石杰榮

（陜西交通控股集團有限公司京昆改擴建項目管理處，陜西 西安 710089）

0 引言

目前我國早期修建的許多公路出現了通行能力差、服務水平低等問題，已經不能滿足社會和經濟發(fā)展的需要[1]。為了提高公路服務水平，許多高速公路都面臨改建、擴建、提升道路荷載等級的問題，公路橋梁的改擴建已迫在眉睫。橋梁改擴建工程復雜，技術難題多，實施難度大，本文通過公路橋梁改擴建工程中的既有橋梁科學評估、合理利用等關鍵問題進行研究，為改擴建工程開展提供理論和技術支持。

1 橋梁拼寬與加固要點

公路改擴建工程中，首先應明確橋梁拼寬和加固要點，主要包括以下方面：

（1）調查、收集、整理原設計、施工、運營管理、養(yǎng)護維修等歷史資料。在綜合分析、評價原路狀況的基礎上，根據改擴建工程特點，盡可能利用原路資源，節(jié)省土地與投資。

（2）按照全壽命周期成本的理念進行改擴建設計，注重實效，選擇安全可靠、技術先進、環(huán)境協調、經濟合理、施工便利的方案。

（3）根據現行汽車荷載標準對橋梁結構進行荷載模擬計算分析，對承載能力不滿足現行規(guī)范的橋梁應該進行加固處置，以保證工程結構的穩(wěn)定性、耐久性和安全性。

（4）在對橋梁進行加寬和加固時，應考慮基礎的地基承載力，一般情況下，新結構基礎的沉降不應過大，同時不影響舊橋基礎。

（5）加固應考慮病害影響、材料劣化、新舊材料的結合性能及性能差異；改變結構體系加固時應控制合理的受力變形狀態(tài)，加固驗算應根據橋梁建設年代的設計荷載、材料性能進行相應計算。

2 橋梁拼寬方案及加固方案

2.1 橋梁拼寬方案

橋梁拼接加寬通常應充分注重結構的耐久性和可靠性要求，同時考慮施工的可實施性和便捷性，降低運營期養(yǎng)護成本，宜采用與原橋同跨徑、同結構形式，力求標準化、裝配化、外觀一致性。目前改擴建工程橋梁拼寬包括三種方案。

（1）上、下部結構均不連接

該方案相當于新建一座橋梁，通過橋面鋪裝形成整體，新舊結構各自承擔荷載，對原結構影響較小，施工組織和工藝較簡單。但僅通過橋面系連接后，由于新舊結構收縮徐變差異、基礎沉降不一致等因素的影響，將導致橋面系出現縱向開裂，引起錯臺，影響行車安全性。

（2）上、下部結構均連接

上、下部結構均連接后，結構的整體性良好，避免均不連接會引起的行車安全問題，但是由于混凝土收縮徐變及沉降不一致等因素的影響，導致上下部新舊結構連接構造易出現病害，給后期運營養(yǎng)護帶來不利影響。

（3）上部構造連接、下部構造不連接

該方案綜合了前兩種方案的優(yōu)點，通過將上部結構連接實現橋面良好的整體性，而下部結構不連接，可避免連接帶來的結點病害，同時可降低工程造價，簡化施工工藝。本文工程實例采用該方案，目前已運營三年多，狀態(tài)良好。

2.2 舊橋加固方案

對橋梁技術狀況較差或承載能力不滿足現行規(guī)范要求的情況，改擴建工程中需對原結構進行加固?？刹捎眉庸谭桨赴ㄒ韵路矫?。

（1）增大截面加固技術。通過增大截面，將新增混凝土結構與原構件的變形和受力結合為整體，可提高構件的強度和剛度。該方法的優(yōu)點是受力簡單，適用范圍廣；缺點是需增加結構的高度，同時對原結構自重增加較大，施工周期長。

（2）粘貼片材加固技術。采用膠黏劑將鋼板或碳纖維布黏結在構件的拉伸和剪切薄弱部位，提高構件的拉伸和抗剪承載力。該方法具有結構簡單、周期短、結構外形變化小等優(yōu)點。特別是碳纖維復合材料具有重量輕、強度高、加固效率高、耐腐蝕性好等優(yōu)點。但是也存在對結構承載能力提升程度不足，同時存在剝離失效的風險。

（3）預應力加固技術。以上兩種加固技術均為被動加固技術，許多方面仍然存在著制約因素。預應力加固技術是在原構件體外增設預應力鋼束，通過對其施加預應力的方法，改變原結構的內力分布，以達到加固目的?？芍鲃訛樵Y構提供預加力，與其他的加固方法相比，提高材料利用效率，改善了應力滯后的問題，在其他多個方面也存在優(yōu)勢。

（4）組合加固方法。傳統的加固方法均存在其優(yōu)缺點，采用單一的加固方法無法達到處置效果，因此可采用多種方法組合加固，如體外預應力加固法與其他方法的綜合利用可有效解決單一加固法的缺點，尤其是增大截面與體外預應力加固法的綜合利用可有效解決加固后結構成為超筋梁的問題，使得體外預應力加固法加固的范圍更廣。

3 工程實例

3.1 工程概況

某國省干線公路的一座大橋，橋梁全長為121.164m，原橋建成于1965年，上部結構采用7×16.8m鋼筋混凝土T梁，下部結構采用柱式墩，擴大基礎，橋梁設計荷載等級為汽-13，拖-60。對該橋進行改擴建，改擴建工程設計荷載等級為公路-Ⅱ級，改擴建橋面設計寬度為18.2m。

