林海榕
(上海市交通建設(shè)工程管理中心,上海市 200065)
當(dāng)受到道路等級或航道通航標(biāo)準(zhǔn)提高、城市交通規(guī)劃更新調(diào)整等一系列因素的影響,現(xiàn)狀橋梁無法適應(yīng)交通的進(jìn)一步發(fā)展時(shí),就需要進(jìn)行改建以滿足發(fā)展的需求。
如對老橋進(jìn)行拆除新建,會產(chǎn)生以下嚴(yán)重影響:施工周期長、交通影響大、建設(shè)成本高、環(huán)境及社會影響大。因此尋求一種合理、安全、經(jīng)濟(jì)、快速的橋梁改建方法極為必要。
本文結(jié)合工程實(shí)例,從改建原則、計(jì)算要點(diǎn)、改建方式等方面,針對既有橋梁改建方法進(jìn)行全面的研究探討,以保證橋梁改建的合理、安全、經(jīng)濟(jì)、快速[1]。所得結(jié)果可供相關(guān)專業(yè)人員參考。
既有橋梁改建原則應(yīng)遵循安全適用、技術(shù)可靠、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境保護(hù)的要求,主要有:
(1)既有橋梁改建時(shí),應(yīng)確保橋下凈空滿足排洪、通航等要求。在設(shè)計(jì)研究前期應(yīng)征詢相關(guān)部門意見,盡量做到橋梁維修改造時(shí)能維持原跨徑布置,上部結(jié)構(gòu)以滿足梁底標(biāo)高不低于現(xiàn)狀梁底標(biāo)高為原則。如此可極大提升橋梁改建的經(jīng)濟(jì)性、施工便利性。
(2)開展針對現(xiàn)狀橋梁的檢測,結(jié)合檢測報(bào)告及總體方案設(shè)計(jì),對現(xiàn)狀橋梁進(jìn)行復(fù)核計(jì)算,確定現(xiàn)狀橋梁的可利用程度,提出合理、安全、經(jīng)濟(jì)、快速的改建方案。
(3)橋梁維修改造應(yīng)盡量減小額外增加的荷載,并根據(jù)現(xiàn)狀橋梁的檢測結(jié)果,確保結(jié)構(gòu)安全耐久。
(4)將工廠化、裝配化等快速化施工方案作為主要應(yīng)用方向,合理確定上部結(jié)構(gòu)型式,盡可能縮短施工工期,減少施工期間對交通的影響。
(1)對既有橋梁進(jìn)行改建計(jì)算時(shí),應(yīng)結(jié)合《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)及現(xiàn)狀橋梁的“檢測報(bào)告”,對保留利用的老橋采用相應(yīng)的檢算系數(shù)和折減系數(shù)。
(2)采用原設(shè)計(jì)規(guī)范來復(fù)核計(jì)算保留利用的結(jié)構(gòu)。
(1)蓋梁抗彎承載力、抗剪承載力、抗裂性能。
(2)橋墩壓彎承載力、抗裂性能。
(3)承臺抗彎承載力、抗剪扭承載力。
(4)樁基礎(chǔ)軸向受壓承載力容許值、壓彎承載力、抗裂性能。
(5)下部結(jié)構(gòu)的抗震性能。
新老混凝土結(jié)合面抗剪計(jì)算可參考《美國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(AASHTO-2004),主要計(jì)算方式如下。
不同時(shí)間澆筑的2 批混凝土的界面抗剪承載力設(shè)計(jì)值Vn為:
同時(shí)應(yīng)滿足以下2 個(gè)條件:
式中:Vn為界面抗剪承載力設(shè)計(jì)值,N;Acv為傳遞剪力的界面混凝土面積,mm2;Avf為穿過剪力傳遞界面的抗剪鋼筋面積,即植筋的鋼筋面積,mm2;fy為抗剪鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,MPa;Pc為垂直于傳遞剪力界面的永久凈壓力,如為拉力,則取零,N;f′c為強(qiáng)度較低一側(cè)的混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,MPa;c 和μ 分別為黏結(jié)力系數(shù)和摩擦力系數(shù)。
對于整體澆筑的混凝土,黏結(jié)力系數(shù)c 和摩擦力系數(shù)μ 的取值為:c=1.0 MPa,μ = 1.4 λ。
對已結(jié)硬的清潔和無浮漿且表面已加工使其粗糙到幅度為6 mm 的混凝土,c =0.7 MPa,μ=1.0 λ。
對已結(jié)硬的清潔和無浮漿且表面未特意加工使其粗糙的混凝土,c=0.52 MPa,μ = 0.6 λ。
λ 對于普通密度混凝土取1.0;對于低密度混凝土建議取0.8。
以上海市江楊北路(G1501—S20)改建工程中的沙浦河橋、湄浦河橋老橋改建為例,進(jìn)一步闡述既有橋梁改建方法的應(yīng)用過程和成果。
現(xiàn)狀沙浦河橋于2001 年4 月30 日竣工,橋梁總長30 m,跨徑組合為3×10 m,橋梁總寬45 m,橋梁橫斷面為雙幅布置,單幅橋?qū)?2 m,斜交20°(順)。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土鉸接空心板梁,梁高0.52 m。橋梁下部結(jié)構(gòu)為多柱式排架橋墩。沙浦河橋原設(shè)計(jì)荷載為汽車- 超20,驗(yàn)算荷載為掛車-120,人群荷載為3.5 kN/m2。沙浦河橋橋梁立面、橫斷面見圖1、圖2。
圖1 沙浦河橋立面(單位:mm)
圖2 沙浦河橋橫斷面(單位:mm)
