郭建東

（河南交通投資集團(tuán)有限公司三門峽分公司，三門峽 472000）

1 工程概況

某高速公路主線橋梁，于2007年建成通車，橋梁荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，全長(zhǎng)98.36m，橋跨布置為3×30m，橋面凈寬2×11.5m，單幅橋橫向布置4 片小箱梁。上部承重結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，橫隔板設(shè)置在墩臺(tái)位置，跨中無(wú)橫隔板，預(yù)制箱梁、橫梁、現(xiàn)澆接頭及濕接縫采用50 號(hào)混凝土；下部構(gòu)造采用樁柱式橋墩，埋置式橋臺(tái)。該橋現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1 所示。

圖1 橋梁現(xiàn)場(chǎng)

2 病害調(diào)查與產(chǎn)生機(jī)理分析

2.1 病害調(diào)查

該橋通車運(yùn)營(yíng)12年，由于近幾年來(lái)交通量劇增、材料劣化等因素綜合影響，橋梁使用情況嚴(yán)重低于預(yù)期，根據(jù)橋梁定期檢測(cè)情況，橋梁右幅技術(shù)狀況評(píng)分Dr 為39.58分，左幅技術(shù)狀況評(píng)分Dr 為39.38 分，橋梁屬于四類橋梁，根據(jù)規(guī)范相關(guān)要求該橋需進(jìn)行大修或改造，并及時(shí)進(jìn)行交通管制。

根據(jù)檢測(cè)情況，該橋存在的病害如表1 所示。

表1 橋梁病害匯總

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，該橋根據(jù)病害嚴(yán)重程度可以歸類為三類，其一為嚴(yán)重影響橋梁承載能力的病害，如上部結(jié)構(gòu)的主要病害表現(xiàn)為跨中出現(xiàn)大量U 型裂縫和腹板斜裂縫，且裂縫寬度超限；支座損壞嚴(yán)重；橋面鋪裝大量縱橫裂縫以及坑槽等。其二為影響橋梁正常使用性能的病害，如橫向裂縫的裂縫和混凝土破損；橋梁護(hù)欄的鋼筋銹脹；橋梁墩臺(tái)的混凝土剝落鋼筋銹脹等。第三類為病害程度表現(xiàn)較輕，繼續(xù)發(fā)展可能導(dǎo)致橋梁正常使用性能不足的，如橋墩裂縫；伸縮縫附近橋面輕微沉陷；橋墩豎向裂縫。

2.2 病害成因分析

通過(guò)查閱歷年檢測(cè)報(bào)告，歷年橋梁技術(shù)狀況如表2 所示。2016年橋梁定期檢測(cè)橋梁技術(shù)狀況評(píng)定為1 類，箱梁完好；2017年和2018年未對(duì)該橋進(jìn)行檢測(cè)；2019年橋梁定期檢測(cè)橋梁技術(shù)狀況評(píng)定為3 類，箱梁出現(xiàn)大量U 型裂縫和腹板豎向、斜向裂縫；2020年5月橋梁定期檢測(cè)橋梁技術(shù)狀況評(píng)定為3 類，箱梁的U 型裂縫較2019年增加較少，腹板豎向、斜向裂縫較2019年增長(zhǎng)較快，其中一片箱梁增長(zhǎng)100 道裂縫以上，裂縫寬度有所擴(kuò)大；2020年11月橋梁特殊檢測(cè)，較2020年5月裂縫增長(zhǎng)較少，但裂縫寬度發(fā)展較快，除了L2-1 箱梁裂縫寬度最寬0.15mm 外，其余23 片箱梁裂縫寬度均≥0.2mm。

表2 歷年橋梁技術(shù)狀況評(píng)定

交通荷載作用是影響橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害的主要因素之一，為進(jìn)一步探明2016 至2020年病害發(fā)展成因，結(jié)合交通量調(diào)查數(shù)據(jù)，分析活載變化情況，歷年交通梁統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果如表3 所示。

表3 歷年日平均交通量表

根據(jù)該橋主要病害表現(xiàn)形式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與交通量結(jié)果可基本認(rèn)定該橋正截面抗彎與斜截面抗剪能力不足，病害成因如下：

