高速路面大修工程桥梁设计

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1工程概况

本文所述项目路线全长18.780km。全线共设22座桥梁，主线及匝道桥梁合计长度1.643km；工程于1996年8月动工，1999年1月建成通车。全线桥梁以13m、16m、20m空心板及30mT、40mT梁为主。其中13m空心板有普通钢筋混凝土空心板、先张预应力混凝土空心板共2种类型；16m空心板、20m空心板有先张预应力混凝土空心板、后张预应力混凝土空心板共2种类型。30m、40m预应力砼T梁为后张法预应力混凝土构件。原桥未设整体化层，铺装大多数采用18cm防水混凝土，10cm防水混凝土兼做整体化层。

2现状病害

根据路面大修设计前检测单位提供的检测报告，旧桥主要病害如下：

⑴桥面系典型病害

⑵上部结构典型病害

⑶下部结构典型病害

3大修方案及设计原则

路面大修方案以不过多增加恒载为原则，铣刨一定厚度的原桥面铺装，加铺5cm改性沥青混凝土GAC-16C。由于本项目建设于90年代，桥梁设计基于原有《JTJ021-89公路桥涵设计通用规范》、《JTJ023-85公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（此两本规范以下简称“旧规范”），与现行的《JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范》、《JTGD62-2004公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（此两本规范以下简称“新规范”）在设计方法、车辆荷载、温度梯度取值等方面均存在较大出入。若完全按照现行规范执行结构验算，原设计大多数结构均存在承载能力不能满足要求，应力超限等情况，大多数结构需要进行加固，项目造价高。维修加固项目设计时一个大忌就是：不顾结构使用现状，生搬规范，保守设计，增加造价。根据检测单位提供的检测报告，除少数几座桥因承载能力不足而出现底板横向裂缝外，现状桥梁大多数使用状况良好。综合安全性及经济性后，大修技术标准采用原高速公路技术标准，桥涵设计荷载为汽车-超20级，挂车-120级。大修加铺设计总原则：大修加铺后宜满足公路85规范荷载及承载能力，对不能满足85规范的桥梁，宜尽量不增加原结构恒载或维修加固后加铺。根据对现状大多数桥梁的检测，旧规范梯度温度偏小已基本形成共识，故本次大修工程验算取04规范梯度温度中5cm沥青混凝土铺装层温度基数考虑。

4大修加铺结构验算结论

根据上小节所述的大修设计原则，依托于竣工图、维修加固图纸、检测报告，采用单梁建模，活载考虑横向分布系数，⑴13m、16m跨预制预应力混凝土空心板，30m、40m跨预制预应力砼T梁，原桥及采用加铺5cm沥青混凝土方案，抗弯、抗剪承载能力均能满足规范要求。⑵20m跨预制预应力混凝土空心板原设计及加铺5cm沥青混凝土方案，抗弯、抗剪承载能力均不能满足规范要求。即在不增加自重的情况下，梁板的抗弯承载力已经超过限值，这与现状梁板反映的病害基本吻合。由此也可验证出本次设计采用的原则合理，符合实际情况。

5设计反思

依托本项目，笔者反思如下：

⑴关于大修加固项目设计原则的选取：钢筋混凝土及预应力混泥土结构工程是一项基于基本力学理论，结合试验指标，材料力学性能，来源于实践并用于指导实践的学科。在桥梁设计人员实际操作过程中采用的规范公式均是基于材料力学、结构力学、理论力学，引入试验数据，引入简化系数，考虑材料特性得出，使用公式时不能生搬硬套，还需要结合实际结构的使用情况进行对照分析，以理论指导实践，再根据实践印证理论。在大修加固项目中，设计原则的选取对结构承载能力及使用性能的评定，选择合适的大修方案，兼顾安全性及经济性，均有着重要的意义。设计原则的选用不仅应该符合规范的要求，还应结合当下的实际情况，如道路的服务等级，地区经济状况等综合确定。本项目采用的设计原则，经过计算验证后，与检测报告有较好的吻合度，是合适且合理的。

⑵关于预制结构的使用：本次路面大修工程上部结构均采用预制装配结构。预制结构由于采用工厂化预制，结构质量易保证，同时兼具施工机械化程度高，不需搭设支架，施工速度快等优点，在过去及现在的桥梁工程中得到普遍应用。根据本次检测报告，预制结构上部梁板普遍处于良好状态，大多数预应力砼梁板裂缝较少，具有良好的服务性能。但是空心板绞缝失效现象比较突出，横向分布弱，单板受力现象突出。在现在的设计中，空心板由于结构高度小，在净空受限的地方仍大量应用。但是空心板绞缝失效问题一直难以有效解决，影响结构使用的持久性。笔者认为，在目前设计中，应尽量少使用空心板结构，在实际布跨时，遇到13m、16m等空心板常用跨径，可结合结构的实际地形及使用需要，综合考虑缩小跨径采用涵洞的方案，或加大跨径采用20m小箱梁等方案进行比选，慎重使用空心板作为桥梁上部结构。

⑶关于桥梁下部结构的设计：本次路面大修工程没有对下部结构进行复算，仅对下部破顺开裂处进行了结构的修复。从概念上定性判断，下部结构重要构件，如桩基础设计时一般承载能力有较多的富裕系数，故增加的5cm铺装引起的下部结构受力增量一般不会对下部结构的承载能力和使用性能产生过大的影响。由于下部结构很多属于隐蔽性构件，无论是检测还是维修加固，其困难程度均远远高于上部结构，所以在下部结构设计时，相对上部结构设计，偏保守设计，取用较多的结构富余度是合适的。⑷关于附属构件的使用性能：从本项目检测报告看，附属构件如锥坡破损，伸缩缝破坏，桥面铺装坑槽、开裂，支座脱空等现象普遍存在。在桥梁设计过程中，附属构件由于不是主要受力构件，设计人员普遍存在重视程度不够，不追求精细化设计的问题。但根据实际项目的检测结果来看，附属结构的耐久性不足已经影响了桥梁的正常使用，这提醒了桥梁设计人员，除了应该关注主要受力构件的安全性，还应该在桥梁整体的使用性上倾注更多的精力，只有这样，才能促使桥梁设计向精细化发展。

作者：柳湘婧 单位：广东省公路勘察规划设计院股份有限公司