易世群，楊旱雷

（云南公路開發(fā)投資有限責(zé)任公司，云南 大理 671000）

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公路空心板梁橋加固方案比選

易世群，楊旱雷

（云南公路開發(fā)投資有限責(zé)任公司，云南 大理 671000）

摘要：隨著現(xiàn)代交通的發(fā)展，高速公路部分橋梁無法滿足日益增加的使用要求，出現(xiàn)了不同程度的病害。文章以云南楚大高速為例，對高速公路空心板橋病害特點進(jìn)行分析，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和施工方面對整體換梁和梁端加固兩種方案進(jìn)行比選，推薦選用梁端加固方案。

關(guān)鍵詞：空心板梁橋；斜裂縫；加固方案

1　概述

隨著交通量的不斷增大，部分已建成的橋梁由于原設(shè)計時使用的規(guī)范較舊，荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，無法滿足日益增加的使用要求，出現(xiàn)了不同程度病害。本文以楚大高速空心板橋為例，對空心板橋的病害特點及維修加固方案進(jìn)行探討。

楚大高速是云南省通往滇西的大動脈，于1998-10建成通車，全線為4車道高速公路，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)汽車—超20級，掛車—120。楚大高速大理段橋梁信息統(tǒng)計見表1，由于該路段交通流量較大，橋梁板梁出現(xiàn)了病害。

表1　楚大高速大理段橋梁概況

該段高速橋梁共有134座橋梁，其中空心板橋117座，其余為I形梁橋、T梁橋、拱橋?？招陌鍢蛏喜拷Y(jié)構(gòu)有8 m、10 m，13 m，16 m、20 m、30 m等幾種跨徑，均為預(yù)制拼裝法施工，簡支結(jié)構(gòu)；其他橋梁上部結(jié)構(gòu)有30 m、35 m、60 m等幾種跨徑形式。主線路基全寬21.5 m（山嶺區(qū)），壩區(qū)為24.5 m，4車道，山嶺區(qū)單幅橋面凈寬10.75 m+2×0.5 m（防護(hù)欄），分左右兩幅。

2　主要病害及發(fā)展

該段高速橋梁分別于2007年、2013年和2014年進(jìn)行了檢測，對比歷年檢測報告發(fā)現(xiàn)該橋病害較典型且持續(xù)發(fā)展。

2.1主要病害

該段高速空心板橋存在的主要病害為板梁端部斜向剪切裂縫，發(fā)生剪切裂縫的主要為預(yù)應(yīng)力簡支空心板梁，裂縫分布見圖1。通過觀察邊梁端部斜裂縫分布，可以判斷此類病害主要是由于板梁抗剪能力不足導(dǎo)致的。

2.2病害發(fā)展趨勢

歷年檢測報告中的腹板裂縫數(shù)量見圖2。

圖1　板梁斜裂縫分布示意圖（單位：m）

圖2　板梁腹板斜向裂縫發(fā)展趨勢圖

由圖2可以看出，2014年與2013年的裂縫數(shù)量及存在斜裂板梁數(shù)量增長趨勢明顯，且檢測結(jié)果顯示腹板裂縫占全橋比例大幅增加。剪切裂縫病害發(fā)展速度很快，對橋梁結(jié)構(gòu)安全影響很大，應(yīng)盡快采取有效措施進(jìn)行處治。

