譚希

（中交通力建設(shè)股份有限湖南分公司，湖南長沙 410015）

?

多跨簡(jiǎn)支空心板梁橋的無縫改造

譚希

（中交通力建設(shè)股份有限湖南分公司，湖南長沙 410015）

摘要：依托某多跨鋼筋砼簡(jiǎn)支空心板梁橋，基于運(yùn)營階段橋臺(tái)處伸縮裝置、橋面連續(xù)處的病害調(diào)查和技術(shù)評(píng)定，提出無縫維修方案，通過對(duì)簡(jiǎn)支空心板進(jìn)行連續(xù)化改造，同時(shí)將橋臺(tái)位置的伸縮縫取消，延長橋面板并直接連接于后臺(tái)搭板。結(jié)果表明，無縫改造方案不僅能增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，降低正彎矩加固所需成本，同時(shí)無需對(duì)伸縮裝置進(jìn)行維修保養(yǎng)，可大大提升橋梁的使用壽命及性能。

關(guān)鍵詞：橋梁；加固改造；空心板；連續(xù)化；無伸縮縫；簡(jiǎn)支梁

空心板簡(jiǎn)支梁在小跨徑橋梁工程中應(yīng)用十分廣泛，具有建筑高度低、施工簡(jiǎn)單、自重輕、可預(yù)制等優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)際運(yùn)營過程中空心板簡(jiǎn)支梁會(huì)產(chǎn)生主梁承載力欠缺、伸縮裝置損毀、鋼筋腐蝕、橫向鉸縫破壞導(dǎo)致單板受力及砼碳化開裂等病害?？招陌搴?jiǎn)支梁的加固極其繁雜，其中單板受力病害情況尤為顯著。目前針對(duì)空心板簡(jiǎn)支梁病害采取的加固措施有橫向預(yù)應(yīng)力加固、去梁增肋法加固、橋面連續(xù)化加固。該文以某多跨鋼筋砼簡(jiǎn)支空心板梁橋?yàn)檠芯勘尘?，基于運(yùn)營階段橋臺(tái)處伸縮裝置、橋面連續(xù)處的病害調(diào)查和技術(shù)評(píng)定，制訂橋梁無縫改造方案。

1　橋梁概況

1.1橋梁簡(jiǎn)介

某六跨鋼筋砼簡(jiǎn)支空心板梁橋是由新橋與舊橋構(gòu)成的雙幅橋，每跨的標(biāo)準(zhǔn)跨徑為16 m，兩橋臺(tái)處分別設(shè)置一套伸縮裝置。橋梁表面連續(xù)，寬度為26.85 m，其中9.5 m寬行車道是左幅舊橋，原規(guī)定載荷為汽車-20級(jí)、掛車-100。橋梁表面使用水泥砼鋪筑，橋跨構(gòu)造是使用C30砼預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)澆筑的空心板，下部構(gòu)造使用漿砌塊石實(shí)體橋墩與直接基礎(chǔ)。目前，該橋左幅發(fā)生了多種病害，需要對(duì)其進(jìn)行加固改造。

1.2橋梁現(xiàn)狀

對(duì)該橋開展外觀檢測(cè)與動(dòng)力荷載試驗(yàn)，同時(shí)針對(duì)其砼強(qiáng)度開展超聲波回彈檢測(cè)，結(jié)果表明該橋存在以下病害：

（1）橋面系與空心板主梁的鉸縫周圍存在多條豎向裂隙，隙寬最大達(dá)1.2 mm；墩頂橋面上存在多條水平裂隙，隙寬最大達(dá)1 mm。鉸縫還發(fā)生多處砼掉角、脫落及露骨的問題。

（2）橋墩與橋臺(tái)附近的地坪未發(fā)生開裂及地基移動(dòng)或滑動(dòng)等問題，其本身也無開裂、移動(dòng)及沉陷等情況。墩臺(tái)大體無缺損，其主要病害為滲水。

