■陳 輝

（三明市公路養(yǎng)護(hù)中心明溪分中心，三明 365200）

0 引言

裝配式鋼筋混凝土T 型梁橋[1]由于具有預(yù)制方便、用材經(jīng)濟(jì)、易于工廠(chǎng)化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)施工等優(yōu)點(diǎn)，因而在我國(guó)公路系統(tǒng)中得到了普遍應(yīng)用， 尤其在中小跨徑橋梁中應(yīng)用廣泛。但是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)和交通量的發(fā)展，早期設(shè)計(jì)建造的T 型梁橋普遍暴露出設(shè)計(jì)荷載偏低、結(jié)構(gòu)老化、承載能力不足等問(wèn)題；部分橋梁長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作，給橋梁安全帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)[2]。 面對(duì)如此眾多的危橋舊橋，對(duì)其進(jìn)行維修加固[3-4]，提高其承載能力和橋梁荷載等級(jí)，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益， 確保道路交通正常運(yùn)行和行車(chē)安全， 是擺在橋梁管養(yǎng)部門(mén)和維修加固部門(mén)面前的一道嚴(yán)峻課題。

裝配式簡(jiǎn)支T 型梁橋?qū)儆陟o定結(jié)構(gòu)， 在荷載作用下產(chǎn)生的跨中彎矩和支點(diǎn)剪力依靠主梁承受。 提高抗彎和抗剪承載能力是對(duì)裝配式T 型梁橋進(jìn)行加固的主要目的。常用的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T 型梁橋加固方法[5-6]包括：增大截面法[7]、粘貼鋼板法[8]、粘貼纖維復(fù)合材料法[9]、體外預(yù)應(yīng)力法[10]等。 但是，不論哪一種加固方法，都需要對(duì)存在病害問(wèn)題的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和鑒定， 基于檢測(cè)結(jié)果對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段的工作狀態(tài)做出科學(xué)的評(píng)估和判斷，幫助橋梁管理部門(mén)實(shí)行更加規(guī)范的維修、加固和改造方案，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和正常使用。 這其中橋梁的特殊檢測(cè)[11]和承載能力評(píng)定[12]就是一種常用的鑒定方法。

本文以裝配式鋼筋混凝土T 型梁橋碧州大橋?yàn)楸尘?，通過(guò)特殊檢測(cè)發(fā)現(xiàn)橋梁存在承載能力不足的問(wèn)題；基于特殊檢測(cè)結(jié)果，采用增大截面法對(duì)大橋進(jìn)行加固改造，并利用承載能力驗(yàn)算的方式對(duì)橋梁加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

碧州大橋位于G534 線(xiàn)K404+938 處， 建成于1996年。原橋設(shè)計(jì)荷載為汽-20、掛-100。碧州大橋上部結(jié)構(gòu)采用5×20m 的裝配式鋼筋混凝土T 型梁橋，橋面連續(xù)。 主梁由5 片T 梁拼成，單片梁高1.5m，頂板寬2.3m，標(biāo)準(zhǔn)截面梁肋寬0.2m。 橋梁全長(zhǎng)129m， 橋?qū)?1.5m=凈9m+2×1.25m 人行道。 下部結(jié)構(gòu)采用樁基接蓋梁橋臺(tái)，樁柱式橋墩，鉆孔灌注柱基礎(chǔ)。 橋梁立面布置如圖1 所示。

經(jīng)過(guò)近20 年的通車(chē)運(yùn)行，特別是近年來(lái)交通量日漸增大，橋梁的實(shí)際運(yùn)行荷載已漸漸超出設(shè)計(jì)荷載的要求。同時(shí)，橋梁管養(yǎng)部門(mén)在日常檢查中發(fā)現(xiàn)，碧州大橋存在較明顯的病害問(wèn)題，主要表現(xiàn)為混凝土T 梁開(kāi)裂、混凝土剝落和裸露鋼筋銹蝕。

橋梁管理部門(mén)組織檢測(cè)單位對(duì)碧州大橋進(jìn)行了特殊檢測(cè)，橋梁檢測(cè)工作于2015 年完成。特殊檢測(cè)結(jié)果表明，橋梁技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為4 類(lèi)。 針對(duì)橋梁特殊檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題， 橋梁管理部門(mén)組織設(shè)計(jì)和施工單位于2016 年開(kāi)始，對(duì)橋梁進(jìn)行了加固和改造。 碧州大橋采用增大截面法進(jìn)行加固，加固工作于2016 年12 月完成，并于2017 年初驗(yàn)收通車(chē)。

