某危桥加固设计研究

2016-03-13陈文

公路与汽运 2016年3期

关键词：静载试验加固设计承载力

陈文

（孝感公路工程设计院，湖北孝感 432100）

某危桥加固设计研究

陈文

（孝感公路工程设计院，湖北孝感 432100）

摘要：结合某桥实际，对桥梁桥面系构造、主梁、支座、墩台与基础的病害进行分析，通过静载试验与脉动试验及桩基验算确定桥梁的承载力情况，进而提出桥面系上部构造和下部构造的加固方案，确保该桥梁的安全运营。

关键词：桥梁；静载试验；脉动试验；加固设计；桩基验算；承载力

据不完全统计，中国现有各类桥梁达60多万座，其中很多为危桥。由于20世纪50年代后期和60年代修建的桥梁荷载标准低，承载力不足，加上汽车超载严重，自然界乃至自然灾害的侵袭及交通事故等人为事端的侵袭，桥梁遭到损伤或局部破坏。而且随着时间的增长，桥梁的损伤程度越来越严重。为了保证桥梁的安全营运，应对桥梁进行定期检测与评估，提出改善措施及维修加固建议。

目前，桥梁上部结构加固方法主要有预应力加固法、改变结构受力体系加固法、加大截面加固法、置换砼加固法、喷砼加固法、粘结外包型钢加固法、粘贴FRP加固法和增设纵梁加固法等，下部结构加固方法主要有钢筋砼套箍或护套加固法、扩大基础加固法、补桩基加固法、桥台新建辅助挡土墙加固法和墩台拓宽方法等。该文结合某桥对桥梁加固设计进行探讨。

1　工程概况

该桥交角为25°，总长41.76 m，桥面布置为净-9 m+2×1.75 m=12.5 m。桥台采用桩柱台，一桩到顶，桩径为1.2 m，桥台台帽高1.1 m、宽1.2 m；桥台锥坡坡比为1∶1.5。桥墩为三柱墩，柱径为1.0 m，柱间距为4.08 m；桩径为1.2 m，有效桩长为31 m；桥墩盖梁高度为1.2 m，宽度为1.2 m。桥面铺装采用12 cm厚防水砼。

目前，该桥所在道路交通任务繁重，过境货运车辆主要集中在该道路上，超限超载现象严重。该桥设计荷载为汽-20级、挂-100，而现实中该桥均处于超负荷工作状态，给桥梁结构安全性及耐久性造成严重影响。为了保证该桥的安全营运，对其进行外观检测和荷载试验，了解其病害情况及实际承载能力，以提出有针对性的加固方案。

2　桥梁现状分析

2.1桥面病害

（1）桥面系。伸缩缝局部破损严重，伸缩缝被泥沙堵塞；人行道砼多处破损、开裂；桥面部分墩顶处出现横向贯通开裂；桥面梁间铰缝处出现多处纵向半贯通裂缝；桥梁中心线处出现竖向错台，桥面最大下沉量约2 cm；桥台路面出现破损、跳车等。

（2）上部构造。梁底板出现横向贯通裂缝，最大缝宽0.36 mm；梁间结合处出现竖向错位，最大错位4 cm等。

（3）下部构造。盖梁出现砼剥落、露筋、竖向半贯通裂缝；挡块砼脱落、露筋；墩柱上部出现砼蜂窝、麻面、露筋等。

2.2荷载鉴定试验

2.2.1挠度测量

用精密水准仪分别在各试验工况加载前/后（静置10 min）测量各测点挠度及卸载后各测点挠度残余变形。在工况1（4辆280 k N单后轴载中载）作用下测点的残余度与总挠度比值最大达到20.22%，在工况2（4辆280 k N单后轴载偏载）作用下测点的残余度与总挠度比值最大达到17.84%。部分测点的残余度与总挠度比值较大，表明结构弹性状态较差。实测挠度表明5#与6#梁间传递荷载能力很差，铰缝破坏严重，这一检测结果与5#、6#号梁沿铰缝（中心线）明显错台的病害相吻合。

2.2.2应变测试

在工况1作用下，测点的残余度与总应变最大达12.90%；在工况2作用下，测点的残余度与总应变最大达5.26%。由于控制截面附近空心板底部多处横向开裂，实测应变可能失真，应变测试数据仅供参考。