（3）梁底和帽梁的間距緊密，支座損毀；個(gè)別人行道板存在水平通縫與缺少鋪裝的問題；調(diào)平層發(fā)生砼破碎；大部分泄水管失去排水功能，導(dǎo)致橋梁表面大量浸水；伸縮縫裝置未水平連通欄桿與人行道板，導(dǎo)致形變與阻塞。

（4）按JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定，同時(shí)參考外觀檢測(cè)結(jié)果，該橋技術(shù)狀況評(píng)分僅59.2分，屬于第四類橋梁。動(dòng)力荷載試驗(yàn)測(cè)得一階頻率為5.37 Hz，與理論頻率的比值低于1，為0.93，表明該橋健康情況不佳。

2　橋梁改造方案

2.1橋梁加固方案

橋梁表面的鉸縫處存在多條縱縫，表明其水平剛度有所降低，加之在其最小截面處產(chǎn)生較強(qiáng)水平應(yīng)力，因而這些縱縫擴(kuò)展嚴(yán)重。

為了優(yōu)化梁、板的水平分布，提高主梁的水平剛度，將發(fā)生單板受力大橋的鉸縫進(jìn)行加固，增加對(duì)其表面整體化層的設(shè)置與處理，并鑿除原行車道板，以此加強(qiáng)大橋的總體承載能力。此外，對(duì)橋梁表面進(jìn)行連續(xù)化設(shè)計(jì)時(shí)重新設(shè)置防水層，并及時(shí)清理泄水管內(nèi)雜物使其暢通，防止積水流入梁體和下部結(jié)構(gòu)。同時(shí)磨漿修復(fù)砼露骨與脫落之處，更換所有支座，并使用灌漿法封閉主梁與墩臺(tái)的裂隙。

對(duì)現(xiàn)有承載力過低的空心板進(jìn)行加固。通常使用的方法是在梁體的底部粘貼碳纖維板或鋼板，通過加強(qiáng)其承受正彎矩的拉應(yīng)力達(dá)到增強(qiáng)主梁承受外部荷載能力的目的。但該橋健康狀況非常差，經(jīng)測(cè)算，單獨(dú)使用粘貼鋼板或碳纖維板的方法不能達(dá)到橋梁的承載力標(biāo)準(zhǔn)。

2.2無縫化改造方案

根據(jù)該橋現(xiàn)狀，制定橋墩部分連續(xù)化與橋臺(tái)部分無縫化的改造方案。在對(duì)橋墩處主梁跨中梁底進(jìn)行粘貼碳纖維板加固的基礎(chǔ)上，將橋面連續(xù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)連續(xù)，并減小跨中正彎矩，以此增強(qiáng)橋梁的受力性能。

因處在橋臺(tái)和上部結(jié)構(gòu)連接處的伸縮裝置具有非常高的剛度差，與橋墩上的伸縮裝置相比，其更容易發(fā)生損毀。因此，解除橋臺(tái)上的伸縮裝置，構(gòu)造無縫橋梁。同時(shí)由于橋臺(tái)后方的填土下沉經(jīng)常引發(fā)橋頭跳車現(xiàn)象，對(duì)大橋造成嚴(yán)重影響，該方案還可在一定程度上減輕大橋的日常保養(yǎng)與維護(hù)，增強(qiáng)行車的平穩(wěn)度。

無縫橋的類型多種多樣，通常采用延伸橋面板無縫橋、半整體式橋臺(tái)無縫橋和整體式橋臺(tái)無縫橋3種。整體式往往應(yīng)用于橫向剛度較低的橋臺(tái)，而該橋采用具有剛性明挖基礎(chǔ)的實(shí)體橋臺(tái)，故不予考慮整體式。此外，半整體式在臺(tái)頂處的改造工作量較大，與之相比，延伸橋面板的成本較低，且無需進(jìn)行過多改造，施工便捷。由此，選擇延伸橋面板的形式對(duì)該橋橋臺(tái)開展無縫化改造。

