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江西省公路舊橋加固技術(shù)研究與實(shí)踐
一、問題的提出隨著時間的推移，任何公路橋梁都將成為舊橋，都會因各種原因不同程度地存在缺陷、病害需要維修、加固和改造。江西省大部分二十世紀(jì)六、七十年代修建的、設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低的公路橋梁仍在服役，截止2000年底，江西的危橋有427座,13849延米,舊危橋改造任務(wù)十分繁重，全部推倒重來的思想既不現(xiàn)實(shí)，也不科學(xué)，更不應(yīng)該。因此，我省在八十年代初，在不斷提升技術(shù)等級的公路改造、改建過程中，即開始公路舊橋加固改造技術(shù)的研究與實(shí)踐。先后針對不同橋型、不同的加固技術(shù)和方法，完成了多項(xiàng)舊橋加固改造方面的科研項(xiàng)目，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效果，其中兩項(xiàng)獲江西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎。由于舊橋檢測、評定與加固技術(shù)是一項(xiàng)既綜合復(fù)雜又在不斷發(fā)展和更新的技術(shù)，也是公路工程技術(shù)人員共同關(guān)心的熱點(diǎn)問題。所以，下面簡要介紹江西省在公路舊橋加固技術(shù)的一些研究成果和實(shí)橋情況�！ 《�、主要開展的科研項(xiàng)目介紹
1、我省于1983年完成“提高小型梁板橋承載能力的研究”，為定性地衡量改建前后橋梁剛度及承載能力提高程度，提出了“剛度提高度”和“承載能力提高度”兩個指標(biāo)，以及計(jì)算方法。兩者反映的是全橋狀況，前者指全橋剛度提高了的倍數(shù)，后者指全橋承載能力提高了的倍數(shù)。該項(xiàng)成果多次被外省引用。
2、1988年～1991年完成的“錨噴砼加固雙曲拱橋的研究”，使一座五孔跨徑45米的雙曲拱橋由原設(shè)計(jì)荷載：汽－13，拖－60，提高到汽－超20，掛－120，并安全通過總重134噸的超重車。該項(xiàng)成果，經(jīng)交通部科技情報所檢索查新證實(shí)，在當(dāng)時屬全國采用錨噴砼加固橋梁中，跨徑最大、提高橋梁荷載等級最多。
3、1994年成功完成全國首座梁底側(cè)采用體外預(yù)應(yīng)力直索加固提載梁式橋的研究，并同時采用錨噴技術(shù)，解決了體外預(yù)應(yīng)力索銹蝕和受溫度變化失效的技術(shù)難題。
4、1996年完成了“帶掛孔普通鋼筋砼雙懸臂梁橋加固研究”課題，成功地應(yīng)用鋼纖維砼解決了橋面負(fù)彎矩區(qū)砼開裂、致使鋼筋銹蝕的問題。
5、成功完成懸臂式拓寬梁式橋和拱式橋橋面的研究，使凈－7的橋面拓寬至凈－9 2×1.5米人行道，總寬12.5米。
6、成功完成碳纖維布加固梁式橋的研究，并通過加固前后鑒定性靜載試驗(yàn)證實(shí)了提高抗彎能力的加固效果。
7、先后成功應(yīng)用粘貼鋼板、粘貼鋼筋、外包砼和套拱法等加固橋梁上部結(jié)構(gòu)；以及多種方法加固橋梁下部結(jié)構(gòu)�！ ∪⒌湫蜆蛄旱募庸谭桨附榻B
1、德興香屯大橋（錨噴法、雙曲拱橋）
1.1大橋設(shè)計(jì)簡況
香屯大橋是通往德興銅礦公路上的一座大橋，1969年8月竣工通車。
