田中華

(長(zhǎng)沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司)

1 工程概況

M 大橋是一座位于湖南某縣的預(yù)應(yīng)力混凝土術(shù)式組合拱橋，主跨度為150 m，橋梁孔跨參數(shù)為515 m +150 m +415 m。主拱計(jì)算矢跨比為1/8，橋面的凈寬度為13 m，其中行車道寬度9.0 m，人行道寬度2 ×1.5 m，汽車以及掛車設(shè)計(jì)荷載等級(jí)分別為－20 級(jí)與－100 級(jí)，人群設(shè)計(jì)荷載為3.5 kN/m2。

2 橋梁病害分析

2.1 拱座上立柱、拱座主要病害

M 橋岸當(dāng)前的拱座與拱座上立柱部位都出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的裂縫現(xiàn)象，立柱前后緣都存在數(shù)十條裂縫，裂縫多為豎向，且寬度均在0.2 mm 以上，更有些在0.5 mm 以上，其中最為嚴(yán)重達(dá)到了2.5 mm;拱座的后緣也存在大量的網(wǎng)狀裂縫，其中一些寬度達(dá)到了1.0 mm 以上，前緣則存在較大的橫向以及豎向的裂縫，裂縫寬度均在0.2 mm 以上，其中最為嚴(yán)重的達(dá)到了0.6 mm;拱座上、下游兩側(cè)面也存在大量裂縫，為網(wǎng)狀以及斜向裂縫，問題最為嚴(yán)重的裂縫其寬度為1.57 mm。在岸拱座立柱以及拱座部位也有裂縫現(xiàn)象，但并未達(dá)到以上提及的部位的嚴(yán)重程度。

2.2 下弦主要病害

M 橋岸拱腳部位下緣存在縱向開裂現(xiàn)象，而在雙豎桿處的下弦下緣也存在一些縱向以及橫向的開裂現(xiàn)象，這個(gè)部位存在諸多問題:斜桿預(yù)應(yīng)力筋錨具封錨不徹底、錯(cuò)具外露、水浸出、面混凝土網(wǎng)裂;箱間部分接縫質(zhì)量較低，并且有鋼筋繡蝕、空洞等問題;同時(shí)，在這個(gè)部位還存在大量的病害情況:鋼筋裸露、混凝土嚴(yán)實(shí)不足等等。M 橋拱背表面平整度不高，水燭問題較為明顯，使用混凝土大量劣化，還存在多處縱向開裂情況;在一側(cè)的拱背中箱以及邊箱的高程差距比較大，最大的甚至達(dá)到了13 cm。

2.3 實(shí)腹段主要病害

實(shí)腹段無論在上游還是下游部位，都存在斜向開裂以及縱向開裂的現(xiàn)象，局部的受理主鋼筋還出現(xiàn)了裸露、銹蝕的現(xiàn)象。特別是在空、實(shí)腹交接處，開裂現(xiàn)象最為嚴(yán)重;拱頂附近兩側(cè)附近也存在較多的橫、縱向裂縫，并且部分還存在滲水現(xiàn)象;底板中箱與邊箱接縫處有著明顯的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，一些接縫存在諸多問題:掩密實(shí)狀況不佳、異物填充、滲水現(xiàn)象;而在拱頂一側(cè)，中箱底板有著嚴(yán)重的“鼓肚”問題出現(xiàn)。

2.4 上弦主要病害

在上弦中箱頂板下緣出現(xiàn)了較多的縱向貫通的開裂情況，并且大部分的寬度在0.2 mm 以上，一些則達(dá)到了0.5 mm 以上，最寬的有0.6 mm，伸縮縫處的頂板損情況較為明顯，出現(xiàn)滲水、箱內(nèi)積水的現(xiàn)象。在中箱底板處有較多的縱向開裂現(xiàn)象，析片存在數(shù)條斜向裂縫以及橫向裂縫。

2.5 拱上豎桿、斜桿、橫系梁主要病害

(1)混凝土局部破損、露筋。

M 橋在拱上豎桿、斜桿的鋼筋部分出現(xiàn)了露筋現(xiàn)象，并且在裸露部位有明顯的銹燭情況;還有一些鋼筋在裸露部位銹漲，混凝土表面損壞、脫落。

(2)豎向、橫向、環(huán)向、斜向裂縫。

雙豎桿，短豎桿以及部分斜桿存在半環(huán)向開裂、環(huán)向開裂、橫環(huán)向開裂、橫向開裂現(xiàn)象，在橫系梁處有較多的環(huán)向開裂，尤其是在系梁端部和斜桿連接處，這種現(xiàn)象最為嚴(yán)重，部分還出現(xiàn)了斷裂。

