劉保文 ，王松 （中鐵四局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230000）

1 研究背景

20世紀(jì)90年代牛腿作為一種梁式橋的梁部搭接結(jié)構(gòu)在橋梁中得到了一定范圍的應(yīng)用，尤其隨著城市交通的快速發(fā)展，城市立交及高架橋大量采用了連續(xù)梁，并在聯(lián)與聯(lián)之間采用牛腿搭接結(jié)構(gòu)以隱蔽帽梁達(dá)到美觀效果，立面上看梁部結(jié)構(gòu)自然流暢、無隔斷感，同時(shí)增加了橋下凈空。在設(shè)計(jì)上箱梁采用牛腿搭接,使得聯(lián)間橋墩尺寸和其它墩一致，墩身種類少,施工十分方便。這種形式橋梁結(jié)構(gòu)造型簡潔、美觀,能夠避免在聯(lián)端處專門設(shè)置蓋梁或設(shè)置較大尺寸橋墩安裝雙排支座,節(jié)約工程造價(jià)，在當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件下牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋具有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。在城市互通式立交橋中牛腿搭接結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為普遍,合肥市五里墩立交橋、鄭州嵩山路立交橋、貴陽市大營坡立交橋、廈門市仙岳路上跨金尚路立交橋、廈門集美大道互通立交橋、成都三環(huán)路武侯立交橋等上部結(jié)構(gòu)均采用了牛腿搭接形式的連續(xù)梁。

但在施工上因各箱梁采用牛腿搭接,梁部需按照一定的順序施工，同時(shí)上牛腿承受較大集中力且牛腿高度小于梁高，因此對牛腿設(shè)計(jì)及混凝土局部承載力提出了更高的要求。

2 牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋工程病害

牛腿搭接結(jié)構(gòu)橋梁經(jīng)過10～20年的運(yùn)營，總體上橋梁結(jié)構(gòu)安全可控，未出現(xiàn)橋梁無法正常運(yùn)營使用的案例出現(xiàn)，說明牛腿搭接類型橋梁具有其工程優(yōu)勢及合理性。但隨著橋梁運(yùn)營時(shí)間不斷增加，牛腿及相關(guān)病害不斷涌現(xiàn)。國內(nèi)部分牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋病害情況詳見表1。

部分牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋病害 表1

牛腿搭接結(jié)構(gòu)橋梁病害的產(chǎn)生與多種因素相關(guān)：

①牛腿搭接部位一般采用橡膠支座，橡膠支座使用壽命期較短，在長期荷載、溫度等因素作用下易于損壞，破壞了支座固有的縱向彈性剪切變形功能，導(dǎo)致牛腿搭接處成為固定鉸支座，喪失了聯(lián)端處自由變形的設(shè)計(jì)初衷。

②由于牛腿搭接部位隱蔽、養(yǎng)護(hù)不能觸及觀察，牛腿處病害會隨著時(shí)間推移不斷積累，最終導(dǎo)致全橋出現(xiàn)相關(guān)病害。

③牛腿搭接構(gòu)造為了滿足美觀需要，牛腿間縫隙較小，在施工及運(yùn)營過程中的雜物、泥沙等填塞縫內(nèi)，養(yǎng)護(hù)難以清理，導(dǎo)致牛腿搭接的兩聯(lián)橋之間直接相互作用，尤其在外界溫度升高情況下，梁體伸長，溫度力連續(xù)傳遞作用于橋墩，是導(dǎo)致牛腿搭接結(jié)構(gòu)橋梁橋墩開裂、墩柱傾斜、梁體偏移的重要原因。

④牛腿作為梁式橋上部構(gòu)造的一個(gè)重要結(jié)構(gòu),因設(shè)有傳力支座,牛腿處截面突變,集中荷載較大,因此牛腿受力較為復(fù)雜。而在牛腿的轉(zhuǎn)角處往往由于受拉產(chǎn)生裂縫，雖然可通過提高混凝土強(qiáng)度或加強(qiáng)配筋提高牛腿承載力，但效果較差，為橋梁結(jié)構(gòu)埋下了安全隱患。

綜上分析，牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋易發(fā)生梁體偏移、墩柱開裂偏位、牛腿開裂滲水、伸縮縫失效等病害，該類病害的成因均與牛腿搭接結(jié)構(gòu)弊端密不可分，多數(shù)橋梁病害均因長期運(yùn)營之后牛腿搭接結(jié)構(gòu)的失效引起，因此對該類橋梁病害整治應(yīng)以牛腿病害的整治為核心。