3　病害原因分析

該段高速空心板橋主要跨徑為20 m，其截面見圖3。

圖3　空心板邊板配筋圖（單位：cm）

根據(jù)空心板構(gòu)造及配筋情況，分析得出板梁腹板剪切裂縫產(chǎn)生的主要原因如下：

（1）空心板板寬為1.48 m，大于規(guī)范規(guī)定的最小車輪間距1.3 m，支座附近板梁承受的剪力較大。

（2）空心板梁高85 cm，頂?shù)装濉⒏拱搴窬鶠?2 cm，空心板端部未加厚，抗剪截面較小。

（3）空心板兩側(cè)腹板采用的是單肢10 mm圓鋼箍筋，不符合規(guī)范的構(gòu)造要求。

該橋空心板梁端斜裂縫為典型的腹剪、彎剪裂縫，裂縫寬度較大，多已貫穿腹板，該裂縫產(chǎn)生與梁端抗剪承載能力不足有直接聯(lián)系。

4　維修加固方案比選

以該段高速K162+180上行（4跨）橋梁為例，結(jié)合目前橋梁的通行狀況提出了加固改造的原則如下：（1)結(jié)構(gòu)安全、可靠、受力滿足規(guī)范要求；（2)工期短、對交通影響??；（3)工程經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)以上原則對整體換梁和加固維修兩種方案進(jìn)行比選。

4.1整體換梁方案

對該橋板梁進(jìn)行整體更換能夠?qū)崿F(xiàn)該路段內(nèi)橋梁荷載等級一致的目標(biāo)。根據(jù)更換梁的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板方案（方案A）和鋼-混組合梁更換方案（方案B）。

4.1.1方案A

依據(jù)2008交通部橋梁上部結(jié)構(gòu)通用圖，對預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁截面予以調(diào)整?？招陌褰Y(jié)構(gòu)高度保持不變，即梁高保持85 cm，腹板厚度調(diào)整為14 cm，底板調(diào)整為12 cm，并對板端進(jìn)行封頭處理。同時，為了增強(qiáng)橋面的整體性，設(shè)計增大了鉸縫尺寸，即采用目前國內(nèi)空心板梁鉸縫常規(guī)做法，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板構(gòu)造見圖4。

圖4　方案A空心板構(gòu)造示意圖（單位：mm）

4.1.2方案B

為有效降低橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載，方案B將原空心板調(diào)整為鋼-混組合梁［3］，改造后的截面構(gòu)造見圖5。

圖5　方案B鋼-混組合梁構(gòu)造示意圖（單位：mm）

4.1.3兩種換梁方案優(yōu)缺點分析

若采用整體換梁方案，方案A相對于方案B在經(jīng)濟(jì)方面存在明顯優(yōu)勢，但是上部結(jié)構(gòu)調(diào)整造成的恒載增加對下部結(jié)構(gòu)存在不利影響。表2對比了現(xiàn)狀、不換梁直接提載、換梁提載3種狀態(tài)，其中換梁提載考慮更換方案A和方案B兩種上部結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，相較于原設(shè)計，采用調(diào)整后空心板梁恒載增加26%，根據(jù)原設(shè)計蓋梁計算結(jié)果，需對蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，并對原有樁基的承載力進(jìn)行檢測、分析，由此帶來的不可控制因素較多，難度較大。

使用組合梁恒載將減少19%，能夠同時實現(xiàn)荷載等級提升和降低上部結(jié)構(gòu)反力的目標(biāo)。

4.2增大梁端截面加固方案

該橋主要是因為梁端抗剪承載力不足導(dǎo)致腹板產(chǎn)生較多的斜向裂縫，可以采用增大截面法提高空心板梁抗剪承載能力。

表2　不同狀態(tài)荷載信息統(tǒng)計表

4.2.1方案實施步驟

增大截面法加固方案具體施工流程如下：

（1）鑿除橋面鋪裝層，在空心板端部頂板開2個40 cm×40 cm孔，人工對空心板內(nèi)壁鑿毛處理，并在頂板、底板鉆孔，從底板向上穿入U形鋼筋、縱向鋼筋，并在距離端部1.6 m處設(shè)堵頭模板，澆注C40微膨脹混凝土至板頂面；

（2）重做橋面鋪裝層、橋面連續(xù)和伸縮縫，U形鋼筋須穿過橋面鋼筋網(wǎng)，然后向內(nèi)側(cè)彎折并焊接形成閉合鋼筋。橋面鋪裝混凝土現(xiàn)澆層厚度7 cm，鋼筋網(wǎng)直徑10 mm，間距10 cm×10 cm；

