曾定紅

(1.長沙理工大學交通運輸學院;2.新疆生產(chǎn)建設兵團公路基本建設工程質量安全監(jiān)督站)

南疆線K1291+666.5處伽師總場公鐵立交跨線簡支梁預應力混凝土空心板橋，橋位跟兵團第三師伽師總場約17 km，該橋上跨南疆鐵路庫爾勒-喀什段K1291+666.5處，橋梁全長54.64 m，橋寬組合為凈11 m(行車道)+2×0.5 m(防撞護欄)。每孔橫向布置9塊板，全橋共27塊板，橋面鋪裝為8 cm瀝青混凝土+10 cm C40鋼筋混凝土，橋面設雙向2.0%的橫坡。在兩橋臺處各設置了一道GQF-C60型伸縮縫。下部結構為三柱式橋梁、肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基礎，板下設置四氟滑板支座36個，普通橡膠支座72個。橋下凈高7.5 m，橋梁設計荷載為公路II級，抗震設防為VII度。該橋于2010年9月建成通車，2011年8月11日18點06分，喀什地區(qū)伽師縣發(fā)生里氏5.8級地震，震中跟本橋距僅13 km，震后該橋出現(xiàn)橋梁墩臺抗震擋塊破碎、橋梁整體以跨中為中心發(fā)生逆時針方向水平轉動致使伸縮縫處錯位約5 cm等病害。為明確掌握此橋可能存在的安全隱患以及當前的實際技術狀況，確保公路、鐵路交通運輸安全，因此，必須對此橋結構能力進行評估。

1 橋梁技術狀況檢測

1.1 橋梁一般檢查、分析

全橋技術狀況等級評定，采用考慮各部件權重的綜合評定方法，具體評定方法參見《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》，本橋各部件權重及其相應得分和總體質量狀況評定見表1。綜合評定采用下列算式:

Dr=1-RiWi/5

式中:Ri為表中的最終評定標度，Wi為各部件權重，Dr為全橋結構技術狀況評分。

經(jīng)計算該橋結構技術狀況評分Dr=51.8，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》(JTG H11-2004)第3.5.2條，本橋綜合評定為三類橋，處于較差狀態(tài)。

表1 各部件權重及其相應得分和總體質量狀況評分Dr

續(xù)表1

1.2 橋梁詳細、特殊檢查、分析

(1)橋梁整體平面轉動。根據(jù)施工圖設計資料，并實測橋面幾何尺寸進行對比分析，以掌握在地震災害作用下橋梁外部整體的變化，為后期病害分析和評定提供依據(jù)。經(jīng)實測，橋梁整體以跨中為中心發(fā)生逆時針方向水平轉動致使伸縮縫處錯位約5 cm，計算實際轉角約為0°7'34″。據(jù)測算，若實際轉角超過3°19'07″，則可能直接導致落梁的重大事故。橋梁起始落梁、實測狀態(tài)平面圖如圖1。

圖1 橋梁起始落梁、實測狀態(tài)平面圖

(2)表層混凝土強度和碳化檢測。應用超聲回彈綜合法分別檢定橋臺蓋梁、空心板、橋墩系梁和橋墩墩身立柱混凝土強度。預應力空心板采用C40混凝土，下部結構采用C35混凝土，利用全國通用測強曲線推求的各測區(qū)混凝土的推定強度如表2。實測數(shù)據(jù)混凝土強度推定值均大于設計值，該橋主要受力構件混凝土強度等級能夠達到設計要求。經(jīng)檢測，該橋主要構件碳化深度標度值均為1，對保護層保護鋼筋效能無影響或輕微影響。

(3)裂縫測定。采用裂縫測寬儀和測深儀測定裂縫寬度、深度。除橋梁墩臺抗震擋塊已嚴重開裂、破損失效外，其余各處裂縫寬度基本小于規(guī)范允許值，但裂縫數(shù)量較多，嚴重影響結構耐久性。主要構件最大裂縫數(shù)據(jù)見表3。

表2 各測區(qū)混凝土的推定強度

表3 主要構件最大裂縫數(shù)據(jù)