3 牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋病害處理方法

牛腿搭接結(jié)構(gòu)橋梁病害與牛腿具有緊密相關(guān)性，因此解決該橋病害的主要原則是對牛腿進(jìn)行整治改造。國內(nèi)大部分牛腿搭接結(jié)構(gòu)橋梁的整治主要是對牛腿搭接的隱蔽空間進(jìn)行清理，更換牛腿支座，使牛腿恢復(fù)正常工作狀態(tài)，與牛腿相關(guān)病害則是進(jìn)行常規(guī)維修加固，但不能從根本上解決牛腿失效的病害來源，隨著時(shí)間推移，牛腿支座失效、伸縮縫堵塞的病害仍然會有可能再次出現(xiàn)。

從結(jié)構(gòu)分析來看，要徹底根除牛腿搭接結(jié)構(gòu)型式弊端應(yīng)對牛腿本身進(jìn)行改造，取消牛腿搭接結(jié)構(gòu)，改造成聯(lián)端分離方式。該方案主要是對牛腿進(jìn)行切除、橋墩加寬，改造為雙排支座，聯(lián)端相互分離，改變聯(lián)與聯(lián)之間相互關(guān)系。采用此改造方案費(fèi)用較高，施工難度較大，但徹底根除了牛腿搭接結(jié)構(gòu)形式的病害來源，對確保橋梁長期健康運(yùn)營具有重要的作用。

4 工程實(shí)例分析

淮北東崗樓立交橋始建于上世紀(jì)90年代中期，位于老城區(qū)北部，連接高岳路、淮海路、東山路及古城路，是進(jìn)城各條道路的交匯處，交通位置重要。東崗樓立交橋?yàn)樾腥?、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車、鐵路3層苜蓿葉型立交，東西向全長800m，南北向全長680m。橋梁設(shè)計(jì)荷載采用《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ001-97）規(guī)范汽-20、掛 -100。

主線橋各聯(lián)之間及主線橋與匝道橋之間均采用牛腿搭接方式，牛腿搭接處上下牛腿之間設(shè)置板式橡膠支座。主線橋第一聯(lián)、第四聯(lián)梁端設(shè)置下牛腿，第二聯(lián)兩側(cè)梁端均設(shè)置上牛腿；第三聯(lián)在與第二聯(lián)連接處梁端設(shè)置下牛腿，在與第四聯(lián)相接處梁端設(shè)置上牛腿。匝道橋在與主線橋搭接處均設(shè)置上牛腿。

該橋運(yùn)營14年后出現(xiàn)病害，通過對橋梁病害進(jìn)行全面檢測發(fā)現(xiàn)，橋梁出現(xiàn)了梁體伸縮縫損壞失效、梁體及橋墩露筋銹蝕、橋墩柱底開裂、橋面鋪裝層破損等病害。

4.1 橋梁主要病害情況

4.1.1 牛腿及伸縮縫病害

牛腿搭接構(gòu)造是東崗樓立交橋主線橋各聯(lián)之間、匝道與主線橋間聯(lián)端連接方式，牛腿搭接處設(shè)置共用橋墩。由于上下牛腿之間僅設(shè)置板式橡膠支座，而板式橡膠支座高度低，且牛腿處梁體兩側(cè)設(shè)有限位擋塊，日常養(yǎng)護(hù)難以觸及，伸縮縫處垃圾、泥沙等雜物容易堆積難以清理（見圖1）導(dǎo)致各聯(lián)之間相互間影響。

圖1 牛腿搭接結(jié)構(gòu)

圖2 主線橋H17墩病害

4.1.2 橋墩病害

主線橋固定墩H5墩柱底存在明顯橫向裂縫，H6墩柱底存在表面混凝土剝落病害，H16墩柱底部表面出現(xiàn)露筋銹蝕、混凝土缺損等典型橋墩病害,H17墩柱底部出現(xiàn)混凝土壓碎等病害（見圖2）。