2.2.3主梁裂缝监测

在试验荷载作用下，主要裂缝最大扩展值为0.03 mm，在荷载卸除后恢复至初始状态。

2.2.4脉动试验

通过对全桥脉动测试信号进行分析处理，得到各桥跨结构基频实测值与计算值的比值为1.20～1.27。各试验桥跨的基频实测值均大于理论计算值，结构动刚度满足设计要求。

部分空心板间铰结构遭到破坏，导致空心板之间横向错台，桥梁结构存在单板受力的趋势，且主梁底板多处横向贯通开裂，部分裂缝宽度超过规范允许值，严重影响桥梁结构的安全。根据JTG/T H21 -2011《公路桥梁技术状况评定标准》，该桥评为五类桥。结合挠度测量、应变测试、主梁裂缝监测和脉动试验结果，该桥承载能力不满足汽-20级、挂-100的要求，需维修加固。

2.3桩基验算

根据该桥竣工图中相关数据及地质构造情况进行桩基验算，验算荷载采用汽-20级、挂-100 （JTG B01-2003《公路工程技术标准》中的公路-Ⅱ级），2#桥墩桩基单桩承载力容许值［Ra］=4 850 N，设计单桩承载力Ra=2 952 k N，［Ra］/Ra=1.64 ＞1.0，即原设计中桩基承载力满足要求。

如果采用利用下部构造、更换上部构造的加固方案，验算荷载取JTG B01-2014《公路工程技术标准》中公路-Ⅰ级，则设计单桩承载力Ra=2 926 k N，［Ra］/Ra=1.66＞1.0，即原设计中桩基承载力满足要求。

3　桥梁加固

3.1加固与技术改造方法类型

桥梁加固与技术改造的方法主要分为：

（1）增设辅助构件。通过在原结构的基础上新增加受力构件，提高结构的受力性能。

（2）加固补强薄弱构件。对因通行重型车辆或有严重缺陷而不能满足承载能力要求的薄弱构件进行加固补强，改善原构件的承载力。常采用钢筋、钢板、砼、复合材料等进行加固补强，如增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维复合材料加固法、增设外部预应力钢筋加固法等。

（3）更换构件。当桥梁局部构件存在严重缺陷且不易修复时，原有构件可用新的构件替换，以改善桥梁的性能。

（4）改变结构体系。通过改变结构体系提高桥梁的承载力。常见方法有梁式桥改为梁拱组合体系、多跨简支梁改为桥面连续简支梁、简支梁改为连续梁等。

（5）墩台加固。墩台因刚度、强度达不到要求而产生较大位移时，为了减少或限制位移，常采用桥台顶推、桥台身局部补强、桥墩结构补强、墩身承载能力提高等措施进行加固。

（6）墩台基础加固。由于基础与墩台缺陷或位移而导致墩台基础承载能力不足、上部结构出现缺陷，承载能力不满足要求时，可采用补强加固墩台基础的办法。常用方法有扩大承台、加钢筋砼桩、在基础和台后打粉喷桩、基础灌浆等。

3.2加固方案

根据桥面病害及荷载鉴定试验结果，该桥空心板出现横向错台、横向贯通裂缝等病害，严重影响桥梁的结构安全，承载能力不能满足要求。而桥梁桩基承载力验算结果表明桩基承载力满足要求。因此，采用利用原有下部构造、更换上部构造及桥面附属设施的方案对该桥进行加固。措施如下：

（1）桥面系。考虑到过桥车辆货车较多，超载较严重，确定桥面铺装为10 cm厚C50砼现浇层和10 cm厚沥青砼。栏杆拆除新建。

（2）上部构造。凿除桥面铺装层后，将现有30块（3跨×10块）13 m（梁高0.55 m、梁底宽1.24 m）普通钢筋砼简支空心板梁更换成33块（3跨× 11块）13 m（梁高0.7 m、梁底宽1.0 m）预应力砼（先张）简支空心板梁。

（3）下部构造。经过验算，桩基承载能力满足要求，故改造时利用原老桥下部构造，在贯通裂缝处，采用钢筋砼套箍或护套加固法进行加固。加固时在墩身上、中、下分设三道围带，其间距大致相当于桥墩侧面宽度，防止内部钢筋锈蚀及裂缝进一步发展。在挡块砼脱落、蜂窝、麻面、露筋处表面喷射砼，使其密实、平整，防止钢筋锈蚀及裂缝发展。