(4)混凝土保護層厚度及鋼筋偏位、鋼筋銹蝕檢測。采用電磁檢測方法對混凝土結構內部的鋼筋直徑、間距及保護層狀況進行無損檢測，經(jīng)測試，主要承重構件鋼筋的混凝土保護層基本滿足原設計的構造要求，鋼筋直徑及數(shù)量與設計相符，鋼筋偏位較小。采用半電池電位法對鋼筋的可能銹蝕狀況進行評定，主要承重混凝土構件鋼筋的測試電位差值除1號板端部測區(qū)電位水平均值為-217 mv，發(fā)生銹蝕的概率小于10%，可能有輕微銹蝕外，其余被檢測位置電位水平平均位于-200～0 mv之間，所測構件鋼筋無銹蝕。

2 橋梁靜載、動載試驗

2.1 靜載試驗

對橋梁空間計算模型在不同工況下加載，得出橋梁在等效設計荷載下的應力分布情況，通過和實測值進行比較分析，判斷橋梁在日常運營狀態(tài)下的承載能力是否滿足設計要求。

(1)測試內容。①跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應的偏心加載試驗;②跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應以及最大豎向撓度的對稱加載試驗。靜應變測試斷面布置如圖2，截面應變測點布置如圖3。

圖2 靜應變測試斷面布置示意圖

圖3 截面應變測點布置

(2)靜載試驗主要結果。測點在兩個工況下應變效驗系數(shù)均滿足規(guī)范要求，且應變值、撓度明顯小于理論計算值;在各工況下橋梁殘余變形均滿足相關規(guī)范要求，由此表明此橋結構總體上彈性性能較好，塑性變形較小。

2.2 動載試驗

動力荷載試驗的主要目的是測試橋跨結構的動力特性指標，以檢驗這些指標能否滿足設計或規(guī)范規(guī)定，并對橋跨結構健康建立初始動力特性基準參數(shù)。

(1)測試內容。進行脈動試驗、無障礙行車和跳車試驗三項內容。

(2)動載試驗主要結果。①橋梁動態(tài)試驗測得該橋一階段頻率為10.70 Hz，大于計算值5.711 Hz，所以，橋梁的總體剛度較大，如表4;②沖擊系數(shù)的大小主要受車輛荷載、行駛速度及路面狀況的影響，該橋在試驗車輛荷載作用下的最大實測沖擊系數(shù)為1.271 5(發(fā)生在車速50 km/h時)，小于根據(jù)規(guī)范計算得到的沖擊系數(shù)μ=1+(0.176 7lnf-0.015 7)=1.391 1;③實測結構阻尼比在1.78% ～8.78%之間(如表5)，在一般橋梁阻尼比1% ～10%的合理范圍;④動載試驗所測基頻大于理論值，結構動剛度較大。

表4 理論模態(tài)頻率及實測頻率

表5 跳車時橋梁振動動力反應

3 橋梁承載能力檢算和抗震能力分析

3.1 承載能力檢算

進行橋梁承載能力檢算分析，正確評定橋梁在現(xiàn)行荷載等級公路-II級作用下的承載能力，為確定現(xiàn)有橋梁的使用條件和應采用的技術措施提供可靠根據(jù)。

(1)檢算要點。①根據(jù)橋梁的實際情況，進行結構主要控制截面、結構薄弱部位的檢算;②以實際調查的結構各部尺寸及材料強度為依據(jù)，有嚴重質量問題的構件，應根據(jù)檢查資料進行強度折減;橋面鋪裝混凝土不考慮其參與共同受力，同時整體升溫降溫30℃以及橋面由于日照而產(chǎn)生的溫度梯度升溫及降溫。

(2)計算模型及橋面布置。

(3)結構檢算結果。①進行承載能力極限狀態(tài)計算，該橋上部結構各個控制截面的正截面抗彎承載能力以及斜截面抗剪承載能力滿足公路-II級荷載的要求;②進行正常使用極限狀態(tài)計算，該橋上部結構各個控制截面的正截面抗裂性以及斜截面抗裂性滿足公路-II級荷載的要求;③在使用階段的撓度計算中，在消除自重產(chǎn)生的長期撓度后主梁的最大撓度不超過計算跨徑的L/600，滿足規(guī)范要求;④在持久狀態(tài)應力驗算中，主梁各個截面的混凝土法向壓應力、受拉區(qū)鋼筋的拉應力以及斜截面的主壓應力均滿足規(guī)范要求。