①設(shè)計(jì)新舊規(guī)范的差異，現(xiàn)規(guī)范30 米箱梁預(yù)應(yīng)力束明顯多于小箱梁（見表4），導(dǎo)致設(shè)計(jì)荷載偏低，隨著路段交通量的不斷增加，原有橋梁承載力已無(wú)法滿足現(xiàn)狀交通需要。

表4 現(xiàn)狀使用橋梁與現(xiàn)行橋梁預(yù)應(yīng)力束對(duì)表

對(duì)比分析結(jié)論：底板：邊跨多2 根，中跨多2 根；腹板：邊跨多2 根，中跨多6 根；頂板：邊跨多11 根，中跨多11根。通過(guò)驗(yàn)算也得出極限承載力不足。

②經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該橋?yàn)?0m 小箱梁，然而跨中并未布置橫隔板，導(dǎo)致箱梁橫向之間僅通過(guò)端橫隔梁聯(lián)系，整體橫向聯(lián)系偏弱，整體剛度偏弱。

③自2016年以來(lái)，交通量迅速上升，重車交通量較同比增長(zhǎng)較多，導(dǎo)致橋梁長(zhǎng)期處于超重荷載作用下運(yùn)營(yíng)，會(huì)加速橋梁的損壞，導(dǎo)致梁體開裂、支座損壞、橋面鋪裝坑槽開裂。

根據(jù)2014～2020年交通量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該路段斷面交通量持續(xù)增長(zhǎng)，且保持著較高的增長(zhǎng)速度，現(xiàn)狀交通量已達(dá)到11884 輛/日，折合成小型車輛為21782 輛/日，自2014年起，測(cè)日平均交通量如表3 所示。

根據(jù)2020年9月各收費(fèi)站入口處交通流量調(diào)查，該路段機(jī)動(dòng)車合計(jì)11884 輛/d，折合成標(biāo)準(zhǔn)車當(dāng)量數(shù)為21782 輛/d，各種車型交通量如表5 所示。

表5 2020年9月該路段斷面交通量調(diào)查結(jié)果

根據(jù)交通量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出：

①2018～2019年，路段交通量保持了較快增長(zhǎng)，2019～2020年交通量增長(zhǎng)10.22%。

②路段內(nèi)通行車輛中整體以中小客車和特大貨車為主。從客車和貨車的占比來(lái)看，貨車整體占比較大，達(dá)到了40%。

③由此可見，交通量的逐漸增長(zhǎng)、交通荷載作用次數(shù)逐漸增多，在一定程度上誘發(fā)了橋梁病害的產(chǎn)生和發(fā)展。

3 搶修加固方案確定

為保證橋梁在搶修加固完成之前橋梁結(jié)構(gòu)的安全，確保車輛運(yùn)營(yíng)安全，按照兩階段進(jìn)行實(shí)施。第一階段為臨時(shí)措施技術(shù)方案：根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H11-2004）中3.5.4 條的規(guī)定：橋梁技術(shù)狀況為4 類時(shí)需對(duì)橋梁進(jìn)行大修或者改造，及時(shí)進(jìn)行交通管制，如限載、限速通過(guò)，當(dāng)缺損較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)封閉交通。第二階段為搶修技術(shù)方案：制定橋梁搶修技術(shù)方案，對(duì)橋梁進(jìn)行搶修加固設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)評(píng)審后組織進(jìn)行實(shí)施，實(shí)施完成后搶險(xiǎn)工程結(jié)束。

3.1 搶修臨時(shí)措施

為避免梁體病害進(jìn)一步發(fā)展，造成不可估量的后果，首先采取臨時(shí)防護(hù)措施加固，保障橋梁搶修加固過(guò)程中高速公路的安全運(yùn)營(yíng)，主要的措施如下：

①采用梁底支撐系統(tǒng)，防止箱梁發(fā)生嚴(yán)重病害時(shí)，臨時(shí)支撐梁體，避免梁體垮塌，確保行車安全，該系統(tǒng)僅承受活載不承受恒載，僅作為橋梁發(fā)生緊急情況時(shí)的安全儲(chǔ)備，支撐系統(tǒng)主要包括地基基礎(chǔ)、立柱、橫梁等設(shè)施，具體參數(shù)如下：