大橋設(shè)計(jì)荷載為汽—13，拖—60，橋面凈寬為凈-7 2×0.25m。上部構(gòu)造為5孔45m（矢跨比1/6）的雙曲拱，橫向6肋5波。下部構(gòu)造為重力式實(shí)體橋墩和加后座的U型橋臺。除德興臺奠基于密實(shí)卵石層以外，其余墩臺均建于千枚巖基巖上。 1.2香屯大橋病害狀況
�。�1）主拱圈裂縫
�、僦鞴叭χ胁ǹv向裂縫，檢查時發(fā)現(xiàn)各孔中波波頂均存在縱向裂縫。
②肋、波連接處裂縫。各孔拱波與拱肋連接處大部分均發(fā)生裂縫。
�、酃袄吡芽p。各孔拱肋均有橫向裂縫，有不少是U形裂縫，這些裂縫多發(fā)生在拱頂前后10m左右范圍內(nèi)。
④橫系梁裂縫。為數(shù)較少但除第1、4孔外均有發(fā)現(xiàn)。
�。�2）主拱圈軸線下降
主拱軸線普遍下降，拱頂下降5～18cm，L/4點(diǎn)下降0～9cm，而且上下水下降值很不一致�！ 。�3）橋面變形及破碎
橋面縱向變形已呈波浪形，但高差尚不很大。而橋面破碎現(xiàn)象甚為嚴(yán)重，且集中在3、4、5孔及兩臺后座上，在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達(dá)，以致破碎露筋。
�。�4）腹拱、立墻病害
腹拱及立墻均為漿砌片石材料，由于防水層質(zhì)量差，許多腹孔及立墻上均有滲水痕跡，以致發(fā)現(xiàn)不少因長年流水侵溶懸掛著的“石筍”。腹拱圈及立墻上也發(fā)現(xiàn)有裂縫。
�。�5）橋臺后座變形嚴(yán)重
兩橋臺后座擋墻與橋臺連接處沉降縫均增大至8～10cm（設(shè)計(jì)為2cm），且從外部可見內(nèi)部填料中的空洞。在橫向、后座兩擋墻均偏出橋臺外緣5～8cm。后座上橋面沉陷多次,修補(bǔ)時發(fā)現(xiàn)其填料在上層2m左右為煤渣，車輛通過時，煤渣則由沉降縫處外泄，因而其上路面不能穩(wěn)定。
⑤墩臺身裂縫
各橋墩上均存在豎向裂縫，反映了施工時混凝土澆筑及水泥、骨料質(zhì)量的一定問題，但裂縫多般為早期出現(xiàn)的許多裂縫，因年代較久，沿縫出現(xiàn)白色晶體析出物。
漿砌片石橋臺上亦發(fā)現(xiàn)不少豎向、斜向裂縫，但較細(xì)微�！ �1.3香屯大橋加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)
通過對該橋進(jìn)行檢查及分析的情況來看，尚未發(fā)現(xiàn)墩臺基礎(chǔ)出現(xiàn)病害的反映，即使是置于非巖石基底上的德興岸橋臺亦未發(fā)現(xiàn)位移的跡象，所以大橋的加固主要針對上部構(gòu)造和橋臺后座。
1.3.1主拱圈加固
原橫系梁尺寸偏小，橫向聯(lián)系差，屬薄弱構(gòu)件，針對這一病害，將原橫系梁由116×15×18cm加大截面尺寸至116×15×50cm，把拱頂部分三根橫系梁改為橫隔板116×30×84cm，以加強(qiáng)橫向整體性，使全拱寬共同受力。除端系梁外，其它橫系梁原定用噴錨技術(shù)施工，后改為預(yù)制安裝。
由于主拱圈受力大，裂縫多，采用拱肋及拱波部分外包鋼筋網(wǎng)并噴射25#厚6cm砼加固拱圈截面，以提高各孔的整體剛度和承載力，為使拱腳應(yīng)力減小，在每跨拱腳至第二腹孔的拱圈頂現(xiàn)澆30#鋼筋砼，厚10cm，其設(shè)計(jì)圖如下：
1.3.2橋面
原橋面缺乏穩(wěn)定而堅(jiān)實(shí)的基層，整體性差，有必要將原橋面徹底清除，并挖除部分砂礫墊層（如是非砂礫填料，必須挖除，換上砂礫填料，夯實(shí)），再加鋪水泥穩(wěn)定砂礫基層，厚15cm，其上澆筑20cm厚鋼筋砼橋面。
1.3.3橋臺后座加固
