唐 賡，吳志隆，陳彥羽

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

為解決城市交通日益突顯的擁堵問(wèn)題，立交橋被普遍應(yīng)用于城市交通基礎(chǔ)設(shè)施中，而受城市建設(shè)用地限制，曲線(xiàn)梁橋在城市立交中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。由此，城市立交橋中曲線(xiàn)梁橋的病害也接踵而來(lái)。在曲線(xiàn)梁橋設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中由于沒(méi)有充分考慮到曲線(xiàn)梁橋彎扭耦合這種特殊的受力特性和變形形式，特別是對(duì)彎扭耦合受力特性對(duì)梁體的不利影響以及預(yù)應(yīng)力荷載、溫度梯度、系統(tǒng)溫差和混凝土收縮徐變對(duì)曲線(xiàn)梁橋的作用效應(yīng)等認(rèn)識(shí)不足[1]，加上交通量增長(zhǎng)迅猛和超載情況時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致立交橋中曲線(xiàn)梁橋的病害日益凸顯。

本文依托廣西某立交橋維修加固工程，針對(duì)其主要結(jié)構(gòu)部位病害情況進(jìn)行深入分析，探討其產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上對(duì)病害進(jìn)行綜合處治設(shè)計(jì)，為同類(lèi)型立交橋加固工程提供參考。

1 工程簡(jiǎn)介

桂林市沙河立交橋位于桂林市象山區(qū)，緊鄰沙河金橋建材裝飾城，是環(huán)城西一路與環(huán)城南三路相接的一座城市立交橋。該橋?yàn)橐蛔媳弊呦虻钠胀ㄤ摻罨炷吝B續(xù)箱梁橋，橋梁全長(zhǎng)514.392 m，共22跨。上部結(jié)構(gòu)分為5聯(lián)，橋跨組合自北向南依次為(4×20)m+(23.156+24.968)m+(2×25+28.544+2×25)m+(20+4×25+20)m+(20+25+27.638+25+20)m。橋梁全寬18.0～38.931 m，平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 沙河立交橋平面圖

2 病害情況

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告[2]，桂林市沙河立交橋主要病害情況如下。

2.1 橋面系

立交橋的橋面瀝青鋪裝層已磨耗露骨，局部存在坑槽、網(wǎng)裂和少量裂縫。

伸縮縫止水帶多處被撕裂；伸縮縫存在縫寬過(guò)大、縫寬不均勻等現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)；22#臺(tái)頂處伸縮縫抵死；伸縮縫內(nèi)垃圾填塞，部分伸縮縫內(nèi)植被滋生；兩處伸縮縫型鋼存在高差，且有跳車(chē)現(xiàn)象；伸縮縫錨固區(qū)混凝土有縱向裂縫。

圖2 沙河立交橋伸縮縫實(shí)測(cè)縫寬示意圖(mm)

防撞護(hù)欄存在多處混凝土缺陷病害(裂縫、銹脹露筋、刮擦破損)；護(hù)欄迎撞面尺寸不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2.2 上部結(jié)構(gòu)

立交橋曲線(xiàn)梁段第2、3聯(lián)均存在橫向爬移現(xiàn)象，第2聯(lián)爬移最大數(shù)值為13 cm，第3聯(lián)爬移最大數(shù)值為16.8 cm。第5聯(lián)存在縱向爬移，縱向爬移最大數(shù)值為2.0 cm，見(jiàn)圖3。

箱梁底板普遍存在裂縫寬度未超過(guò)規(guī)范限值0.2 mm的橫向裂縫及U形裂縫，間距約0.2 m，貫穿底板；墩頂負(fù)彎矩區(qū)域梁頂翼緣板處存在裂縫寬度未超過(guò)規(guī)范限值0.2 mm的橫向裂縫；主梁腹板存在少量裂縫寬度未超過(guò)規(guī)范限值0.2 mm的斜向裂縫。

2.3 下部結(jié)構(gòu)

該橋5-3#、8#、9#立柱傾斜嚴(yán)重，遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范限值。外觀(guān)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)5-3#立柱、8#立柱、9#立柱(固定支座和縱向滑動(dòng)支座處)在受拉區(qū)存在明顯的環(huán)向裂縫。根據(jù)垂直度測(cè)量數(shù)據(jù)分析推測(cè)5-3#墩樁身和9#墩樁身在現(xiàn)狀地面下方存在開(kāi)裂病害。

