并未設(shè)置非機(jī)動(dòng)車道，常會(huì)造成車輛擁堵的現(xiàn)象，因此擬對(duì)橋梁采用以下措施進(jìn)行拓寬提載，具體拓寬提載措施如下。

4.1 桁架拱片及橫向聯(lián)系的拓寬提載

桁架拱片是桁架拱橋的上部主要承重構(gòu)件，前進(jìn)大橋的桁架拱片在各上、下弦桿及節(jié)點(diǎn)位置存在抗力不足的現(xiàn)象，故考慮在相應(yīng)位置加強(qiáng)其抵抗荷載的能力;對(duì)全橋桁架拱片下弦桿、斜腹桿、直腹桿及實(shí)腹段進(jìn)行外包混凝土加固，其中施工困難位置采用粘貼鋼板法加固。具體加固措施如下:

1 )對(duì)全橋各跨桁架拱片第一節(jié)下弦桿兩側(cè)外包10 cm厚C40微膨脹混凝土，上、下緣均外包10 cm～15 cm厚C40微膨脹混凝土;2)對(duì)全橋各跨桁架拱片第二節(jié)～第四節(jié)下弦桿四周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;3)分別對(duì)全橋各跨桁架拱片第一根和第二根斜腹桿、直腹桿四周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土; 4)對(duì)全橋各跨桁架拱片第一節(jié)和第二節(jié)上弦桿三周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;5)對(duì)各跨實(shí)腹段三周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;6)各跨桁架拱片間在第一節(jié)及第四節(jié)下弦桿間增設(shè)鋼筋混凝土剪刀撐;7)在各跨桁架拱片的第一節(jié)～第四節(jié)下弦桿節(jié)點(diǎn)間增設(shè)鋼筋混凝土橫系梁;8)對(duì)各跨原有剪刀撐外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;9)對(duì)各跨第三根斜腹桿上、下側(cè)粘貼6 mm厚鋼板。

4.2 橋面系拓寬提載

前進(jìn)大橋的原橋面凈寬為凈—7+2×1.5 m人行道(見圖2)，本次拓寬提載橋面凈寬擬為9+2×1.5 m人行道。原橋每邊人行道挑梁挑出桁架拱片40 cm，而拓寬的寬度每邊為100 cm，故將原人行道挑梁每邊拓寬100 cm，為加強(qiáng)挑梁的整體性，施工時(shí)將人行道挑梁與橋面鋪裝整體現(xiàn)澆，形成鋼筋混凝土整體式橋面板，然后在其上安裝輕質(zhì)的人行道系構(gòu)件(見圖3)。

具體措施如下:1)鑿除2 cm厚原整體式橋面板后(保留原有橋面鋪裝內(nèi)鋼筋)，澆筑鋼筋混凝土整體式橋面板;2)鑿除原橋臺(tái)上橋面鋪裝層并挖除部分臺(tái)后填土后，澆筑15 cm厚C15貧混凝土墊層，再澆筑28 cm～34.8 cm厚鋼筋混凝土整體式橋臺(tái)面板; 3)在所有墩、臺(tái)位置對(duì)應(yīng)處設(shè)置40型橋面型鋼伸縮縫及人行道鋼板伸縮縫。

4.3 橋臺(tái)加固

對(duì)兩岸橋臺(tái)前、側(cè)墻三周外包20 cm厚的鋼筋混凝土(內(nèi)置雙層鋼筋網(wǎng))。

5 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

本次計(jì)算采用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算程序MIDAS-CIVIL建立空間有限單元模型(梁格法)并進(jìn)行驗(yàn)算分析。取一跨橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成896個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 229個(gè)單元。根據(jù)前進(jìn)大橋結(jié)構(gòu)形式、實(shí)際狀況及受力特點(diǎn)，著重對(duì)上弦桿跨中、實(shí)腹段L/4及跨中截面、下弦桿拱腳、內(nèi)(外)直腹桿、內(nèi)(外)斜腹桿的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算時(shí)考慮橋面鋪裝層共同參與作用。算得加固后的前進(jìn)大橋在“公路—Ⅰ級(jí)”荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均能夠滿足規(guī)范規(guī)定的承載力要求。

6 施工主要事項(xiàng)

1 )在鑿除2 cm厚原有橋面鋪裝、拆除原有人行道系的過程中，不允許使用大型機(jī)械設(shè)備，應(yīng)人工進(jìn)行鑿除或挖除，以免對(duì)大橋產(chǎn)生新的損傷(尤其注意不要傷及桁架拱片)。2)對(duì)桁架拱片及橋臺(tái)前、側(cè)墻，以及橋面進(jìn)行加固均按照鑿毛→清洗→植筋→布置鋼筋網(wǎng)(或鋼筋骨架)→澆筑混凝土的順序施工。3)對(duì)桁架拱片進(jìn)行外包混凝土加固應(yīng)由拱腳向拱頂方向澆筑，且務(wù)必做到全橋、單跨對(duì)稱、均衡施工。4)在澆筑伸縮縫預(yù)留槽之前應(yīng)注意做好相應(yīng)橋面板挑梁的臨時(shí)支撐，確保施工安全。5)瀝青混凝土橋面鋪裝與加固后形成的整體式橋面板間的防水層應(yīng)采用二階反應(yīng)型防水材料。

7 結(jié)語

通過對(duì)前進(jìn)大橋的病害分析，結(jié)合桁架拱橋的受力特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行拓寬提載改造，使得大橋荷載等級(jí)由汽車—20級(jí)，掛車—100，提高至公路—Ⅰ級(jí);橋面凈寬凈—7+2×1.5 m人行道增加至凈—9+2×1.5 m人行道，達(dá)到了預(yù)期的效果。現(xiàn)大橋的拓寬提載已施工完畢，使用效果良好。

［1］ 諶潤(rùn)水.雙曲拱橋加固改造成套技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］ 江西中煤土木工程設(shè)計(jì)研究有限公司.上饒市信州區(qū)前進(jìn)大橋拓寬提載施工圖設(shè)計(jì)［Z］.2010.