通過測(cè)算，將原橋拆除后重新建造一座橋梁需450萬元，而采取上述方案對(duì)原橋進(jìn)行加固改造僅需260萬元，遠(yuǎn)低于前者。該加固方案技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均可行。

3　無縫化改造設(shè)計(jì)

在過去的T梁橋?qū)嶋H施工中，已多次成功將多跨簡(jiǎn)支梁改造為連續(xù)梁，但由于空心板受到自身構(gòu)造的約束，其連續(xù)化改造的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用并不多，僅文獻(xiàn)［7］使用負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力筋束開展連續(xù)化改造。但通過預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行改造的成本過高，且結(jié)構(gòu)繁復(fù)。因此，該橋以普通鋼筋設(shè)置負(fù)彎矩筋開展連續(xù)化改造。加固步驟為鑿除橋梁表面鋪裝→改換支座→加固主梁→修復(fù)梁、墩、臺(tái)常見病害（露筋、裂縫）→改造主梁簡(jiǎn)支為連續(xù)→連續(xù)化改造橋臺(tái)→改造橋梁表面整體化層。

3.1支座改換

將六孔簡(jiǎn)支梁改造為六孔貫通的連續(xù)梁。因?yàn)閮膳徔绲目招陌彘g距小，故維持支座原本的設(shè)置，采取雙支座的形式進(jìn)行改造。原油毛氈支座損毀嚴(yán)重，為此將所有橋墩處的支座換成板式橡膠材質(zhì)，將所有橋臺(tái)處的支座換成四氟板式橡膠材質(zhì)，以應(yīng)對(duì)大橋在無縫化改造后縱向形變的可能性。

無論是僅改換單跨單側(cè)支座，還是改換單跨兩側(cè)全部支座，為了確保同側(cè)同跨的頂升同步及梁體在該過程中平均受力，需使用相同規(guī)格的千斤頂，同時(shí)穩(wěn)定千斤頂?shù)姆胖?，并在其底部鋪設(shè)300 mm× 300 mm×20 mm鋼板，在其頂部鋪設(shè)250 mm× 250 mm×20 mm鋼板。并根據(jù)豎直方向的位移與油壓表讀數(shù)控制頂升操作。頂升過程中安裝臨時(shí)支點(diǎn)（見圖1），根據(jù)安裝在橋梁表面上的測(cè)量標(biāo)識(shí)得到豎直方向的位移，豎直方向位移的差值必須大致相等。頂升高度的設(shè)計(jì)以方便改換舊橋支座為原則，同時(shí)為了增大接觸點(diǎn)與面積，增強(qiáng)頂升體系的穩(wěn)固度，保證大橋結(jié)構(gòu)的安全，頂升結(jié)束后立刻于上、下梁間布置多個(gè)鋼筋砼預(yù)制塊以構(gòu)建臨時(shí)支點(diǎn)。

圖1　橋墩、臺(tái)處支座改換過程示意圖

3.2橋墩處無縫化改造

支座改換后，將簡(jiǎn)支主梁連續(xù)化。施工步驟如下：1）鑿除原橋面鋪裝層與支點(diǎn)處伸縮縫；2）按錯(cuò)開方式，鑿除每跨空心板梁端與頂板3.5 m區(qū)域內(nèi)的砼；3）現(xiàn)澆段布置鋼筋，并將梁端1 m內(nèi)的砼填實(shí)，同時(shí)澆筑0.7 m頂板、1.8 m截面過渡段的砼；4）將防水涂料均勻涂滿頂面，并澆筑厚度為100 mm的C50聚丙烯纖維防水砼。

