劉 裕 娥

(汕頭市公路勘察設(shè)計院，廣東 汕頭 515041)

談濠江大橋舊橋搶險加固設(shè)計

劉 裕 娥

(汕頭市公路勘察設(shè)計院，廣東 汕頭 515041)

以濠江大橋舊橋搶險加固為例，探討了搶險加固設(shè)計方案，根據(jù)濠江大橋橋梁上部結(jié)構(gòu)、墩臺與基礎(chǔ)水下檢測報告、現(xiàn)場調(diào)查、原結(jié)構(gòu)復(fù)算、病害原因分析，提出了舊橋的搶險加固設(shè)計方案，以期使舊橋承載能力達(dá)到原設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)和確保交通運(yùn)輸安全的目的。

橋梁病害，原結(jié)構(gòu)復(fù)算，搶險加固方案，效果

0 引言

處于海洋環(huán)境的橋梁，由于受海風(fēng)夾帶氯離子的侵蝕以及20世紀(jì) 90年代初設(shè)計的海洋環(huán)境橋梁未對構(gòu)件進(jìn)行耐久性設(shè)計，造成使用數(shù)年后即出現(xiàn)混凝土剝落，鋼筋外露銹蝕、裂縫等嚴(yán)重病害。90年代初設(shè)計的混凝土保護(hù)層偏薄，加上車輛超載嚴(yán)重，對橋梁造成嚴(yán)重?fù)p傷。對舊橋的加固，提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性，是目前和今后面臨的艱巨任務(wù)。

1 橋梁概況

濠江大橋位于汕頭市濠江區(qū)中部，橫跨濠江，連接濠城與馬滘，是濠江區(qū)內(nèi)的一座重要橋梁。濠江大橋全長606 m，1994年春竣工通車。

橋梁上部結(jié)構(gòu)由16×16 m(普通鋼筋混凝土簡支T梁)+3×30 m(預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁)+16×16 m(普通鋼筋混凝土簡支T梁)組成，共35跨。橋面全寬13 m，雙向兩車道，橫向布置為0.5 m(防撞護(hù)欄)+12 m(行車道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)。

橋梁下部結(jié)構(gòu)16 m跨采用雙柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁柱徑均為120，樁頂設(shè)系梁。30 m跨設(shè)雙柱墩，柱徑為150，四根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)配承臺，樁徑為120。所有樁均為摩擦樁，樁長為34 m～41 m。

設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽車—20級、掛車—100。

大橋經(jīng)檢測，被評定為四類橋。因該橋存在較大的安全隱患，該橋已啟用臨時交通管制。

2 主要病害及病害原因分析

上部構(gòu)造：T梁部分。

檢測中發(fā)現(xiàn)，T梁出現(xiàn)不同程度的斜向、豎向、U形、L形、橫向等裂縫，裂縫寬度δ=0.04 mm～0.26 mm。局部位置混凝土保護(hù)層厚度不足以及受海風(fēng)夾帶氯離子的侵蝕，鋼筋發(fā)生銹蝕膨脹，混凝土剝落，鋼筋外露銹蝕等。根據(jù)檢測報告，16 m鋼筋混凝土T梁腹板鋼筋保護(hù)層合格率僅為43%，30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁腹板鋼筋保護(hù)層合格率為50%。檢測結(jié)論為鋼筋易失去堿性保護(hù)，發(fā)生銹蝕。

引起上述病害的原因?yàn)椋?/p>

1)由于超載車輛較多，橋梁處于長期的超負(fù)荷運(yùn)營；

2)溫度和濕度的變化和混凝土收縮引起的；

3)施工過程混凝土振搗不密實(shí)，混凝土保護(hù)層不夠等；

4)本橋處于海水環(huán)境中，加速了混凝土的老化和鋼筋銹蝕；

5)混凝土碳化作用使得混凝土對鋼筋的保護(hù)作用逐漸減弱，當(dāng)出現(xiàn)露筋后，空氣中腐蝕性氣體使梁內(nèi)鋼筋銹蝕。

下部構(gòu)造：立柱部分。

立柱部分混凝土已剝落，松散，用手輕觸即可剝離。立柱存在嚴(yán)重豎向裂縫、開裂，且部分裂縫貫穿整根立柱。在樁頭位置出現(xiàn)破損、銹脹露筋，混凝土離析露粗骨料。根據(jù)檢測報告，立柱混凝土強(qiáng)度12.9 MPa～20.9 MPa，遠(yuǎn)低于設(shè)計強(qiáng)度25號，如圖1所示。