(3)豎桿、斜桿接頭病害。

在豎桿、斜桿接頭部位的混凝土密實(shí)程度不足，甚至出現(xiàn)空洞現(xiàn)象;接頭鋼板外露，銹蝕。

2.6 橋面主要病害

M 橋橋面的縱向縫隙情況非常明顯，同時(shí)還存在橫向裂縫以及局部破損的情況。縱向開裂為貫通縫，長(zhǎng)度達(dá)到了幾十m，大部分寬到1～5 mm，最寬的達(dá)到了10 mm 以上;在橋面裂縫中，引跨部分情況比較嚴(yán)重，后緣的裂縫情況最為明顯。

3 M 大橋加固方案設(shè)計(jì)

結(jié)合M 桁式組合拱橋的施工以及本身結(jié)構(gòu)的特征，分析M 大橋病害特征和病害成因，推薦可采取的加固分案，基于可靠性原則，推薦出最終加固方案，如表1。

表1 M 大橋加固方案設(shè)計(jì)

4 加固結(jié)果前后對(duì)比分析

M 大橋?yàn)橹骺?50 m 的桁式組合拱橋，為多次超靜定結(jié)構(gòu)，橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜;由于橋梁現(xiàn)狀等級(jí)為四類橋梁，病害較為嚴(yán)重，在經(jīng)過多次加固方法綜合分析論證后，針對(duì)不同部位病害產(chǎn)生原因和其受力特點(diǎn)采用針對(duì)性的加固方法，目前主要用來加固的方法為增大截面、粘貼鋼板、外加預(yù)應(yīng)力、置換混凝土、輔助構(gòu)件、粘貼纖維復(fù)合材等。在加固前后兩次荷載檢測(cè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析比較加固前后的橋梁結(jié)構(gòu)情況。

(1)橋梁外觀。

M 大橋加固前，橋梁構(gòu)件開裂嚴(yán)重，部分裂縫寬度達(dá)到了0.2 mm 以上，在采用對(duì)裂縫灌漿封閉并輔以增大截面加固或粘貼鋼板等方法加固后，新增加固材料對(duì)原有混凝土起到了封閉甚至套箍作用，能夠有效防止開裂情況。通過加固后檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)新增裂縫，說明加固裂縫處理方法合理可行。橋梁設(shè)計(jì)縱坡為雙向0.50，加固后檢測(cè)橋梁的橋面縱坡(雙向)處于0.50%～0.56%之間，說明橋梁的加固方法保證了橋梁的既有線形。

(2)試驗(yàn)荷載。

①加固前在試驗(yàn)荷載作用下，橋梁的殘余變形較大，說明橋梁的整體協(xié)調(diào)受力性能較差;加固后在試驗(yàn)荷載作用下，卸載后整體上撓值回復(fù)正常，實(shí)測(cè)橋跨撓曲變形規(guī)律與理論計(jì)算值基本一致，說明橋梁的加固新增材料或構(gòu)件能協(xié)同受力，保證結(jié)構(gòu)的協(xié)同變形，加固方法切實(shí)可行。

②加固前在試驗(yàn)荷載作用下，大橋的實(shí)際承載力不能滿足試驗(yàn)評(píng)定荷載(汽車－15，掛車－80，人群－3.5 kN/m2)等級(jí)正常使用的要求;加固后在試驗(yàn)荷載作用下，大橋的實(shí)際承載力能滿足加固設(shè)計(jì)荷載等級(jí)(即試驗(yàn)評(píng)定荷載汽車－20，掛車－100，人群－3.5 kN/m2)等級(jí)正常使用的要求。

(3)評(píng)估結(jié)論。

①從橋梁加固前后外觀檢測(cè)來看，橋梁加固裂縫處理方法切實(shí)可行;采用增大截面法或外加預(yù)應(yīng)力加固的構(gòu)件并未因結(jié)構(gòu)重量增大或預(yù)應(yīng)力張拉引起橋梁的線型變化，說明通過增大截面加固法，將改變截面以及預(yù)應(yīng)力張拉的幅度進(jìn)行控制合理。

②從加固前后橋梁荷載左右下變形回復(fù)的程度來看，說明加固后橋梁的整體性能加強(qiáng)，橋梁協(xié)同變形能力得到提高，新增材料能較好的參與受力，新增材料與原混凝土接合面處理切實(shí)可行。

③從加固前后試驗(yàn)評(píng)定荷載橋梁的承載能力來看，橋梁加固使原來不能滿足較小荷載等級(jí)的狀況提升到能滿足加固設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的狀況，說明該種方法效果良好，具有可行性。

［1］陳天本.桁式組合拱橋［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］王勖成.有限單元法［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

［3］賈寧，丁作常，杜鑌，等.桁式組合拱橋加固設(shè)計(jì)介紹［J］.公路交通科技(技術(shù)版)，2010，6(10):39－43.