3.2 抗震能力分析

該橋橋位處地震動峰加速度為0.20，地震基本烈度為VIII度。地基土為細砂，基本承載力標準值170 kPa，故其場地類型為III級。

(1)計算內容。①橋梁動力特性:自振頻率和振型;②采用反應譜法對該橋在E1地震作用下的反應進行計算。

(2)計算結果。①該橋梁基頻為2.34Hz，第一階模態(tài)為縱向漂移;②該橋為斜交橋，受力較為復雜，橋梁在考慮永久荷載和地震荷載作用下的反應結果為:a位移:空心板的最大位移為8 mm，發(fā)生在第二跨跨中處邊板。橋墩最大位移1 mm，發(fā)生在第二跨右端對應的中間位置的橋墩頂部。b內力:空心板的最大軸力為-810.9 kN，發(fā)生在第一跨邊板處。最大彎矩為408.4 kN·m，發(fā)生在第三跨邊板處。最大剪力為329.4 kN，發(fā)生在第三跨靠近橋臺處的端部。最大扭矩為-117.9 kN·m，發(fā)生在第三跨跨中的中板。橋墩最大軸力為236.5 kN，發(fā)生在第二跨右側支點對應的處于中間位置的橋墩。最大彎矩為-346.2kN·m，發(fā)生在第二跨右側支點對應的中間橋墩頂部。c應力:空心板的最大拉應力為5.47 MPa，發(fā)生在第二跨右側靠近空心板銳角端側的橋墩。由此可見，在地震作用下橋梁的最大應力分布超過了混凝土C40(空心板)和C35(橋墩)的抗拉強度標準值。因此，在地震作用下，在部分應力集中區(qū)域(如各跨間的交界處)可能會出現(xiàn)結構混凝土開裂現(xiàn)象。

4 鑒定結論和建議

4.1 鑒定結論

(1)經(jīng)檢查評定，該橋總體技術狀況得分期分51.8分，為三類橋，處于較差狀態(tài)。存在以下主要問題:橋梁墩臺抗震擋塊混凝土破碎、損壞失效，墩臺蓋梁、橋墩立柱、橋墩系梁存在較多細微裂縫;多數(shù)抗震錨栓缺失;多數(shù)板式橡膠支座發(fā)生難以恢復的橫向剪切變形，滑板支座上、下鋼板銹蝕，不銹鋼板偏位;伸縮縫間隙發(fā)生變化，橡膠條受到不均勻拉伸;橋墩蓋梁寬度小于抗震規(guī)范要求;地震動峰值加速度及抗震烈度選用標準偏低;三柱式橋墩自重輕，橫向剛度不足，在橫向荷載作用下振幅較大;斜橋縱軸線與橋墩支撐中線不垂直，易形成扭轉。

(2)根據(jù)橋梁荷載試驗、結構檢算及抗震分析成果，確認該橋承載能力基本滿足設計要求，但抗震能力不足，在較強地震作用下，存在一定安全隱患，需及時加強補強。

(3)該橋的通行能力與路線整體基本適應。

4.2 有關建議

(1)增設橋墩承臺，將原橋三柱式橋墩整體現(xiàn)澆為實體式橋墩。

(2)按照規(guī)范要求，加寬橋梁蓋梁，并加強重建墩臺抗震擋塊。

(3)采用頂升法更換受損支座(可考慮選用抗震支座)。(4)補充設置上部結構橫向限位器。

5 結語

2011年10月，有關單位完成了外業(yè)試驗檢測，2012年，整治方案經(jīng)專家評審后，業(yè)主委托原設計單位進行下部結構加固方案和蓋梁及橋墩裂縫整治設計，并按照蓋梁及橋梁裂縫整治方案，2013年8月完成了加固補強處理，對橋臺、蓋梁、系梁及墩柱均用環(huán)氧樹脂砂漿修補，設置了橫向限位器等。整治、加固效果較好。

［1］ 公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2004)［S］.

［2］ 公路工程技術標準(JTG B01-2000)［S］.

［3］ 公路橋涵涵養(yǎng)護規(guī)范(JTG H11-2004)［S］.