引起上述病害的原因：

該橋處于海水環(huán)境中，混凝土保護(hù)層不夠，混凝土受海風(fēng)夾帶氯離子侵蝕，氯離子作用使得鋼筋銹蝕，開始銹蝕后，鋼筋與混凝土之間形成一層鐵銹層，隨著銹蝕物聚集，膨脹導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂。形成的銹蝕層隨著銹蝕物的聚集，膨脹導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂。形成的銹蝕層體積比被腐蝕掉的金屬體積大3倍～4倍。使混凝土保護(hù)層出現(xiàn)沿鋼筋方向的縱向裂縫，鋼筋銹蝕速度加快，變形也會加大，就出現(xiàn)保護(hù)層鼓起及脫落現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。混凝土中的鋼筋連續(xù)銹蝕后，鋼筋的有效截面面積減少，鋼筋與混凝土粘結(jié)性退化。

3 上部結(jié)構(gòu)原結(jié)構(gòu)復(fù)算

根據(jù)檢測報告，16 m T梁梁體出現(xiàn)了裂縫，30 m預(yù)應(yīng)力T梁未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，因此，僅對16 m T梁進(jìn)行原結(jié)構(gòu)復(fù)算。

原結(jié)構(gòu)復(fù)算依照原設(shè)計采用的荷載等級(汽—20，掛—100)和原JTG 023—85公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(后簡稱《規(guī)范》)要求進(jìn)行，采用橋梁博士V3.0建立平面桿系模型，計算模型見圖2。

1)承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算。

橫向分布系數(shù)見表1，混凝土與普通鋼筋材料指標(biāo)如表2，表3所示，荷載組合見表4。

從表5驗(yàn)算結(jié)果可以看出，在原設(shè)計荷載最不利組合作用下，承載能力滿足《規(guī)范》(JTJ 023—85)要求。

表1 橫向分布系數(shù)

表2 混凝土材料指標(biāo)

表3 普通鋼筋材料指標(biāo)

表4 荷載組合表

表5 16 m T梁跨中正截面抗彎強(qiáng)度

2)正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算見表6。

表6 跨中截面裂縫寬度驗(yàn)算 mm

根據(jù)計算，在正常使用狀態(tài)下，T梁跨中截面下緣裂縫寬度均小于規(guī)范極限值，滿足《規(guī)范》(JTJ 023—85)要求。

3)上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)論。根據(jù)原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果，在原設(shè)計荷載最不利組合作用下，承載能力滿足《規(guī)范》(JTJ 023—85)要求。在正常使用狀態(tài)下，T梁跨中截面下緣裂縫寬度均小于規(guī)范極限值，滿足《規(guī)范》(JTJ 023—85)要求。故只需對裂縫進(jìn)行修復(fù)即可。

4 搶險加固方案

1)T梁部分。

T梁裂縫的修復(fù)：對于裂縫寬度δ<0.15 mm的裂縫可采用表面封閉處理，對于裂縫寬度δ≥0.15 mm的裂縫采用“壁可法”壓注修復(fù)。

T梁裂縫的修復(fù)工藝：

a.裂縫的表面封閉處理。用鋼絲刷清除縫口表面涂料、浮渣，然后用壓縮空氣吹盡縫口浮塵，壓涂裂縫密封膠進(jìn)行裂縫封閉，固化后磨平。

b.“壁可法”壓注膠修復(fù)裂縫主要工藝流程：裂縫的檢查和標(biāo)定→裂縫表面混凝土的處理→固定注射器基座→裂縫處的表面封閉→注入灌注膠→灌注膠的固化→混凝土表面磨修。

2)立柱部分。

在橋墩立柱外側(cè)外包15 cm厚的鋼筋混凝土，具體方案如下：對松散、破損、縱向開裂的裂縫周邊混凝土進(jìn)行鑿除，直到露出堅硬密實(shí)的基面，部分表面完好的四周鑿毛，鑿毛深度6 mm，用壓縮空氣或高壓水沖洗將表面粉塵徹底清除；對于銹蝕面積達(dá)到鋼筋面積20%以上的主筋，必須將其切斷，在側(cè)面焊接相同直徑的接長鋼筋，外露銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹；在立柱、蓋梁、承臺及系梁位置植筋；制作鋼筋骨架；立模之前涂刷界面處理劑；澆筑C35混凝土(外加添加劑)，在柱頂模板50 cm位置預(yù)留混凝土輸送管和振搗空間，澆筑C35微膨脹混凝土；外包混凝土澆筑完成后，灑水養(yǎng)生；再進(jìn)行防腐涂裝。橋墩立柱處理一般構(gòu)造圖如圖3所示。