圖1 碧州大橋立面布置（單位：cm）

2 特殊檢測(cè)結(jié)果

2015 年碧州大橋特殊檢測(cè)結(jié)果將橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為4 類(lèi)，即“主要構(gòu)件有大的缺損，嚴(yán)重影響橋梁使用功能”。其中，發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題包括：外觀(guān)檢查發(fā)現(xiàn)主梁存在大量裂縫， 靜載試驗(yàn)表明應(yīng)變和撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值接近限值。 大量裂縫的出現(xiàn)和校驗(yàn)系數(shù)接近限值的現(xiàn)象說(shuō)明，碧州大橋可能存在承載能力不足的問(wèn)題，大橋急需加固改造。

2.1 主梁裂縫

大橋上部主要承重構(gòu)件共發(fā)現(xiàn)2598 處裂縫， 其中1# 跨有645 條裂縫、2# 跨有512 條裂 縫、3# 跨有379 條裂縫、4# 跨有580 條裂縫、5# 跨有482 條裂縫。支點(diǎn)處共有276 條斜向裂縫，其余2322 條均為豎向裂縫，沿腹板從底緣往上緣開(kāi)展。

根據(jù) 《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）表5.2.5 的規(guī)定，鋼筋混凝土梁橋主筋附近豎向裂縫寬度不得超過(guò)0.25mm。 碧州大橋1# 跨有60 條裂縫、2# 跨有39 條裂縫、3# 跨有15 條裂縫、4# 跨有46 條裂縫、5# 跨有26 條裂縫，全橋共有186 條裂縫的縫寬超過(guò)限值。

裂縫病害照片如圖2 所示。 其中，1# 跨1# 梁（即1#跨上游側(cè)第一片梁）的裂縫分布如圖3 所示。從圖示裂縫分布結(jié)果可以看出，T 梁腹板存在大量裂縫：跨中位置附近的裂縫以豎向的彎曲裂縫為主， 支點(diǎn)位置附近的裂縫以斜向的剪切裂縫為主。

圖2 碧州大橋主梁裂縫照片

圖3 1# 跨1# 梁裂縫分布圖

2.2 校驗(yàn)系數(shù)接近限值

針對(duì)碧州大橋開(kāi)展了靜載試驗(yàn)。 試驗(yàn)共分為4 個(gè)工況進(jìn)行，分別對(duì)兩個(gè)橋跨（1# 跨和3# 跨）的跨中截面和支點(diǎn)截面進(jìn)行靜載加載，靜載荷載偏心布置?？缰薪孛孀畈焕麖澗毓r的撓度和應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖4 所示。

1# 跨和3# 跨跨中截面最不利彎矩工況試驗(yàn)荷載作用下，L/4 截面、跨中截面和3L/4 截面的偏載側(cè)和非偏載側(cè)撓度實(shí)測(cè)值和理論值比較如圖5 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）各工況荷載作用下，主要控制截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.95， 控制測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)最大值接近限值。（2）各工況荷載作用下，主要控制截面撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.92，控制測(cè)點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值接近限值。

圖4 跨中截面工況測(cè)點(diǎn)布置（單位：cm）

圖5 各加載工況撓度實(shí)測(cè)值與理論值的比較

3 增大截面法加固改造

根據(jù)大橋橋梁特殊檢測(cè)所描述的病害情況， 初步確定了增大截面法加固、 粘貼鋼板加固和更換T 梁三種方案。 通過(guò)方案比選（見(jiàn)表1），決定采用后期養(yǎng)護(hù)難度相對(duì)較小且造價(jià)相對(duì)不高的增大T 梁截面的方案進(jìn)行加固改造。 具體改造措施包括：（1）對(duì)T 梁裂縫進(jìn)行封閉及注膠處理；（2）在梁肋下緣增大截面面積、增配鋼筋，對(duì)T 梁進(jìn)行加固；（3）增設(shè)橋臺(tái)搭板，對(duì)橋面系和支座進(jìn)行改造和更換等。

表1 碧州大橋加固方案比選

對(duì)T 梁采用增大截面法進(jìn)行加固改造，主要措施為：首先在T 梁下緣的新舊混凝土結(jié)合面上植筋， 即在原結(jié)構(gòu)上鉆深12cm 的植筋孔， 灌入植筋膠后， 將直徑為12mm 的結(jié)合面聯(lián)結(jié)鋼筋插入孔中。 然后綁扎鋼筋并制作模板，確保鋼筋的尺寸和模板的強(qiáng)度。最后在梁肋下緣外包C40 自密實(shí)混凝土。 加固前后的T 梁跨中截面對(duì)比如圖6 所示， 加固前后的上部結(jié)構(gòu)橫斷面對(duì)比如圖7 所示。