5#墩和6#墩右側(cè)擋塊與梁體間開(kāi)裂。

(a)第2聯(lián)梁體

3 橋梁結(jié)構(gòu)病因分析

3.1 梁體爬移分析

從檢測(cè)報(bào)告[2]反映的情況來(lái)看(見(jiàn)表1)，該立交橋曲線(xiàn)梁體存在較嚴(yán)重的爬移現(xiàn)象，并由此引發(fā)橋梁病害。

表1 梁體爬移情況一覽表

由表1可見(jiàn)，立交橋上部結(jié)構(gòu)爬移現(xiàn)象均發(fā)生在彎道曲線(xiàn)梁段處，病害特征符合曲線(xiàn)橋梁爬移病害的特點(diǎn)。曲線(xiàn)梁橋在汽車(chē)離心力、混凝土收縮徐變、溫度等作用下會(huì)使得曲線(xiàn)梁橋弧段半徑改變，圓心角不變，致使曲線(xiàn)梁橋產(chǎn)生徑向偏移。受支座摩阻系數(shù)和曲線(xiàn)梁橋結(jié)構(gòu)自重的影響，曲線(xiàn)梁橋產(chǎn)生的徑向位移無(wú)法完全恢復(fù)，這樣周而復(fù)始導(dǎo)致曲線(xiàn)梁橋徑向位移不斷積累，造成曲線(xiàn)梁橋的橫向“爬移”。

3.2 支座破壞、墩柱偏位開(kāi)裂分析

立交橋在溫度、混凝土收縮徐變、汽車(chē)離心力等作用下，梁體產(chǎn)生偏移，引起支座處產(chǎn)生水平支座反力及支座偏位。當(dāng)支座水平反力過(guò)大超過(guò)支座水平力承載極限值則導(dǎo)致支座發(fā)生剪切破壞，支座失去原有調(diào)節(jié)功能，水平力傳至墩柱，墩柱偏心受壓傾斜偏位，墩柱剛度不足進(jìn)而導(dǎo)致墩柱開(kāi)裂。

3.3 梁體裂縫分析

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告[2-3]，該橋主梁正、負(fù)彎矩區(qū)域均存在細(xì)微裂縫，第6#、18#跨梁端腹板存在斜向裂縫，目前最大裂縫寬度均未超限。因2015年檢測(cè)報(bào)告未提供詳細(xì)的裂縫數(shù)據(jù)，無(wú)法與2019年檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)裂縫的發(fā)展情況無(wú)法判斷。

對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件，從理論上來(lái)說(shuō)是帶裂縫工作的，但裂縫最大寬度不能超過(guò)相關(guān)規(guī)范的限值0.20 mm，以保證混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的耐久性。根據(jù)2019年檢測(cè)報(bào)告，其結(jié)構(gòu)抗力與作用效應(yīng)之比為1.18，斜截面抗剪強(qiáng)度安全儲(chǔ)備稍稍偏少。

雖然裂縫未超過(guò)規(guī)范限值0.2 mm，但是削弱了截面特性，橋梁加固后開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，在有超載車(chē)輛通行的情況下，即使采用“壁可法”進(jìn)行處理，也容易再次產(chǎn)生此類(lèi)裂縫。

4 綜合處治設(shè)計(jì)[4]

4.1 梁體復(fù)位及限位

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告的梁體爬移、伸縮縫實(shí)測(cè)縫寬等數(shù)據(jù)確定復(fù)位平移量，采用坐標(biāo)控制，對(duì)沙河立交橋存在爬移的第2聯(lián)、第3聯(lián)、第5聯(lián)進(jìn)行頂升復(fù)位設(shè)計(jì)：因支座位置空間受限，采用增設(shè)臨時(shí)鋼管支撐，通過(guò)三向千斤頂進(jìn)行三維復(fù)位調(diào)整。實(shí)際施工復(fù)位時(shí)應(yīng)對(duì)伸縮縫縫寬及兩聯(lián)間梁端偏移量進(jìn)行復(fù)測(cè)，根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果確定最終的復(fù)位數(shù)據(jù)。最終數(shù)據(jù)應(yīng)達(dá)到各聯(lián)梁端對(duì)齊、梁端間隙均勻以及伸縮縫縫寬均衡的復(fù)位目標(biāo)，見(jiàn)圖4。