連續(xù)化改造后，橋梁內(nèi)支點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生負(fù)彎矩。為了增強(qiáng)斜截面的抗剪承載力，增加支點(diǎn)截面壁的厚度，并將支點(diǎn)周圍腹板漸變段的厚度增加15 cm，將頂、底板漸變段的厚度增加12 cm，長度取1.8 m。通過測(cè)算，在每塊空心板頂板處安裝8根按10 cm等距離布置的直徑25 mm的HRB335縱向負(fù)筋N1，以抵抗橋墩處的負(fù)彎矩。此外，由于橋臺(tái)處延伸橋面板也出現(xiàn)負(fù)彎矩，而該值遠(yuǎn)低于空心板，故其支點(diǎn)處也應(yīng)增強(qiáng)抗剪承載力，出于施工便捷的目的，參照橋墩處的加固方法進(jìn)行類似改造。板端的加固與鋼筋配制設(shè)計(jì)見圖2、圖3。

圖2　橋墩處無縫化改造加固設(shè)計(jì)（單位：cm）

圖3　橋墩、臺(tái)處無縫化改造鋼筋配制設(shè)計(jì)（單位：cm）

使新負(fù)筋和舊豎向鋼筋相連，按鑿除次序澆筑主梁砼，使兩毗鄰跨的梁體連成一體。使用密實(shí)度較高的微膨脹砼，確保后澆筑砼和主梁的整體性。

3.3橋臺(tái)處無縫化改造

延伸橋面板無縫橋是借助臺(tái)后搭板，將大橋溫度伸縮變形的關(guān)鍵部分引至路面和搭板的連接處，以取消橋臺(tái)處的伸縮裝置，確保搭板在主梁伸縮變形時(shí)的滑動(dòng)阻力低是其核心目標(biāo)。如圖4所示，先維持原本支座與橋臺(tái)設(shè)計(jì)，將原油毛氈支座改換成不銹鋼四氟板式橡膠支座，并鑿除橋臺(tái)側(cè)墻搭板與臺(tái)后搭板下31 cm左右的臺(tái)后回填土。為方便臺(tái)后搭板經(jīng)過，鑿除橋臺(tái)背墻過高的部分，并于背墻頂部鋪設(shè)一層1 cm油毛氈滑動(dòng)面。最后鑿除橋臺(tái)處空心板梁端頂板3.5 m區(qū)域的砼，并用砼填充梁端1 m區(qū)域內(nèi)的空心部分。為了傳遞軸向力，于搭板和梁端間提前設(shè)置下部聯(lián)結(jié)鋼筋。

圖4　橋臺(tái)處無縫化改造設(shè)計(jì)（單位：cm）

完成橋臺(tái)處主梁砼澆筑后，進(jìn)行臺(tái)后搭板澆筑。為了避免主梁延展轉(zhuǎn)角變形至搭板，降低聯(lián)結(jié)處的負(fù)彎矩，限制裂縫的出現(xiàn)，如圖4所示，在與背墻里側(cè)對(duì)齊的地方布設(shè)一條施工縫，鋪一層瀝青二度，同時(shí)在其上沿填補(bǔ)軟木條。

在每側(cè)橋臺(tái)后安裝2塊搭板，每塊長4 m。將細(xì)砂均勻鋪于搭板底部，厚度約5 cm，減小基礎(chǔ)和搭板間的摩擦力，使主梁的伸縮形變傳遞更佳。為了避免搭板遠(yuǎn)橋臺(tái)端由于路基剛度過低而突然沉陷，于兩搭板間安裝枕梁以完成剛度過渡。為了抵抗橋跨結(jié)構(gòu)（含搭板體系）發(fā)生的縱橋向位移，減緩剛性路面由于約束膨脹導(dǎo)致的縱向壓力，于搭板和路基間、兩搭板間分別布設(shè)一條2 cm脹縫。此外，挖掘底端基坑后，在搭板底端均勻鋪設(shè)素砼層，厚度為30 cm左右，以此確保搭板底端承載力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，增加其強(qiáng)度。