圖6 加固前后跨中截面T 梁尺寸（單位：cm）

圖7 加固前后的上部結(jié)構(gòu)橫斷面對(duì)比（單位：cm）

4 加固效果評(píng)價(jià)

4.1 承載能力驗(yàn)算

（1）增大截面新老混凝土抗剪驗(yàn)算

計(jì)算得到新老混凝土抗剪承載力VR=1004kN， 最不利組合設(shè)計(jì)值γ0Vd=795kN。

抗剪承載力安全系數(shù)為

VR/(γ0Vd)=1.26

滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎承載力驗(yàn)算

T 梁跨中正截面抗彎承載力MR=5860kN·m， 該處彎矩最不利組合設(shè)計(jì)值γ0Md=3785kN·m。

加固后的T 梁跨中正截面抗彎承載力安全系數(shù)為MR/（γ0Md）=1.55

滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（3）承載能力極限狀態(tài)斜截面抗剪承載力驗(yàn)算

計(jì)算得T 梁距支座中心1/2 梁高處截面抗剪力承載力VR=1735kN， 該處剪力最不利組合設(shè)計(jì)值γ0Vd=915.3kN。

加固后的T 梁距支座中心1 /2 梁高處截面抗剪承載力安全系數(shù)為

VR/(γ0Vd)=1.90

滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（4）使用階段裂縫寬度驗(yàn)算

根據(jù) 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)第6.4.3 條要求，加固后，短期荷載作用下的T 梁梁肋底緣最大裂縫寬度計(jì)算得Wfk=0.11mm。

最大裂縫寬度小于0.2mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（5）使用階段的變形驗(yàn)算

荷載短期效應(yīng)組合下， 消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后T 梁的最大撓度并考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)的影響的撓度：

fp=ηθ(fs-fG)=9mm

fp＜[f]=L/600=32.5mm

滿(mǎn)足 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)第6.5.3 條的要求：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的長(zhǎng)期撓度值， 在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后梁式橋主梁的最大撓度不應(yīng)超過(guò)計(jì)算跨徑的1/600。

承載能力驗(yàn)算結(jié)果表明， 采用增大截面法對(duì)T 梁下緣進(jìn)行加固改造， 可以較好地保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

4.2 加固驗(yàn)收和檢測(cè)結(jié)果

加固后的特殊檢測(cè)結(jié)果表明，碧州大橋經(jīng)過(guò)加固后，橋梁的剛度、強(qiáng)度、抗彎能力均有明顯提高，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載的承載力要求； 碧州大橋現(xiàn)階段總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為2 類(lèi)，橋梁技術(shù)狀況等級(jí)得到了提高。

根據(jù)明路安質(zhì)〔2017〕55 號(hào)文：三明市公路局《關(guān)于印發(fā)2016 年碧州大橋等7 座危橋加固改造工程交工驗(yàn)收質(zhì)量檢測(cè)意見(jiàn)的通知》，碧州大橋危橋加固改造工程達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

（1）本文以碧州大橋?yàn)楸尘埃厥鈾z測(cè)將橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為4 類(lèi)，即“主要構(gòu)件有大的缺損，嚴(yán)重影響橋梁使用功能”。 發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題包括：外觀(guān)檢查發(fā)現(xiàn)主梁存在大量裂縫、 靜載試驗(yàn)表明應(yīng)變和撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值接近限值。 大量裂縫的出現(xiàn)和校驗(yàn)系數(shù)接近限值的現(xiàn)象，說(shuō)明碧州大橋可能存在承載能力不足的問(wèn)題，大橋急需加固改造。

（2）基于特殊檢測(cè)結(jié)果，采用增大截面法對(duì)大橋進(jìn)行加固改造， 并利用承載能力驗(yàn)算的方式對(duì)橋梁加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。 承載能力驗(yàn)算結(jié)果表明，采用增大截面法對(duì)T梁下緣進(jìn)行加固改造， 可以較好地保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和正常使用。加固后的特殊檢測(cè)結(jié)果表明，碧州大橋經(jīng)過(guò)加固后橋梁的剛度、強(qiáng)度、抗彎能力均有明顯提高，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載的承載力要求； 碧州大橋現(xiàn)階段總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為2 類(lèi)，橋梁技術(shù)狀況等級(jí)得到了提高。