3.2 舊橋技術狀況評估

3.2.1 承載能力折減系數計算

此橋運營多年后，出現了不同程度的耐久性病害，削弱了結構承載力。因此，需根據橋梁實際狀態(tài)，按照規(guī)范要求評定橋梁實際承載能力。結合橋梁檢測評估結論，引入承載能力折減系數（含承載能力驗算系數Z1和承載能力惡化系數ξe），用以評估結構實際承載力相對設計結構承載力的削弱。

式（1）中：MR為結構承載能力計算值；ξe為承載能力惡化系數；ξc為配筋混凝土結構的截面折減系數；ξs為鋼筋的截面折減系數。

參考檢測結論，選取以下系數：

（1）承載能力檢算系數Z1：結合橋梁外觀質量、混凝土強度、結構模態(tài)參數，取Z1=0.99，構件評定技術狀況見表1。

表1 構件技術狀況評定

（2）承載能力劣化系數ξe：根據耐久性惡化各項檢測指標的檢測結果，考慮混凝土表觀缺損、鋼筋自然電位、混凝土電阻率、混凝土碳化深度、混凝土保護層厚度等確定惡化狀況評定值。橋址的環(huán)境特取“干、濕交替、凍、無侵蝕性介質”環(huán)境，經計算，得到惡化系數ξe=0.0733，惡化系數評定指標見表2。

表2 惡化系數評定指標

（3）材料劣化系數ξc、ξs：根據檢測結論，混凝土截面折減系數ξc=0.99，鋼筋折減系數ξs=0.98，材料劣化系數評定指標見表3。

表3 材料劣化系數評定指標

表3 （續(xù)）

經以上分析，結構截面折減0.99，鋼筋截面折減0.98，承載能力綜合折減Z1( 1-ξe)=0.90。

3.2.2 原橋承載能力分析

采用Midas有限元軟件建立該橋的計算模型，如圖1所示。

圖1 橋梁計算模型

根據計算，各控制斷面抗彎及抗剪承載能力極限狀態(tài)驗算分別見表4和表5。由表4～表5可知，跨中截面正截面抗彎承載能力不滿足現行公路-Ⅱ級荷載等級要求。

表4 抗彎承載能力極限狀態(tài)驗算 單位：kN·m

表5 抗剪承載能力極限狀態(tài)驗算 單位：kN

3.3 橋梁拼寬設計

拼寬設計采用上部構造連接、下部構造不連接方案，上部結構通過濕接縫將新舊結構連接為整體，橋梁拓寬部分上部結構采用5片7×16.8m鋼筋混凝土T梁，下部結構采用柱式墩，擴大基礎，橋梁拼寬橫斷面布置如圖2所示。通過鑿除舊橋邊板翼緣懸臂、部分鋪裝及護欄，植筋與拼寬橋梁邊板預埋鋼筋綁扎，新、舊橋梁采用濕接縫連接，采用補償收縮混凝土以避免混凝土收縮引起的混凝土結構開裂問題。下部墩臺重新設計，獨立承擔荷載，同時鑿除舊橋蓋梁與新建蓋梁重疊部分，樁長設計時適當提高安全儲備，減少新、舊橋梁基礎的不均勻沉降差。

圖2 橋梁拼寬橫斷面布置

3.4 舊橋加固設計

舊橋已運營多年，橋梁設計荷載等級較低，公路交通量不斷增加，隨著車輛的噸位、數量不斷上升，使得橋梁長期處于超限服役和疲勞運營的不利受力狀態(tài)。原橋主梁梁肋尺寸較小，剛度不足，主梁梁體存在較多的豎向及斜向裂縫，進一步降低了主梁的剛度與強度，影響了橋梁上部結構的承載能力。傳統加固方法對結構承載能力提升有限，對本橋采用鋼板-混凝土組合加固方案，以提升結構承載能力和剛度（見圖3）。

圖3 T梁鋼板-混凝土組合加固方案（單位：cm）

加固后各控制斷面抗彎及抗剪承載能力極限狀態(tài)驗算分別見表6和表7，各截面均滿足現行公路-Ⅱ級設計要求。

表6 加固后抗彎承載能力極限狀態(tài)驗算 單位：kN·m

表7 加固后抗剪承載能力極限狀態(tài)驗算 單位：kN

改擴建工程中通過合理的加固措施達到了提升結構承載能力儲備的目的，取得了良好的效果，避免大規(guī)模拆除重建帶來的資源消耗和環(huán)境負擔。

4 結語

隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，改擴建工程將逐漸增多，由于原橋可能存在荷載等級較低、技術狀況較差等問題，在改擴建工程中通過對原橋合理的加固提升使得其承載能力可滿足現行規(guī)范要求，達到合理利用原結構的目的，從而減少資源消耗，降低碳排放，符合高質量發(fā)展要求。

通過對依托工程舊橋受力狀態(tài)評估，針對結構正截面承載能力不滿足現行規(guī)范要求提出合理的加固方案后合理利用，同時對新舊結構采用上部構造連接、下部構造不連接改擴建方案。綜合應用了橋梁拼寬和加固處置方案，整體效果良好，可供同類橋梁改擴建工程借鑒。