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：支撐系統(tǒng)的底部可采用鉆孔灌注樁、鋼管樁或擴(kuò)大基礎(chǔ)，考慮到搶險(xiǎn)的時(shí)間要求，設(shè)計(jì)采用條形擴(kuò)大基礎(chǔ)。條形擴(kuò)大基礎(chǔ)數(shù)量共18 個(gè)，縱橋向?qū)挾葹?.2m，寬度為14.74m，厚1.2m，施工時(shí)先對(duì)地基進(jìn)行開挖，進(jìn)行人工夯實(shí)，然后鋪設(shè)級(jí)配碎石墊層，綁扎鋼筋，澆注C30 混凝土形成條形基礎(chǔ)。由于橋下第二跨下方有水溝，在設(shè)置臨時(shí)基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)清淤回填土方，保障基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

立柱設(shè)計(jì)：立柱設(shè)計(jì)采用鋼立柱，立柱間采用橫撐保持穩(wěn)定性。鋼立柱位置按如下原則：橋梁每跨下方設(shè)置兩排鋼立柱，分別位于梁端8m 處；地基基礎(chǔ)、立柱橫向和橋梁角度保持一致。

其他：柱頂?shù)姆峙淞翰捎霉ぷ咒?，工字鋼上方設(shè)置可調(diào)節(jié)鋼墊石和橡膠支座，支座上方設(shè)置工字鋼橫梁，橫梁和箱梁底板之間設(shè)置1cm 橡膠墊，保證貼合密實(shí)。

②修建臨時(shí)施工便道，確保橋下設(shè)置梁底支撐系統(tǒng)后滿足橋下車輛通行要求。

③橋面采取限行限載措施，每幅橋面保留行車道，嚴(yán)禁大件運(yùn)輸，避免交通超載引發(fā)病害對(duì)橋梁的損傷。

④安裝橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，并帶自動(dòng)報(bào)警功能，防止意外發(fā)生時(shí)各部門響應(yīng)不及時(shí)問(wèn)題。

3.2 加固技術(shù)方案

3.2.1 增大截面法加固

增大截面法是指增大結(jié)構(gòu)截面的面積和結(jié)構(gòu)配筋對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的一種方法。該加固方法對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)有一定要求，即橋梁下部結(jié)構(gòu)能夠承受上部結(jié)構(gòu)增加的自重。增大截面法可以有限提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪能力，同時(shí)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)本身耐久性病害也可以一并進(jìn)行修復(fù)，提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。

增大截面法的優(yōu)點(diǎn)是施工方法成熟，可靠性好，可有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗力，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性也有一定提升。缺點(diǎn)是施工周期較長(zhǎng)，增加了結(jié)構(gòu)的自重，同時(shí)由于增大截面后結(jié)構(gòu)尺寸增大，對(duì)結(jié)構(gòu)建筑限界要求較高。

3.2.2 施加體外預(yù)應(yīng)力加固

體外預(yù)應(yīng)力加固是在橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面或內(nèi)部增加一定數(shù)量鋼束并施加一定初始應(yīng)力，施加體外預(yù)應(yīng)力后可一定程度抵消結(jié)構(gòu)部分自重應(yīng)力，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)起到一定的卸載能力，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。

體外預(yù)應(yīng)力加固方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)恒載有一定程度的卸載，施加體外預(yù)應(yīng)力后，對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫有一定抑制作用，使得橋梁結(jié)構(gòu)裂縫寬度減小或閉合，同時(shí)可改善橋梁撓度，使得橋梁結(jié)構(gòu)的撓度下降。缺點(diǎn)是體外預(yù)應(yīng)力裝置負(fù)責(zé)，錨固塊和轉(zhuǎn)向塊不便于設(shè)置，同時(shí)結(jié)構(gòu)使用一定年限后都伴隨有不同程度的預(yù)應(yīng)力損失，由于結(jié)構(gòu)增加預(yù)應(yīng)力裝置，對(duì)結(jié)構(gòu)建筑限界有一定侵占。

3.2.3 改變結(jié)構(gòu)體系加固

改變結(jié)構(gòu)體系加固是指對(duì)原有橋梁受力體系進(jìn)行改變，如簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)改變?yōu)檫B續(xù)結(jié)構(gòu)后跨中彎矩大大降低，或?qū)缰性黾佑谰弥魏鬁p小橋梁跨徑等，通過(guò)對(duì)原有結(jié)構(gòu)的改變，起到加固的作用。

