王錫志

(安徽省公路工程檢測中心，安徽 合肥 230051)

1 工程概況

某一級公路改建工程項目拆除重建原有橋梁，新建橋梁上部構造采用3×20 m預制預應力混凝土小箱梁，該項目路基寬度24.5 m，半幅橋寬12 m，橋梁斜交角30°，橫向采用4片梁，梁高1.2 m，濕接縫寬50 cm[4-7]。

2 問題概述與現(xiàn)狀(引用現(xiàn)場調查結論)

2.1 箱梁未按設計角度預制

預制箱梁角度按照斜交角20°左右預制，導致端部尺寸有偏差、現(xiàn)澆中橫梁及端橫梁呈鋸齒形分布。

2.2 端部伸縮縫預留槽偏差

因箱梁預制角度與橋臺背墻不一致，導致端部伸縮縫預留槽口偏差，伸縮縫無法安裝，同時部分梁體翼緣板抵住橋臺背墻，梁體無法伸縮，如圖1所示。

圖1 預制梁存在的問題

3 方案解決原則與思路

3.1 方案設計原則

由于本項目中的預制箱梁的預制角度、長度與原設計有出入，需重新根據(jù)實際情況對橋梁整體受力情況進行計算分析。確定橋梁實際的受力狀態(tài)是否還能滿足使用要求。選取最不利的狀況的箱梁作為通用情況，由于箱梁已經(jīng)預制完成，根據(jù)施工記錄等資料，梁高、板厚等受力構件尺寸與預應力布置仍然依據(jù)原設計建立有限元模型。計算表明，按照翼緣板橫向連接良好的情況下，目前的情況經(jīng)過改造與維護處理后，對結構安全性并不至于產(chǎn)生太大的影響。

但如果按照原設計繼續(xù)進行施工，目前情況下箱梁局部區(qū)域，尤其是橫梁位置受力較為復雜，箱梁的縱橫向聯(lián)系與力流傳遞路徑不明確，在長期運營狀態(tài)下，經(jīng)過活載的反復作用加上環(huán)境的劣化影響，結構受力將趨于不利，結構長期的耐久性與服務質量將難以保證。因此，必須對目前出現(xiàn)的施工偏差進行糾正與處理，以加強結構的安全性與穩(wěn)定性，保證橋梁的建設質量與服務水平。

方案設計原則如下

(1)保證結構安全性及耐久性：通過合理手段保證結構的整體性受力，加強橫梁結構強度與剛度。

(2)不破壞現(xiàn)有預制結構：目前預制箱梁已經(jīng)架設完畢，本次設計原則上不在預制箱梁梁體上開洞、開槽，避免對梁體造成損失。

(3)施工措施環(huán)保：加固處理措施不造成當?shù)睾恿髋c土地的污染。

3.2 現(xiàn)澆中橫梁橫向連接重建方案

目前現(xiàn)澆中橫梁呈鋸齒形分布，此種情況下，現(xiàn)澆中橫梁難以貫通連接4片預制箱梁，橫梁整體性難以保證。為解決此問題，采用鋼結構作為現(xiàn)澆橫梁骨架，加強相鄰2片箱梁間的橫向聯(lián)系，同時提高橫梁高度至1.2 m，以保證橫梁在使用荷載作用下的受力安全。

4 折線形現(xiàn)澆中橫梁橫向受力計算

4.1 結構驗算方法

采用MIDAS Civil對折線形現(xiàn)澆中橫梁進行橫向受力分析計算，并以《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)為標準進行驗算，車道荷載按《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)中的新車道荷載考慮，結構按普通鋼筋混凝土結構進行驗算[1-4]。

4.2 驗算模型

現(xiàn)澆中橫梁橫向受力分析模型為3跨帶雙懸臂的連續(xù)梁，由于各片箱梁順橋向出現(xiàn)錯位，因此模型軸線為一空間折線。

梁單元截面高度為1.2 m，截面寬度取4道中橫梁寬度實測值中最不利的一組，且考慮橫梁兩側腔內的現(xiàn)澆混凝土對支點附近梁單元截面寬度的增加作用。

截面縱向鋼筋包括：距現(xiàn)澆中橫梁底部85 mm平均間距100 mmφ25的橫橋向束筋；距現(xiàn)澆中橫梁頂板頂面270 mm平均間距100 mmφ25的橫橋向鋼筋；翼緣板內距頂面47 mm間距100 mmφ12的17(或17′、18、18′)橫橋向鋼筋。