（3）邊板首先采用封閉或灌膠方法修補(bǔ)裂縫，然后采用寬100 mm，厚2 mm的碳纖維板材進(jìn)行加固，拉伸強(qiáng)度2 800 MPa，極限延伸率＞1.7%；

（4）與路基順接的橋梁應(yīng)注意設(shè)置高差過渡段。

加固后斷面和立面分別見圖6、圖7。

圖6　加固后梁斷面圖（單位：mm）

圖7　加固后立面圖（單位：mm）

由于增大截面加固法不改變原橋結(jié)構(gòu)形式，加固后其增加的荷載效應(yīng)為新增截面的自重效應(yīng)，增加的結(jié)構(gòu)抗力為新增截面的抗力。加固后空心板結(jié)構(gòu)抗剪承載力驗算見表3。

表3　20 m跨空心板加固后抗剪承載能力驗算表

由表3可知，加固后邊板支點處截面抗剪強(qiáng)度為898 kN＞456 kN，不考慮板梁開裂區(qū)域混凝土抗剪承載力，板梁端部抗剪承載力滿足要求。

4.2.2方案優(yōu)缺點分析

該方案在處理空心板梁抗剪不足方面有明顯優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在不改變支座位置、受力明確、造價較低。但是該方法的實施同樣會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)傳遞至蓋梁的支座反力提高。經(jīng)計算，使用該方案加固后上部結(jié)構(gòu)傳遞至蓋梁的支座反力將提高13%，經(jīng)驗算，原基礎(chǔ)承載力設(shè)計能滿足恒載增加部分產(chǎn)生的附加荷載。

4.3方案比選

2種加固方案中，換梁方案考慮將PC空心板更換為鋼-混組合梁；加固方案通過植筋以及增加梁端截面提高主梁的抗剪承載力，兩者的對比分析見表4。

表4　方案比選表

整體換梁方案能夠徹底解決所有病害并且提高荷載等級，具有無可替代的優(yōu)勢。此外，由于使用了輕質(zhì)的鋼-混組合梁，工期大為縮短，但該方案的建安費較高且對交通影響大。梁端加固方案不能完全解決荷載等級問題，但能滿足現(xiàn)階段通行需求，且對交通影響較小，造價低，經(jīng)濟(jì)效益明顯，為推薦方法。

5　結(jié)論

公路舊橋在使用過程中不能滿足新的荷載等級要求，需要對公路舊橋進(jìn)行加固提載，通過方案比選得出以下結(jié)論：

（1）舊橋改造過程中，使用輕質(zhì)高強(qiáng)的上部結(jié)構(gòu)能夠為提升荷載等級創(chuàng)造條件。

（2）預(yù)制拼裝工藝的使用能夠有效地縮短施工工期。

（3）相對于局部加固補(bǔ)強(qiáng)，換梁方案能夠徹底解決所有病害并且提高荷載等級。

（4）對于交通繁忙的大動脈高速橋梁，不同施工方案比選過程中應(yīng)綜合考慮施工本身對交通的影響、施工工期及建安費用等綜合社會效益。

參考文獻(xiàn)

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［6］廖朝華．墩臺與基礎(chǔ)（第二版）［M］．北京：人民交通出版社，［2］2013.

Comparison and Selection of Reinforcement Scheme for Hollow Slab Beam Bridge

Yi Shiqun， Yang Hanlei
（Yunnan Highway Development & Investment Co.， Ltd.， Dali 671000， China）

Abstract:With the development of modern traffic， the highway bridges can not meet the increasing demand for the use and appears different degrees of disease. In this paper， taking Yunnan Chuda expressway as an example， diseases characteristics in hollow slab beam bridge are discussed， treatment schemes of girder replacement intergrally and beam-end reinforcement are compared and selected from aspects of technology， economy and construction， and beam-end reinforcement is proposed.

Key words:hollow slab beam bridge； inclined crack； reinforcement scheme

中圖分類號：U445.7+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672–9889（2016）03–0062–03

收稿日期：（2016-03-09）

作者簡介：易世群（1973-），女，重慶人，工程師，主要從事高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)與評價工作。