4.2 牛腿搭接結(jié)構(gòu)改造

通過對淮北東崗樓立交橋牛腿搭接、墩柱等病害進(jìn)行總結(jié)分析，牛腿搭接結(jié)構(gòu)形式是造成橋梁病害的根本原因。由于牛腿搭接內(nèi)部橡膠支座失效，橋梁伸縮縫損壞，當(dāng)環(huán)境溫度上升，主線橋及匝道橋梁端受到約束、不能自由伸縮，導(dǎo)致各聯(lián)結(jié)構(gòu)之間相互作用，環(huán)境升溫引起的溫度力傳遞于固定墩和橋臺上，固定墩墩底因承受較大彎矩導(dǎo)致開裂，橋臺因承受較大推力而出現(xiàn)墻體開裂、混凝土剝落等病害。因此該橋的維修整治核心即對牛腿搭接結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

牛腿搭接結(jié)構(gòu)分為上牛腿與下牛腿，為消除牛腿搭接結(jié)構(gòu)型式的缺陷，改造內(nèi)容主要為將牛腿搭接型式改為相互獨(dú)立的聯(lián)端雙排支座結(jié)構(gòu)形式（見圖3）。

圖3 牛腿改造設(shè)計(jì)原則

4.2.1 牛腿改造施工

牛腿改造主要是將牛腿搭接結(jié)構(gòu)改造為相互獨(dú)立的聯(lián)端體系，其中第二聯(lián)兩側(cè)均設(shè)置為上牛腿，第三聯(lián)僅在與第四聯(lián)相接處設(shè)置上牛腿，上牛腿改造主要是在下部結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完畢且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況下進(jìn)行割除施工。同時(shí)應(yīng)在牛腿搭接處設(shè)置支架頂升梁體，使梁體重量由支架承擔(dān)。上牛腿采用22KW-200L電動(dòng)繩鋸割除，繩鋸切割上牛腿施工見圖4。

圖4 繩鋸施工

主線橋下牛腿改造主要是將下牛腿上方進(jìn)行鑿毛、植筋、綁扎鋼筋、澆筑C50自密實(shí)混凝土，將下牛腿補(bǔ)齊至原梁頂面高度，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉橫向預(yù)應(yīng)力。

4.2.2 橋墩改造施工

由于梁體上牛腿被割除，需在割除牛腿處設(shè)置新支點(diǎn)。因此對主線橋雙柱墩采用增大截面法進(jìn)行加固改造。為實(shí)現(xiàn)牛腿割除后聯(lián)端設(shè)置雙排支座，在墩頂處縱橋向兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)混凝土牛腿。在牛腿上設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)橫梁、支座實(shí)現(xiàn)對梁體的支撐。橋墩改造施工見圖5。

圖5 牛腿改造施工完成

橋墩截面增大通過在橋墩墩身鉆孔植筋、綁扎鋼筋網(wǎng)、澆筑自密實(shí)混凝土實(shí)現(xiàn)。橋墩植入環(huán)向鋼筋及承臺植入豎向鋼筋前須對原橋墩及承臺混凝土表面進(jìn)行鑿毛，去除浮化層，在混凝土澆筑前涂刷界面劑。鑿毛、安裝鋼筋網(wǎng)及涂刷界面劑后，灌注C40自密實(shí)混凝土，并加強(qiáng)振搗。

4.3 改造效果

經(jīng)過對牛腿搭接結(jié)構(gòu)改造，解決了原有牛腿搭接型式的缺點(diǎn)，消除了橋梁各聯(lián)之間的相互影響的隱患，從根本上清除了病害根源，并且對墩臺進(jìn)行了加固改造、重新鋪設(shè)橋面、安裝伸縮縫等措施，淮北東崗樓立交橋經(jīng)維修加固后于2014年6月竣工通車，全橋加固改造完成投入運(yùn)營五年來各項(xiàng)指標(biāo)良好。

5 結(jié)論

通過分析牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋特點(diǎn)、病害和病害處理措施，以淮北東崗樓立交橋?yàn)楣こ虒?shí)例進(jìn)行了研究，對于牛腿搭接結(jié)構(gòu)連續(xù)梁的病害應(yīng)以牛腿改造為重點(diǎn)，提出了一種改變牛腿搭接結(jié)構(gòu)形式的整治方法。通過切除牛腿、橋墩改造改變橋梁聯(lián)與聯(lián)之間搭接關(guān)系，徹底解決該種類型橋梁病害產(chǎn)生根源，長期來看具有一定的經(jīng)濟(jì)性和合理性，對以后同類型橋梁的維修加固具有一定的參考和借鑒價(jià)值。