圖4 復(fù)位后伸縮縫理論設(shè)計(jì)縫寬示意圖(mm)

梁體復(fù)位后，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告反映爬移情況及梁體自由伸縮量考慮，對(duì)沙河立交橋存在爬移曲線(xiàn)梁段(第2聯(lián)、第3聯(lián)、第5聯(lián))的橋墩及直線(xiàn)段(第1聯(lián)、第4聯(lián))的橋墩處均增設(shè)限位擋塊：采用鋼板工廠(chǎng)預(yù)制成型后鍍鋅防腐，現(xiàn)場(chǎng)植埋化學(xué)錨栓錨固。擋塊內(nèi)設(shè)置減震橡膠墊以起到緩沖作用，見(jiàn)圖5。

圖5 限位擋塊構(gòu)造示意圖(cm)

4.2 更換支座

曲線(xiàn)梁橋梁體發(fā)生較大的橫向爬移，導(dǎo)致各墩頂上的橡膠支座出現(xiàn)不同程度的拉裂和剪切破壞，情況嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)壓死現(xiàn)象。支座損壞會(huì)嚴(yán)重影響曲線(xiàn)梁橋的承載力，加大曲線(xiàn)梁橋橫向側(cè)移的病害。因此，對(duì)沙河立交橋第2、3、5聯(lián)橫向“爬移”導(dǎo)致?lián)p壞的支座進(jìn)行更換，同時(shí)根據(jù)梁體溫度伸縮需要優(yōu)化支座布置及類(lèi)型選擇。

4.3 墩柱處治

由于曲線(xiàn)梁體發(fā)生較大的橫向爬移，支座失效卡死，繼而引發(fā)墩柱承受較大水平荷載，導(dǎo)致墩柱產(chǎn)生傾斜、開(kāi)裂現(xiàn)象。墩柱產(chǎn)生傾斜、開(kāi)裂后，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致墩柱承載能力無(wú)法滿(mǎn)足橋梁運(yùn)營(yíng)要求。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告的病害情況及優(yōu)化后支座布置及類(lèi)型選擇，同時(shí)結(jié)合地形條件將曲線(xiàn)梁段的8#、9#、19#、20#墩改造為三支座薄壁墩，對(duì)5-2#、5-3#、5-4#(報(bào)告中編號(hào))墩柱采取外包鋼套筒(套筒包至樁柱)灌注混凝土加固措施，提高其承載能力，鋼套筒采用鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝。同時(shí)，在樁頂及墩柱頂處增設(shè)橫系梁，提高墩柱整體剛度，見(jiàn)圖6。

圖6 增設(shè)薄壁墩構(gòu)造示意圖(cm)

5#墩和6#墩右側(cè)擋塊與梁體抵死開(kāi)裂，梁體復(fù)位后采用鑿除原擋塊及開(kāi)裂混凝土，重新澆筑混凝土后粘貼鋼板加強(qiáng)擋塊。

4.4 樁基處治

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告[2]，本橋5-3#、5-4#、8#、9#、19#墩柱均存在明顯的環(huán)向裂縫，樁身可能存在開(kāi)裂。加固前對(duì)5-3#、5-4#、8#、9#、19#墩柱樁基進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)，對(duì)5-3#、5-4#墩柱樁基采用鋼套筒內(nèi)灌注自密實(shí)混凝土的方法進(jìn)行加固處理。結(jié)合8#、9#、19#墩改造為薄壁墩情況，8#、9#樁基增設(shè)錨筋樁及承臺(tái)，19#墩開(kāi)挖至擴(kuò)基底，加大原擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)基往上外包混凝土形成薄壁墩。