3)大橋表觀防腐涂裝。

對橋梁下部結(jié)構(gòu)以及T梁部分進(jìn)行防腐涂裝，以提高橋梁的耐久性?；炷帘碛^涂裝系統(tǒng)由底層、中間層和面層等配套涂料涂膜組成。底層涂料(封閉漆)應(yīng)具有低粘度和高滲透能力，能滲透到混凝土內(nèi)起封閉孔隙和提高后續(xù)涂層附著力的作用；中間層涂料應(yīng)具有較好的防腐蝕能力，能抵抗外界有害介質(zhì)的入侵；面層涂料應(yīng)具有抗老化性，對中間層和底層起保護(hù)作用?？紤]到大橋設(shè)計使用壽命長為50年～100年，防腐涂裝投入大，耗時長，要求防腐涂裝使用壽命在15年～20年以上。

a.涂料涂刷要求及施工方法。封閉底漆：底漆采用環(huán)氧封閉漆，采用輥涂、刷涂或噴涂方式涂裝，涂裝1道～2道，直至底材完全封閉，厚度為20 μm。滲透型底漆找平膩?zhàn)樱赫移侥佔(zhàn)硬捎铆h(huán)氧膩?zhàn)庸纹?，混凝土表面難免會因?yàn)闅馀莸仍蛄粲行〉目锥春腿毕荨２捎霉瓮糠绞綕M刮1道，要求表面平整順滑。中間層：中涂采用環(huán)氧中涂漆，采用輥涂，刷涂或無空氣噴涂方式，涂裝2道，干膜厚度為80 μm。面漆：面漆采用脂肪族聚氨酯面漆，采用輥涂、刷涂或噴涂方法涂裝2道，干膜厚度為70 μm。

b.在涂刷之前需對表面進(jìn)行處理。搭設(shè)腳手架，安裝吊船，經(jīng)安全檢查后用電動角磨機(jī)打磨混凝土表面，除去表面疏松層。鑿除脹縫或松動的混凝土，用高壓水槍噴射沖洗墩柱混凝土表面，沖洗后自然干燥。質(zhì)量要求為：沖洗后混凝土表面應(yīng)潔凈、牢固密實(shí)無松動，局部混凝土凸面磨平。

5 結(jié)語

裂縫的修復(fù)，有利于延緩?fù)饨绲母g介質(zhì)對混凝土、鋼筋的侵蝕作用，提高結(jié)構(gòu)的耐久性；對立柱進(jìn)行外包混凝土，在地基承載能力富余的情況下，增大立柱的面積，有利于提高立柱的承載能力，從而提高橋梁的承載能力；大橋表觀的防腐涂裝，有利于提高橋梁的耐久性。本橋通過以上方法搶險加固后，汽車荷載等級提到原汽—20，掛—100的荷載標(biāo)準(zhǔn)。通車運(yùn)營半年后，對T梁進(jìn)行檢測，裂縫未見發(fā)展以及新的裂縫產(chǎn)生；立柱未發(fā)現(xiàn)混凝土剝落，鋼筋銹蝕外露、裂縫等橋梁病害，達(dá)到預(yù)期的效果。

[1] JTG/T J22—2008，公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG/T J23—2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JTG/T B07—01—2006，公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 廣東省公路管理局.廣東省公路橋梁維修加固技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版，2011.

On rescuing and consolidation design for old bridges at Haojiang Bridge

Liu Yu’e

(ShantouRoadSurveyandDesignInstitute,Shantou515041,China)

Taking the rescuing and consolidation at old bridge of Haojiang Bridge as the example, the paper explores the design schemes for rescue and consolidation, and points out the rescue and consolidation design scheme according to the upper structure, pier and foundation underwater test reports, site investigation, double calculation of former structures, and analyzes of reasons for diseases of the Bridge, so as to ensure the former bridge’s loading capacity to meet the demands of formal design loading standards and guarantee the transportation safety.

bridge disease, double calculation of former structure, rescue and consolidation scheme, effect

2015-01-16

劉裕娥(1982- )，女，工程師

1009-6825(2015)09-0186-03

U445.72

A