改變結(jié)構(gòu)體系加固一般加固效果較好，但對(duì)施工要求較高，施工復(fù)雜，施工往往需要斷行交通，且經(jīng)濟(jì)造價(jià)一般較高，對(duì)橋下凈空要求較高。

3.2.4 更換上部結(jié)構(gòu)

更換上部結(jié)構(gòu)是指對(duì)已出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害的主梁進(jìn)行更換，該加固方法對(duì)橋梁病害加固徹底，可達(dá)到“一勞永逸”的效果，但該加固方案施工周期長(zhǎng)，對(duì)已運(yùn)營(yíng)道路交通影響大。

因本橋24 片主梁全部出現(xiàn)病害，且主要病害為主梁的結(jié)構(gòu)性病害、發(fā)展較快，經(jīng)檢算目前該橋已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范及車輛通行要求，且梁體病害較為嚴(yán)重加固后承載力、耐久性、時(shí)效性、美觀性、工期等不易確定，該橋主梁采用加固方案已經(jīng)不具備加固條件。因此，改造方案采用利用橋梁下部結(jié)構(gòu)，拆除更換原有橋梁上部小箱梁結(jié)構(gòu)。

4 保通運(yùn)營(yíng)方案

為保障既有高速公路的正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)的拆除和更換需要考慮既有道路的保通和運(yùn)營(yíng)方案，結(jié)合路段實(shí)際情況，該項(xiàng)目分階段進(jìn)行拆除。

第一階段：橋南北兩側(cè)各設(shè)置80 米的轉(zhuǎn)換車道過(guò)渡區(qū)，其中橋北利用原有中分帶預(yù)留口，拆除中分帶預(yù)留口南50 米的中分帶護(hù)欄，橋南預(yù)留100 米的緩沖區(qū)，拆除緩沖區(qū)以南80 米的中分帶護(hù)欄，挖除中央分隔帶中的植物，并且硬化緩沖區(qū)中央分隔帶路面。

第二階段：封閉橋梁上行，在保通區(qū)域前設(shè)置各種警告標(biāo)志。封閉區(qū)域內(nèi)設(shè)置頻閃燈及相應(yīng)施工標(biāo)志，壓縮硬路肩寬度，按照雙向兩車道施劃臨時(shí)標(biāo)線，兩車道中間設(shè)置新澤西護(hù)欄，安排交警、路政人員指揮、協(xié)調(diào)施工路段的車輛安全通行。對(duì)上行橋梁進(jìn)行施工。

第三階段：待上行橋梁施工完成后，利用已施工完成上行作為車輛通行道路，封閉橋梁下行，對(duì)下行橋梁進(jìn)行施工。

第四階段：中橋下行的施工完成后，恢復(fù)中橋的交通標(biāo)志、標(biāo)線、護(hù)欄及附屬設(shè)施。同時(shí)拆除保通交通標(biāo)志及所屬設(shè)施，保通工作全部完成，恢復(fù)正常通行。

5 實(shí)施后效果

2023年對(duì)該橋進(jìn)行定期檢測(cè)，橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)為1 類。如表6 所示，通過(guò)數(shù)據(jù)可見經(jīng)過(guò)2021年的加固維修之后，橋梁右幅SPCI、SBCI、BDCI 指標(biāo)都有不同程度的增長(zhǎng)，由2020年的75.5 增長(zhǎng)到2023年的97.18，整體橋梁技術(shù)狀況效果提升顯著。

表6 2016～2023年橋梁各項(xiàng)技術(shù)狀況評(píng)定指標(biāo)表

6 結(jié)論

連續(xù)小箱梁橋梁產(chǎn)生裂縫病害原因較多，包括早期設(shè)計(jì)不完善、施工質(zhì)量差、運(yùn)營(yíng)荷載繁重等，對(duì)連續(xù)小箱梁進(jìn)行加固改造時(shí)應(yīng)結(jié)合橋梁病害特征確認(rèn)橋梁病害產(chǎn)生原因，綜合對(duì)比，確保既有道路運(yùn)營(yíng)安全的情況下進(jìn)行加固改造。