吉冠華

(海南路橋工程有限公司,海南 三亞 572000)

隨著社會的進步,人們出行用車日益增多,原有舊橋的通行能力已不能滿足現(xiàn)有交通需求,需進行加寬改造。但早期設計者對舊橋加寬及新老橋接縫處的問題沒有進行深入分析,沒有重視新老橋不均勻沉降問題,造成早期加寬的橋梁在新老橋接縫處產生各種病害,影響行車安全。該文以一座已加寬過的舊橋為例,總結前兩次改造方案的經(jīng)驗教訓,探討切實可行的改造方案。

1 工程概況

某省道上一座橋梁建成于1967年8月,在1993年進行了加寬設計。現(xiàn)主橋上部結構為鋼筋砼簡支T梁橋,跨徑為2×8.5 m(新橋)和1×20 m(舊橋),橋長27.0 m,橋寬為10.1 m＋2×1.7 m。原橋設計荷載為汽－15級、掛－80,加寬后設計荷載為汽－20級、掛－100。采用漿砌片石橋臺、重力式橋墩、明挖天然基礎,橋面鋪裝為水泥砼。

1.1 2015年改造方案

2015年加固前對整座橋梁進行外觀檢查,并未發(fā)現(xiàn)橋面有明顯病害,僅有一處邊角處發(fā)生破碎(見圖1)。但隨后橋面鋪裝出現(xiàn)破損開裂,露骨、露筋嚴重；伸縮縫損壞；橋頭搭板損壞造成橋頭兩端路面下沉破損。于是對其進行橋面改造,設計方案為更換橋面鋪裝,加粗橋面縱橫向鋼筋、加厚橋面鋪裝(見圖2)。

圖1 2015年加固前橋面狀況

圖2 2015年更換橋面鋪裝設計圖(單位：cm)

1.2 2016年改造方案

1.2.1 主要病害

2016年對該橋進行系統(tǒng)排查,發(fā)現(xiàn)橋梁存在以下主要病害：1)橋面鋪裝0＃臺處右幅砼剝落1.2 m2、露筋0.6 m2,破碎板1 m2(見圖3)。2)橋面鋪裝右幅縱向裂縫長8.5 m。3)伸縮縫錯臺、下沉長10 m。4)第一跨第6片T梁0＃臺支座處梁端頭砼剝落、露筋0.06 m2,梁端頭底部裂縫長0.5 m、寬0.3 mm(見圖4)。5)第一跨第6片T梁1＃臺支座處梁端頭砼剝落0.07 m2,梁端頭底部裂縫長0.5 m、寬0.3 mm。6)第一跨第6片梁0＃臺處支座墊石損壞。7)第一跨第1片T梁0＃臺、1＃墩支座處梁端頭砼剝落。8)0＃臺梁與背墻擠壓已沒有縫隙。

圖3 0#臺右幅橋面砼剝落、露筋,下沉

圖4 第一跨第6片梁0#臺端頭底部裂縫

1.2.2 病害原因

(1)原橋承載力不能滿足現(xiàn)行規(guī)范對公路一級荷載的要求,加之加寬的新老橋設計荷載不同,撓度不一,橋面縱向裂縫隨之發(fā)展,雨水滲透導致鋼筋銹蝕,加劇裂縫發(fā)展。

(2)一端橋頭處于下坡,梁體整體向臺背擠密,橋面板如圖3所示橫向開裂突起,又由于支座老化失效,支座墊石壓碎,舊橋梁體整體下沉,新老橋出現(xiàn)沉降差,在新老橋中心處出現(xiàn)圖3所示縱向裂縫。

(3)老橋梁片年久失修,原橋早期施工工藝差、振搗不密實等,導致砼掉塊和端頭砼剝落等現(xiàn)象。

1.2.3 改造方案

意識到僅通過改造橋面鋪裝并不能解決該橋問題,提出以下改造方案：

(1)對第一跨1＃和6＃梁端解除約束,頂升T梁；用環(huán)氧砂漿修補梁體底座、安裝鋼箍和化學注漿。對于不平整的梁底,用環(huán)氧砂漿找平,粘貼鋼板。

(2)清理臺帽上的木板及垃圾,若橋臺臺帽和墩臺蓋梁不平整,用環(huán)氧砂漿找平,保證支座放置平整。更換全橋支座時,對于未加固設計的T梁,在支座下墊鋼板。由于該橋建成年代已久,現(xiàn)澆T梁底端與臺帽頂高度存在不同偏差,鋼板厚度根據(jù)每根梁底實際情況選擇,保證支座放上后全橋高程一致,防止支座不均勻受力。

(3)修復裂縫、表面蜂窩、掉塊、露筋等病害,新增橋臺搭板。

(4)更換橋面鋪裝和伸縮縫；新老橋面鋪裝預留2 cm間隙,內填瀝青麻絮,防止新老橋剛度不同導致橋面產生縱向裂縫；清理泄水孔。

(5)鑿除0＃臺背墻,重新澆筑；拆除模板后,背墻與T梁留夠4 cm空隙,解決T梁梁端擠壓背墻問題。

按上述措施加固施工后橋梁情況見圖5、圖6。

圖5 2016年加固施工后橋面鋪裝

圖6 2016年粘貼鋼板加固后T梁

1.3 2018年檢查結果

2018年再次對該橋進行外觀檢查,結果如下：T梁未產生橫向裂縫,T梁加固效果較好。但上部新舊橋縱向接縫處采用瀝青木條填充,在長期重車反復碾壓下,新舊橋邊縱向接縫處出現(xiàn)啃邊現(xiàn)象,新老橋的撓度差也在接縫位置反映出來,填充物基本失效?，F(xiàn)場橋面見圖7。

