大桥维修加固设计研究
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摘要：万安县老赣江大桥是S225省道坎夏公路上的一座跨赣江的大型桥梁，大桥主桥为45m+4×70m+45m连续箱梁桥，引桥为30mT梁，建于1996年。通过分析该桥病害产生的原因，探析该桥的维修加固设计情况以及加固完工后的静载试验效果，所得结论对类似大型桥梁的维修加固设计具有参考价值。
关键词：连续箱梁桥；维修加固；荷载试验；病害
万安县老赣江大桥是S225省道坎夏公路上的一座跨赣江的大型桥梁，建于1996年，是由赣粤高速进出万安县城区和连接万安县城赣江东西两岸的唯一通道，桥梁长度705.7m。本文分析了该桥病害产生的原因，介绍了该桥的维修加固设计情况，加固完工后的静载试验效果。大桥恢复了原设计的承载能力，经过一段时期的运营，大桥未产生新的病害。本文所得结论对类似大型桥梁的维修加固设计具有参考价值。
1工程概况与大桥病害
1.1工程概况
大桥跨径组合为11×30m先简支后桥面连续T梁+（45m+4×70m+45m）变截面预应力混凝土连续箱梁，桥梁宽12.5m。设计荷载为汽-20kN/m2，挂-100kN/m2，人群-3.5kN/m2。主桥连续梁为单箱单室截面，边跨现浇段与跨中梁高为2.0m，桥墩处梁高为4.2m。引桥为30m先简支后桥面连续T梁，每孔5片主梁，主梁间距2.2m。主墩采用实体墩，墩厚3.0m，墩宽7.2m，墩高约18～19m，承台厚2.5m，桩基础采用6根直径为1.6m的群桩基础。引桥下部结构采用双柱式桥墩，柱径1.4m，桩径1.6m，桥台均采用肋板式扩大基础桥台。图1桥型布置图
1.2大桥病害
2014年业主委托某检测中心对该桥进行了全面检查与静载试验，目前桥梁技术状况评定等级属于三类桥梁，处于较差的状态，需要对老桥进行维修加固。发现该桥主要有以下病害：其一桥面，系大部分被破坏。其二支座，引桥板式橡胶支座普遍存在老化，主桥盆式橡胶支座钢盆普遍锈蚀；17号桥台支座上下钢板发生位移且支座橡胶块有变形。其三引桥30mT梁，引桥30mT梁存在一些梁底刮痕、局部存在混凝土蜂窝、麻面；主梁腹板、底板、顶板未发现裂缝；主梁横隔板挖空周边出现一些微小裂缝，缝宽约0.03～0.05mm。其四主桥连续箱梁，主桥连续箱梁底板底面L/4～3L/4普遍存在纵向裂缝，缝宽0.03～0.07mm；腹板存在斜向裂缝，裂缝长约1～1.5m，缝宽0.04～0.08mm；顶板顶面普遍存在多条纵向裂缝，缝宽0.02～0.05mm；局部存在混凝土蜂窝、麻面。其五基础，第5～10号桥墩桩基基础有局部冲蚀现象，有轻微磨损、腐蚀现象，个别表面磨耗，粗骨料外露；第11号桥墩基础被河水冲刷，个别基桩大面积露筋，承台底面骨料外露；第12号桥墩基础有局部冲蚀现象，部分外露，但未露出基底。其六主梁梁底标高测量，经过量测30mT梁上拱平均值为3.55cm，最大上拱值为第8跨2号梁的5.85cm。结合主梁的病害，分析上拱的产生原因是T梁预制阶段预应力张拉及后期混凝土收缩徐变。连续箱梁桥梁底下扰约0.02～0.11m，其中第14跨下扰最大为0.11m。通过主梁梁底标高测量，主引桥主梁刚度未受到明显的削弱[1]。
2大桥维修加固设计
2.1加固设计目标
维修加固目标为：通过维修加固，大桥应恢复原设计的承载能力。
2.2维修加固设计内容与施工工艺
2.2.1基础恢复了原设计的承载能力，基础进行全面复核计算，满足原有设计要求，故只对桥墩桩顶混凝土质量较差，主筋外露、锈蚀的桩基，采取环向植筋外包钢筋混凝土的方式修复，再对基础进行抛石防护。2.2.2支座引桥支座全部更换，对于破损的支座垫石采用环氧树脂混凝土修复。除17号桥台外，对主桥支座采用除锈处理，对于破损的垫石采用环氧树脂混凝土修复。2.2.3桥墩经全面复核计算，盖梁、墩身、承台都满足原有设计要求，故只对盖梁、墩身、承台出现混凝土剥落、露筋进行修复，先凿除剥落的混凝土再采用环氧混凝土修复，最后粘贴一层碳纤维布。