4.5 主梁加固

雖然裂縫未超過(guò)規(guī)范限值，但是削弱了截面特性，橋梁加固后開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，在有超載車(chē)輛通行的情況下，即使采用“壁可法”進(jìn)行裂縫灌膠處理，也容易再次產(chǎn)生此類(lèi)裂縫，而裂縫對(duì)橋梁耐久性影響較大。同時(shí)考慮現(xiàn)行《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》城-A級(jí)與原橋設(shè)計(jì)采用的93版《城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》設(shè)計(jì)荷載城-A級(jí)相比，對(duì)車(chē)輛荷載的限值有了一定提高，為提供安全富余度而對(duì)主梁進(jìn)行加固。結(jié)合沙河立交橋?qū)嶋H情況，從對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷、加固效果、施工條件及后期維護(hù)等綜合考慮，認(rèn)為普通碳纖維布加固較為理想。沙河立交橋混凝土箱梁加固采用粘貼普通碳纖維布加固，即在梁底板及墩頂段腹板間隔粘貼20 cm寬碳纖維布并布置20 cm寬碳纖維布?jí)簵l進(jìn)行加固，見(jiàn)圖6、圖7。

圖7 梁底粘貼碳纖維布示意圖(cm)

圖8 腹板粘貼碳纖維布示意圖(cm)

4.6 橋面系處治

沙河立交橋2009年建成至今橋面鋪裝未進(jìn)行過(guò)更換。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，沙河立交橋的橋面瀝青鋪裝層已磨耗露骨，局部存在坑槽、網(wǎng)裂等病害。對(duì)此，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告對(duì)橋面瀝青鋪裝進(jìn)行全部更換：采用SBS改性瀝青防水粘結(jié)層+SMA-13改性瀝青瑪蹄脂碎石。橋面防水等級(jí)為1級(jí)，防水層使用年限為15年。

根據(jù)前文所述伸縮縫病害情況，為減少橋面跳車(chē)，提高行車(chē)舒適性，對(duì)伸縮縫進(jìn)行更換處理。伸縮縫更換應(yīng)在鑿除舊伸縮縫，鋪好橋面瀝青混凝土后再重新開(kāi)鑿伸縮縫槽口，安裝新的伸縮縫裝置，最后澆筑伸縮縫錨固區(qū)混凝土。

根據(jù)《2019年桂林城市橋梁安全防護(hù)設(shè)施檢測(cè)報(bào)告》[5]，沙河立交橋混凝土防撞護(hù)欄迎撞面形狀不能滿(mǎn)足《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D81-2017)要求，經(jīng)與項(xiàng)目業(yè)主溝通后，確定對(duì)防撞護(hù)欄進(jìn)行加高改造，對(duì)原混凝土護(hù)欄按SS級(jí)加高至1.10 m，再在其頂面設(shè)置鋼牛角固定鋼管加高至1.4 m。

4.7 其他局部病害處治措施

其他病害指各類(lèi)構(gòu)件的裂縫、蜂窩、麻面、孔洞、剝落、露筋等。

(1)對(duì)于寬度(寬度為處治之前的裂縫寬度，下同)≥0.15 mm的橋梁上、下構(gòu)裂縫，采用壓力灌注法進(jìn)行裂縫灌膠處理；對(duì)于寬度 <0.15 mm 的橋梁裂縫，采用裂縫表面封閉處理。

(2)對(duì)于混凝土出現(xiàn)的蜂窩、麻面、孔洞、剝落、露筋等缺陷的部位和露筋的區(qū)域，采用局部鑿除法，再用改性環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

(3)對(duì)支座鋼板銹蝕部分重新進(jìn)行除銹防銹處理。

(4)對(duì)其他損壞的附屬設(shè)施進(jìn)行維修處理。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行病害分析評(píng)估的基礎(chǔ)上，根據(jù)立交橋的病害成因，采取綜合的處治對(duì)策：對(duì)爬移箱梁進(jìn)行頂升復(fù)位并增設(shè)限位裝置；根據(jù)結(jié)構(gòu)變形優(yōu)化支座設(shè)置；對(duì)墩柱進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)；增強(qiáng)固定、單向支座墩柱整體受力性能；箱梁底板及腹板粘貼碳纖維布加固，提高承載能力；更換橋面鋪裝提高行車(chē)舒適性，減輕汽車(chē)沖擊影響。本文病害成因及綜合處治設(shè)計(jì)可為同類(lèi)型立交橋維修加固提供參考。