截面抗剪鋼筋：雙肢φ16截面抗剪箍筋，支點附近及箱梁間橫梁兩端附近箍筋間距100 mm，其他間距150 mm。

型鋼焊接而成的鋼骨架作為安全儲備，模型中不考慮其強度和剛度貢獻。

4.3 驗算荷載選取

(1)自重：鋼筋混凝土構件重度為26 kN/m3。

(2)橫梁兩側結構的自重及二期恒載產(chǎn)生的剪力效應：建立3×20 m連續(xù)小箱梁邊梁縱向模型，自重及二期恒載產(chǎn)生的中支點支反力標準值為1 128.7 kN。考慮到現(xiàn)澆中橫梁兩側箱梁箱室內約0.3 m厚混凝土的傳遞剪力作用，且每片箱梁范圍內中橫梁長度約1.3 m，因此每個支點兩側各0.65 m范圍內承受1 128.7/1.3=868.2 kN/m的均布恒荷載。

(3)汽車活荷載：公路-Ⅰ級，模型中將0～3輛標準車，基于各單元橫向影響線，按照最不利位置進行加載計算，并考慮汽車沖擊系數(shù)和車輛荷載有效荷載分布范圍影響。

4.4 驗算結果

4.4.1 持久狀況正截面抗彎承載能力極限狀態(tài)計算

按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)中4.1.6-1式，現(xiàn)澆中橫梁在承載能力極限狀態(tài)下正截面抗彎滿足規(guī)范要求。

4.4.2 持久狀況斜截面抗剪承載能力極限狀態(tài)計算

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)第5.1.5條驗算，現(xiàn)澆中橫梁的組合設計最大值均小于等于構件承載力設計值，滿足規(guī)范要求。

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)第5.2.9條進行抗剪截面驗算，滿足規(guī)范要求。

4.4.3 正常使用極限狀態(tài)裂縫寬度驗算

選取最不利位置邊支點截面上緣，按鋼筋應力205.97 MPa和安全系數(shù)1.4，裂縫寬度結果為0.14 mm，現(xiàn)澆橫梁所有節(jié)點處裂縫寬度均不超過規(guī)范0.20 mm限制，滿足規(guī)范要求。

4.4.4 結論

通過對折線形現(xiàn)澆中橫梁橫向分析計算，持久狀況正截面抗彎承載能力、持久狀況斜截面抗剪承載能力及正常使用極限狀態(tài)裂縫寬度均滿足《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)或《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)的要求。

5 解決方案實施

5.1 現(xiàn)澆中橫梁橫向連接

(1)中橫梁按照端部現(xiàn)狀現(xiàn)澆，2片箱梁之間以連接腹板外邊緣為原則。

(2)在現(xiàn)澆中橫梁中部位置設置由2根HW100×100型熱軋H型鋼作為上、下弦桿，2根HN100×50型熱軋H型鋼作為腹桿的鋼骨架連接相鄰2片箱梁；桿件連接采用角焊縫連接。鋼骨架與橫梁箍筋焊接固定。如圖2所示。

圖2 現(xiàn)澆中橫梁鋼骨架構造圖

(3)綁扎橫梁鋼筋，箍筋和橫向受力鋼筋進行加強，由于梁端呈鋸齒狀鋼筋難以通長布置，綁扎時應保證每2片箱梁間鋼筋通長，并在箱梁端部位置進行焊接或綁扎的連接以形成連續(xù)的鋼筋布置；鋼筋綁扎時應根據(jù)箱梁實際尺寸進行定位，保證保護層厚度。

(4)澆筑C50小石子混凝土，最大粗骨料粒徑不大于20 mm，加強振搗及養(yǎng)護，保證橫梁混凝土質量。

5.2 端橫梁橫向連接及伸縮縫預留槽偏差處理方案

如圖3所示。

圖3 梁端與橋臺改造示意圖

(1)端橫梁按照端部現(xiàn)狀，進行鋼筋連接，箍筋和橫向受力鋼筋進行加強。

(2)現(xiàn)有橋臺背墻從頂部往下切除50 cm。

(3)梁端加厚塊縱向植入φ12的鋼筋，澆筑三角形端部加厚塊，注意預留伸縮縫錨固鋼筋。

(4)橋臺背墻植筋，澆筑35 cm厚新背墻。

6 施工注意事項

由于現(xiàn)場實際情況較為復雜，實施方案時，相關構件的尺寸應根據(jù)現(xiàn)場情況做適應性的調整。建設、設計、施工各相關單位密切聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)問題方案應及時進行補充、修改。