2.2.4主引桥主梁其一，对主梁、横隔梁蜂窝、粗骨料外露、麻面等较严重病害处，先对表面进行凿除处理，再用环氧树脂砂浆进行填补，最后黏碳纤维布。其二，对于宽度大于0.15mm裂缝采用化学灌浆法修补，施工工艺流程为，清洗裂缝—黏灌浆嘴—封闭裂缝—检查裂缝封闭情况—补漏气处—配浆—灌浆—效果检查。其三，对主桥箱梁出现的腹板斜向剪切裂缝，先对裂缝进行封闭处理，再采用粘贴钢板对主梁箱梁腹板进行维修加固。另外，在靠近每个主墩4～15m范围内、靠近边墩支座2～11m范围内粘贴钢板，粘贴方向垂直于斜裂缝，呈45度斜角。钢板规格为Q345B型60×6mm，粘贴胶的选择应符合结黏强度高、耐久性好的特性，且应满足检测单位检验要求。2.2.5桥面系更换桥面系的人行道板、栏杆、伸缩缝、灯具，凿除原有桥面混凝土铺装层，改为7cm厚混凝土铺装层+4cm厚改性沥青混凝土铺装。2.2.617号桥台隐蔽性工程维修老桥维修加固开挖17号桥台时发现：一是17号桥台下游侧盆式橡胶支座锈蚀严重、上下钢板发生位移且支座橡胶块有变形（17号桥台侧有2个盆式橡胶支座，下游侧支座出现严重病害，上游侧支座基本完整除了钢板有些锈蚀）。二是17号桥台台帽部分开裂（近背墙面开裂，远离背墙面完整）。三是桥台背墙、台肋开裂。四是台后搭板脱空靠。成因分析：由于17号桥台采用扩大基础且桥台高度较高，受超载、台后土压力及伸缩装置破坏等不利因素影响，导致背墙与箱梁间无伸缩空间，17号桥台处盆式支座失效约束了连续箱梁变形，在温升状态下支座底部出现水平力，导致台帽梁劈裂和肋板顶部斜向开裂。台后搭板脱空，因台后填土较高且老桥运营年限长久导致台后填土下沉而造成的。对17号桥台隐蔽性工程处理方法：搭设临时支撑，顶升边跨箱梁，对原破损严重的桥台背墙、台帽凿除重做，对已失效的盆式橡胶支座进行更换，对台背松散的回填料反挖，再重新压实回填。施工流程如下：17号桥台锥坡前场地处理（开挖换填表层土，预压粉质黏土，浇筑50cm厚混凝土地基）—搭设支撑钢管—预压临时支撑(安全系数为2.5，最后预压24小时，临时支撑无下沉变形)—安装梁下纵横向支撑—安装临时支座(采用砂筒)—架设千斤顶向上顶升5mm—拆除原有盆式支座—向上顶升10mm—撤除千斤顶，千斤顶的力转换到临时支座上—进行台肋、台帽、支座等拆除、重构等施工—待台帽混凝土强度达到90%时，撤除临时支座（放砂），临时支座力转换到桥台处永久支座上。箱梁顶升示意图见图2、图3。顶升过程，老桥封闭交通。顶升过程中以箱梁变形为主，顶升力为辅助来进行控制，且顶升过程中要安排人员对箱梁边跨段及临近的次中跨段进行裂缝观察，若出现异常，则停止顶升。
3大桥静载试验
3.1静载试验内容
一方面，挠度观测：主要观察梁在荷载作用下各个控制截面的竖向挠度，看是否满足梁的刚度要求。另一方面，应变观测：主要观察梁在荷载作用下最不利截面的应变状态，进而了解梁的应力状态，看是否满足强度要求。
3.2试验结果
3.2.1主桥挠度在主梁边跨跨中、次边跨跨中、L/4中跨、L/2中跨布置测点，采用精密水准仪，对每个试验工况加载前后均进行观测。如表1给出了试验工况8的测试结果。从上表可知，工况8下各控制截面的挠度校验系数均在0.66～0.83之间，满足规范规定的挠度校验系数0.6～1.0的要求。工况挠度校验系数在0.62～0.85之间，亦满足要求。3.2.2主桥应力在主梁边跨跨中、次边跨跨中、中墩支点、L/4中跨、L/2中跨箱型截面的底板、腹板两侧粘贴应变片，对每个试验工况加载前后均进行测试。如表2给出了L/2中跨截面工况8的测试结果。从上表可知，L/2中跨截面工况8卸载残余应力不到实测值的10%，说明桥梁变形处于弹性范围内。
4结语
万安县老赣江大桥维修加固后，经过静载试验校验，刚度和强度都能满足汽-20kN/m2，挂-100kN/m2，人群-3.5kN/m2的运营要求，大桥恢复了原设计的承载能力，经过一段时期的运营，大桥未产生新的病害，说明本次维修加固是成功有效的。
参考文献：
[1]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000.
作者：吴刚 肖星星 单位：江西省交通设计研究院有限责任公司