現(xiàn)狀湄浦河橋于2001 年6 月28 日竣工,橋梁總長182.5 m,跨徑組合為(20+5×28.5+20)m,橋梁橫斷面為雙幅布置,單幅橋?qū)?2 m,斜交10°(逆)。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用變高度鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋,支點(diǎn)梁高2.4 m,跨中梁高1.2 m;橋梁下部結(jié)構(gòu)采用多柱式橋墩。湄浦河橋原設(shè)計(jì)荷載為汽車- 超20,驗(yàn)算荷載為掛車-120,人群荷載為3.5 kN/m2。湄浦河橋橋梁立面、橫斷面見圖3、圖4。
圖3 湄浦河橋立面(單位:mm)
圖4 湄浦河橋橫斷面(單位:mm)
由于本工程道路等級在改造后并未提高,仍為二級公路,依據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014),僅需針對現(xiàn)狀橋梁進(jìn)行相應(yīng)的檢測評估,并滿足原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。
(1)道路等級:二級公路。
(2)設(shè)計(jì)速度:60 km/h。
(3)汽車荷載:考慮到本工程路段交通繁忙,重車較密集,上部結(jié)構(gòu)承受較大的直接荷載,因此上部結(jié)構(gòu)計(jì)算采用現(xiàn)行規(guī)范,即公路-Ⅰ級,并用城-A級驗(yàn)算;下部結(jié)構(gòu)承受的荷載為上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的間接荷載,因此下部結(jié)構(gòu)計(jì)算采用原設(shè)計(jì)規(guī)范,即汽車-超20,掛車-120。
(4)橋梁設(shè)計(jì)安全等級:橋梁設(shè)計(jì)安全等級為一級,構(gòu)件重要性系數(shù)取1.1。
(5)地震烈度及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn):抗震設(shè)防烈度為7 度,橋梁抗震設(shè)防措施按8 度區(qū)執(zhí)行。橋梁的抗震設(shè)計(jì)按照原設(shè)計(jì)規(guī)范《公路工程抗震規(guī)范》(JTJ 004—89)執(zhí)行。
(6)設(shè)計(jì)使用年限:由于既有橋梁執(zhí)行的原設(shè)計(jì)規(guī)范沒有對設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行相關(guān)規(guī)定,且本工程屬于對現(xiàn)狀橋梁的改建,因此既有橋梁維修改造后的設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)結(jié)合橋梁檢測評估后的結(jié)構(gòu)剩余使用年限預(yù)測結(jié)果來確定。
(7)水務(wù)及通航:征詢區(qū)水務(wù)局的意見,橋梁維修改造時(shí),維持原跨徑布置,改換的上部結(jié)構(gòu)以滿足梁底標(biāo)高不低于現(xiàn)狀梁底標(biāo)高為原則。
沙浦河橋上部結(jié)構(gòu)空心板梁無法滿足道路橫斷面調(diào)整后的使用要求,因此將其拆除并進(jìn)行更換??紤]到鉸接空心板梁的鉸縫耐久性差,損壞后將導(dǎo)致板梁形成單梁受力,而剛接空心板梁整體性好,且其結(jié)構(gòu)重量相對現(xiàn)狀不增加,梁高也與現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)基本一致,因此將沙浦河橋上部結(jié)構(gòu)更換為剛接空心板梁。
根據(jù)計(jì)算,湄浦河橋主體結(jié)構(gòu)除承臺系桿抗拉承載力無法滿足道路橫斷面調(diào)整后的使用要求,其余均能滿足,因此需要對承臺進(jìn)行加固改造。加固改造前提出2 種方案進(jìn)行比選。
3.4.1 方案一
承臺通過植筋,使承臺截面加大;同時(shí)在承臺加大處加設(shè)受力主筋來提高承臺承載力,從而滿足受力要求[2]。
方案一承臺改造圖見圖5。
圖5 方案一承臺改造圖(單位:mm)
承臺新老混凝土之間通過植筋以及表面鑿毛的方式進(jìn)行連接。承臺植筋圖見圖6。
圖6 方案一承臺植筋圖
在承臺頂面加高及兩側(cè)加寬范圍內(nèi),加設(shè)受力主筋。承臺補(bǔ)強(qiáng)鋼筋圖見圖7。
圖7 方案一承臺補(bǔ)強(qiáng)鋼筋圖
3.4.2 方案二
在立柱側(cè)面及承臺頂面進(jìn)行植筋,并澆筑立柱混凝土,以加大橋梁立柱的直徑,減小樁基礎(chǔ)在承臺上的沖跨比,從而減小承臺的受力,滿足承臺的受力要求。
方案二立柱植筋圖、立柱補(bǔ)強(qiáng)鋼筋圖(在立柱底部約1 倍立柱直徑范圍內(nèi)加設(shè)受力主筋)見圖8、圖9。
圖8 方案二立柱植筋圖
圖9 方案二立柱補(bǔ)強(qiáng)鋼筋圖
3.4.3 方案比選結(jié)果
綜合比選后,方案一植筋數(shù)量大,改造規(guī)模大,且由于承臺一般位于土中或河道水中,對承臺進(jìn)行植筋加固前,需要進(jìn)行大規(guī)模的開挖或設(shè)置水中圍堰,施工速度慢,費(fèi)用較高。因此本工程改造采用方案二。
方案一的改造加固方法一般在承臺受力欠缺較大時(shí)采用。
本文結(jié)合上海市江楊北路(G1501—S20)改建工程中的老橋改建實(shí)例,針對改建原則、計(jì)算要點(diǎn)、改建方式等方面,對既有橋梁改建方法進(jìn)行全面的研究探討,對其中的一些技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行具體論述,使橋梁改建方案合理、安全、經(jīng)濟(jì)、快速。所得結(jié)果可為今后類似橋梁的改建提供一些借鑒和參考。