2 前兩次改造方案分析

2.1 2015年改造方案分析

2015年改造方案僅更換橋面鋪裝及伸縮縫。從現(xiàn)場情況來看,該方案是失敗的,僅1年多的時間,橋面再次開裂,新老橋臺處出現(xiàn)沉降裂縫,縱向接縫處也產生沉降差裂縫。其原因主要是重車通行,新老橋沉降差不等及新老橋撓度不同,新橋處T梁撓度小,而老橋處T梁撓度大,造成橋面板在縱向接縫處產生很大剪力而導致裂縫。隨后雨水滲入鋼筋,造成鋼筋銹蝕,加速裂縫發(fā)展。

圖7 2018年橋面狀況

該方案設計中未針對影響橋面板承載力的主次因素。根據(jù)Paul F.Casagoly多達百次的沖剪試驗結果,對橋面板承載力最有影響的因素是受約束的程度,其次為橋面板厚度、鋼筋用量,砼強度、橫梁、靜載應力等影響很小。該設計方案更換橋面鋪裝,提高鋼筋直徑、增加砼的等級,這些因素并不是主要因素。更換橋面鋪裝時在新老橋縱向接縫處不作處理直接覆蓋,在縱向接縫處增大了橋面鋪裝的約束程度,產生了最不利影響。

2.2 2016年改造方案分析

2016年改造方案有效解決了橋梁端頭擠壓開裂問題,對老橋承載力不足的T梁進行粘貼鋼板加固,提高了老橋的承載能力,由原來的汽－20級、掛－100提升至公路－Ⅰ級荷載標準。其不足之處是采用早期中國橋梁加固采用的瀝青木條填充方法處理新老橋縱向接縫,技術相對滯后,后期問題較多。

3 第三次加固改造方案的探索

目前對該橋主要還是養(yǎng)護為主。但隨著時間流逝,新老橋縱向接縫處問題將越發(fā)明顯。因此,預先進行第三次改造設計。

3.1 設計中考慮的因素

第二次改造已解決了舊橋T梁的相關病害,并作了加固處理,故第三次改造設計僅針對橋面新老橋縱向接縫問題進行處治?？偨Y前兩次設計中存在的問題,對該橋進行改造時應明確以下幾點：

(1)該橋下部結構不連接,即舊橋、新橋的橋墩不存在連接。主梁采用柔性連接,在新老T梁翼緣板處填塞柔性材料,底部預埋木條或橡膠條,新舊橋翼緣內僅有少量鋼筋連接,形成不能傳遞彎矩的柔性構造。橋面鋪裝也采用填充瀝青材料的方式。

(2)老橋已進行過粘貼鋼板加固和橋面改造,不存在舊橋主梁承載力不足的問題。

(3)舊橋建成于1967年,于1993年實施加寬改造,已經(jīng)過數(shù)十年的碾壓沉降,橋墩臺沉降已基本穩(wěn)定。

3.2 新老橋縱向接縫處理方法

根據(jù)該橋實際情況,新老橋縱向接縫適合選用上下部均不連接的方式,主要有3種方法：

(1)在新老橋接縫處采用鋼板包邊。該方法可解決接縫處啃邊的問題,但不能解決撓度差問題,通行車輛有可能出現(xiàn)打滑等現(xiàn)象,行車安全性差?？紤]到該橋新老橋距離較近,若后期注意接縫處鋼板的養(yǎng)護和維修,該方法還是可行的。

(2)采用縱向伸縮縫裝置。該方法可直接解決新舊橋梁縱向接縫問題?？v向伸縮縫可很好地適應新老橋之間的撓度差及沉降差,使新舊橋不協(xié)調變形平順過渡；伸縮縫表面可作防滑處理,保證雨天行車安全。目前國內有采用法國EMR樹脂彈性砼伸縮裝置(見圖8)的經(jīng)驗。

圖8 EMR縱向伸縮縫裝置(單位：cm)

(3)鑿除接縫處橋面鋪裝和新老橋接縫處上部結構砼,將上部結構的柔性連接改為剛性連接。該方案在中國高速公路上有過邊通車邊施工的先例。方法是用剛度滿足要求的夾具將新老橋上部結構連為一體,使之與新老橋翼緣板的連接鋼筋共同傳遞荷載,減小車輛通行對縱縫澆筑砼的影響。

在經(jīng)濟條件允許的情況下,推薦使用縱向伸縮縫裝置,通過改變上部結構連接方式,將原來的柔性連接改為剛性連接,通過改變整體主梁橫向分布系數(shù)改善全橋受力。該裝置在高速公路加寬橋梁上有過成功應用的先例。但實例表明,上部剛性連接施工要求高,砼收縮徐變和墩臺沉降都會形成橋梁的內力,橋面板在新老橋接縫處容易出現(xiàn)反射裂縫,而且隨著接縫長度的增加該裂縫越容易出現(xiàn),采取該方案時應予以重視。

4 結語

以實例分析新老橋接縫處病害和處理方法。該橋前面兩次維修加固雖不盡完美,但在維修加固過程中不斷改進,在第二次加固改造后至今該橋整體處于穩(wěn)定狀態(tài),橋臺處也未發(fā)現(xiàn)沉降裂縫,加固效果不錯。后續(xù)瑕疵的地方可通過養(yǎng)護來改善,如有需要,也可作局部處理。