3.4空心板結(jié)構(gòu)等修理和加固

使用注漿封閉主梁裂隙，并對(duì)砼脫落、露筋之處加以磨漿修補(bǔ)。采取粘貼碳纖維板的方法加固空心板梁，于跨中8 m區(qū)域內(nèi)的主梁底部設(shè)置2條碳纖維板，厚度為1.4 mm，以增強(qiáng)主梁截面的承載力，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

為了同時(shí)滿足防水及橋墩處主梁受負(fù)彎矩的抗裂需求，使用低收縮與密實(shí)性能較優(yōu)的C50聚丙烯纖維防水砼處理新澆筑橋梁表面的砼鋪裝層。由于結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)換，橋墩頂部將出現(xiàn)負(fù)彎矩，于橋梁表面現(xiàn)澆層頂端布設(shè)鋼筋網(wǎng)，直徑為10 mm，并于鋼筋網(wǎng)下部設(shè)置縱向受力鋼筋，直徑為20 mm，同時(shí)將負(fù)筋與車道鋪裝鋼筋網(wǎng)綁扎，使部分負(fù)彎矩得到抵抗。在預(yù)制板頂端設(shè)置部分12 mm定位鋼筋，確保鋼筋的位置。此外，為了增強(qiáng)橋梁表面的防水性能，在主梁頂部與橋梁表面現(xiàn)澆層間涂一層水泥基結(jié)晶型防水涂料。對(duì)舊橋表面進(jìn)行鑿毛處理，并植入20 mm CRB550冷軋帶肋鋼筋，以提高后澆砼和原構(gòu)件的穩(wěn)定連接。由文獻(xiàn)［8］可知，I形與倒L形鋼筋的抗剪能力在相同前提下弱于π形植筋，故參照?qǐng)D5（a）選用抗剪連接件，并按照?qǐng)D5（b）將鋼筋連接起來，順著鉸縫按20 cm等距離設(shè)置。

圖5　橋梁表面現(xiàn)澆層和原結(jié)構(gòu)連接件設(shè)計(jì)（單位：cm）

4　結(jié)語

該文以某多跨鋼筋砼簡(jiǎn)支空心板梁橋?yàn)檠芯勘尘?，基于運(yùn)營階段橋臺(tái)處伸縮裝置、橋面連續(xù)處的病害調(diào)查和技術(shù)評(píng)定制訂無縫維修方案，包含簡(jiǎn)支板改為連續(xù)板和消除橋臺(tái)處的伸縮縫兩方面。前者能增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，降低正彎矩加固所需的成本；后者可免除伸縮裝置的維修保養(yǎng)，提升橋梁的使用壽命及性能。實(shí)踐表明，通過實(shí)施無縫化改造，橋梁的結(jié)構(gòu)功能得到優(yōu)化，整體受力性能有所增強(qiáng)，并可減少病害的發(fā)生和加固工程的支出，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展。無縫化改造在橋梁加固領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 詹華熙，王國亮，魏洪昌.橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法系統(tǒng)研究［J］.公路交通科技，2006，23（4）.

［2］ 趙淑敏.預(yù)應(yīng)力空心板施加橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2007（8）.

［3］ 池林海，蒲廣寧，賴忠科，等.去梁增肋法在新村大橋加固中的應(yīng)用［J］.公路，2008（7）.

［4］ JTG/T H22-2011，公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］ 潘俊山，于德營.簡(jiǎn)支變連續(xù)加固T梁方法的研究［J］.北方交通，2008（1）.

［6］ 陳生年.簡(jiǎn)支變連續(xù)自應(yīng)力法加固舊橋的數(shù)值分析研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2007.

［7］ 于志勇，陳宇新，齊正宏.簡(jiǎn)支空心板梁橋上部結(jié)構(gòu)加固［J］.遼寧交通科技，2006（2）.

［8］ 胡鐵明.簡(jiǎn)支變連續(xù)法加固混凝土梁橋疲勞試驗(yàn)研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2009.

中圖分類號(hào)：U445.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-2668（2016）03-0222-04

收稿日期：2015-12-15