于文杰,張安靜
(1.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 土木建筑學(xué)院,鄭州450046;2.河南黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心,鄭州450001)
錫海線某中橋位于G207錫海線上,橋梁中心樁號為K1349+817,上部結(jié)構(gòu)為4×20m簡支T梁,單跨7片梁,下部采用樁柱式墩臺。橋臺、橋墩均采用板式橡膠支座。橋梁總寬為8.0m,橋梁全長84.5m,設(shè)計(jì)荷載汽-20、掛-100,橋面鋪裝為瀝青混凝土結(jié)構(gòu),橋臺處采用簡易伸縮裝置,橋墩處連續(xù)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,該中橋(右幅)多處構(gòu)件均有不同程度的嚴(yán)重?fù)p傷,在現(xiàn)階段的使用中對過往車輛和行人有潛在的結(jié)構(gòu)安全隱患,急需維修加固處理。
2.1.1 橋面體系病害
橋面主要病害情況如下:(1)橋面縱向裂縫,墩頂橫向貫通開裂;(2)簡易伸縮縫橫向開裂,輕度跳車;(3)護(hù)欄混凝土老化開裂、局部斷裂、外斜。
2.1.2 上部結(jié)構(gòu)病害
橋梁上部結(jié)構(gòu)主要病害為:(1)全橋邊梁的兩側(cè)腹板下邊緣嚴(yán)重開裂、梁體向外傾斜;(2)部分梁體混凝土破損、露筋;(3)部分橫隔板下緣破損、露筋;(4)部分支座缺失、完全脫空。
2.1.3 下部結(jié)構(gòu)病害
橋梁下部結(jié)構(gòu)主要病害為:(1)橋臺處滲水、混凝土剝落、露筋銹蝕;(2)蓋梁混凝土銹漲、鋼筋銹蝕、擋塊擠裂。
本橋建設(shè)至今已有30余年,主梁拆除后發(fā)現(xiàn)蓋梁新增裂縫較多,鋼筋銹蝕嚴(yán)重,混凝土碳化深度較大,蓋梁截面削弱較多。如采用加固方案,蓋梁抗彎能力可以滿足,但抗彎能力富余較少,抗剪能力不能滿足規(guī)范要求。為保證結(jié)構(gòu)安全,采用拆除原有蓋梁,進(jìn)行重新設(shè)計(jì),根據(jù)相關(guān)規(guī)范和橋梁的病害情況,把該橋右幅的整體狀況綜合評價(jià)為5類。指出由于近年來大量超載車輛的影響致使本橋的現(xiàn)有橋況已很差。綜合上述病害情況,為消除安全隱患,提高過往車輛的運(yùn)行質(zhì)量,徹底改善交通現(xiàn)狀,保障G207錫海線的良好通行能力,提出對該橋進(jìn)行加固改造。
G207錫海線是國家公路網(wǎng)中的重要組成部分,此橋現(xiàn)狀已不能滿足通行要求,如不及時(shí)改造,不但會(huì)給交通安全留下隱患,降低、甚至阻礙G207錫海線的通行能力,也不利于橋位所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展;雖左半幅橋仍具備通行能力,但國道車流量大,貨車較多,雙向行駛在此處變?yōu)閱蜗蛐旭偂H鐝U棄右半幅危橋,或者拆除新建,將形成寬路窄橋,此路段將形成咽喉地段,極易造成擁堵。綜合上述情況,鑒于該橋?qū)^往行人和車輛安全均構(gòu)成嚴(yán)重威脅,為消除安全隱患,保證此路段正常通行及提高G207錫海線的通行能力,對其進(jìn)行加固改造是十分必要的,應(yīng)盡早付諸實(shí)施,保證左右幅橋梁共同承擔(dān)各自單方向交通。
橋梁加固設(shè)計(jì)方案以恢復(fù)構(gòu)件使用功能、一定程度上恢復(fù)承載能力、保障結(jié)構(gòu)安全性和耐久性為目的【1】。本次橋梁維修加固設(shè)計(jì)遵循盡可能不損傷原結(jié)構(gòu),避免不必要的拆除及更換,防止加固中造成新的結(jié)構(gòu)損傷或病害的原則,依據(jù)檢測評估報(bào)告和現(xiàn)場核對進(jìn)行設(shè)計(jì)【2】。設(shè)計(jì)中區(qū)分構(gòu)件結(jié)構(gòu)性病害與非結(jié)構(gòu)性病害,針對非結(jié)構(gòu)病害的構(gòu)件維修方案以恢復(fù)使用功能和耐久性為主;針對結(jié)構(gòu)性病害以及受力構(gòu)件,拆除換新以保障結(jié)構(gòu)安全【3】。
根據(jù)橋梁檢查結(jié)果將該橋右幅綜合評定為5類危橋,結(jié)合本橋的具體病害情況,為對本橋進(jìn)行加固處理,加固內(nèi)容為更換橋梁主梁、墩臺蓋梁鉚粘鋼板加固。更換全橋支座,處治病害,重新澆筑鋪裝,設(shè)置伸縮、排水裝置,重新設(shè)置護(hù)欄,提高防撞等級。具體加固內(nèi)容如下:
拆除該橋(右幅)主梁,更換為20m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁;對該橋(右幅)墩臺蓋梁進(jìn)行鉚粘鋼板加固;對橋面鋪裝進(jìn)行拆除換新,鋪裝厚度為9cm瀝青混凝土+防水層+8cm C50防水混凝土;伸縮裝置拆除換新:選擇能自由伸縮、滿足承載和變形要求、具有良好的密水性和排水性、易于檢查和養(yǎng)護(hù)的伸縮裝置【4】;采用橋面橫坡與泄水管相結(jié)合的排水措施,泄水管每4m一道,布置在橋面較低側(cè);按照小箱梁支座位置進(jìn)行植筋現(xiàn)澆墊石,連續(xù)端采用GYZ350×63(CR)固定支座,橋臺處采用GYZF4300×54(NR)滑動(dòng)支座。護(hù)坡?lián)p壞部分,拌制砂漿重新砌筑,砌塊間應(yīng)砂漿飽滿,黏結(jié)牢靠;除下部構(gòu)造松脫、剝離等已損壞的混凝土,對銹脹的鋼筋進(jìn)行除銹防銹處理,然后用環(huán)氧樹脂砂漿或其他高強(qiáng)材料予以修補(bǔ)。
設(shè)計(jì)荷載:更換主梁后主梁滿足公路-Ⅰ級,墩臺蓋梁經(jīng)加固后承載能力極限狀態(tài)滿足公路-Ⅰ級,正常使用極限狀態(tài)滿足汽-20、掛-100;橋面寬度:11.25m;設(shè)計(jì)洪水頻率:1/100;地震動(dòng)峰值加速度:0.1g。
根據(jù)JTG D62—2004《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》,該橋蓋梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),可根據(jù)式(5.2.2.1)或式(5.2.2.2)對原蓋梁抗彎承載能力進(jìn)行計(jì)算,M=2 887.114kN·m。
該橋由于上部梁板損壞嚴(yán)重,已無加固利用價(jià)值,蓋梁主要病害為混凝土銹脹,未見結(jié)構(gòu)性病害,擬對該橋(右幅)上部梁板進(jìn)行拆除換新,更換為4×20m先簡支后連續(xù)小箱梁,對蓋梁進(jìn)行鉚粘鋼板增大截面加固。
對原簡支T梁上部荷載進(jìn)行計(jì)算,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1,考慮簡支T梁、橋面鋪裝(按10cm計(jì))、護(hù)欄、人行道的自重及公路一級汽車荷載。
對換新小箱梁上部荷載進(jìn)行計(jì)算,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1,考慮小箱梁、橋面鋪裝(按17cm計(jì))、護(hù)欄、人行道的自重及公路一級汽車荷載。
對原有T梁、換新后箱梁、蓋梁抗彎承載力進(jìn)行對比,結(jié)果見表1,將原上部梁板拆除替換為連續(xù)小箱梁后,墩頂負(fù)彎矩承載能力不足,需要重新加固。
表1 彎矩對比表
根據(jù)JTG/TJ 22—2008《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》式(6.2.2-1)、式(6.2.2-2)、式(6.2.2-3),對蓋梁鉚粘鋼板后承載力進(jìn)行計(jì)算。原有蓋梁加固前抗彎承載力2 887.1kN·m,鉚粘鋼板增大截面后蓋梁抗彎承載力3 937.847kN·m,承載能力增加1 050.747kN·m。原有蓋梁加固前抗剪承載力3 315kN,鉚粘鋼板增大截面后蓋梁抗剪承載力3 744.3kN,蓋梁抗剪承載能力增加429.3kN。蓋梁加固前墩頂負(fù)彎矩2 887.1kN·m,鉚粘鋼板加固后頂負(fù)彎矩4 404.852kN·m,墩頂抗彎承載能力增加1 517.752kN·m。
本項(xiàng)目改造方案為更換上部主梁、更換支座、處治病害、蓋梁鉚粘鋼板加固。經(jīng)計(jì)算,換梁后正彎矩組合設(shè)計(jì)值2 712kN·m,加固后蓋梁正彎矩抗彎承載力3 937.8kN·m,安全系數(shù)1.452。換梁后負(fù)彎矩組合設(shè)計(jì)值3 986kN·m,加固后蓋梁負(fù)彎矩抗彎承載力4 404.9kN·m,安全系數(shù)1.105,換梁后剪力組合設(shè)計(jì)值3 315kN,加固后蓋梁抗剪承載力3 744.3kN,安全系數(shù)1.13,重新澆筑鋪裝,設(shè)置伸縮、排水裝置;重新設(shè)置護(hù)欄,提高防撞等級,更換主梁后主梁設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級,墩臺蓋梁經(jīng)加固后承載能力極限狀態(tài)滿足公路-Ⅰ級荷載標(biāo)準(zhǔn),正常使用極限狀態(tài)滿足汽-20、掛-100荷載標(biāo)準(zhǔn)。本方案從經(jīng)濟(jì)性、施工難易度和構(gòu)造物的實(shí)用性上來說都是合理的。