將橋臺后座上路面除去，改成30#鋼筋砼單向簡支預(yù)制板，厚35cm，支承于兩側(cè)墻上。用Φ24mm的錨固鋼筋使之與側(cè)墻相接，其上鋪裝15cm厚30#砼橋面,鋼筋砼板與后座填料間留有空隙，以使活載壓力直接作用在側(cè)墻上，從而減去了活載引起的對側(cè)墻的土壓力，并增加側(cè)墻抗剪能力和基底摩阻力�！ �1.4加固后承載能力評定
�。�1）在汽—超20主要組合荷載，掛—120附加組合荷載和特掛—150附加組合荷載作用下，預(yù)測各測點(diǎn)應(yīng)力，變形和裂縫寬度均滿足規(guī)范規(guī)定的容許限值，因此本橋能承受汽—超20，掛—120和特掛—150。
�。�2）本橋采用噴錨混凝土補(bǔ)強(qiáng)提高舊橋承載能力達(dá)到預(yù)期效果。
�。�3）本橋噴錨混凝土補(bǔ)強(qiáng)層與舊橋共同作用是不完全的。由于噴錨混凝土中存在空穴，結(jié)合粘結(jié)強(qiáng)度不高等原因，共同作用程度僅達(dá)65.6%。建議今后采用“濕噴法”進(jìn)行錨噴施工，提高新舊砼共同作用程度，使噴錨混凝土層與舊橋起到完全的整體作用，提高加固效果。
（4）由于老橋收縮、徐變已基本完成，所以噴錨混凝土不承受原橋及自身恒載，在工作階段僅承受活載，故噴錨混凝土強(qiáng)度不控制�！ �2、320國道靈溪大橋（體外預(yù)應(yīng)力直索加錨噴法、梁式橋）
2.1靈溪大橋概況
靈溪大橋位于320國道上，原是一座年代已久的老式橋。該橋于1970年10月由七孔不等跨八字撐架木梁橋改建成七孔不等跨簡支鋼筋混凝土梁橋，全長119.99m，上部構(gòu)造為四梁式T梁。下部構(gòu)造均為重力式墩臺、八字墻。設(shè)計(jì)荷載為汽—13、拖—60，橋面凈寬為凈-7 2×0.5m人行道。320國道改建成二級公路后，該橋通過的交通量較大，并常有200—300KN左右載貨重車經(jīng)過，且來往行人及自行車、板車亦較多。因此該橋成為全線縮頸段，時有交通事故發(fā)生。為確保交通暢通，與行人和車輛交通安全，經(jīng)上級批準(zhǔn)，將此橋加固和拓寬為荷載標(biāo)準(zhǔn)汽—20，掛—100，橋面凈寬為凈-9 2×1.5m人行道。 2.2靈溪大橋拓寬加固方案
2.2.1拓寬加固
靈溪大橋兩端引道已改建為二級公路，混凝土路面亦已修建完成。另改橋位新建已屬不可能。故僅就地改建或拓寬加固兩種方案進(jìn)行了比較。
�。�1）就地改建方案。為了不中斷交通，就地改建就必須搭便橋，由于橋下水深常年在3～4m左右（因下游建壩），搭便橋費(fèi)用較高；且改建需拆除原有上、下部結(jié)構(gòu)物，又需一筆可觀費(fèi)用。但改建后，各橋孔跨徑標(biāo)準(zhǔn)全部結(jié)構(gòu)都是“新”的，在心理上感覺更美觀、耐用、可靠。
�。�2）拓寬加固方案。此方案可不需搭便橋，只需適當(dāng)控制交通，邊通車邊拓寬加固。由于可以利用原有墩臺，拓寬加固主要在上部構(gòu)造上進(jìn)行，因而可節(jié)約更多投資。只要拓寬加固方案得當(dāng)，亦可滿足設(shè)計(jì)荷載要求。但橋孔尺寸長短不一，原橋混凝土標(biāo)號低，又有一定的病害，雖經(jīng)拓寬加固，似乎總感覺不如新橋。
經(jīng)過研究討論，認(rèn)為按照江西現(xiàn)時公路建設(shè)資金緊張的狀況，能節(jié)省的建設(shè)費(fèi)用應(yīng)盡量節(jié)約、以投入到其它必需的建設(shè)項(xiàng)目中去，故應(yīng)選擇拓寬加固方案。
2.2.2原橋主梁加固增強(qiáng)方案
加固增強(qiáng)方法很多，如：①以錨噴或現(xiàn)澆混凝土方法增加T梁受拉區(qū)鋼筋及加大梁身斷面；②以鋼板粘貼加固增強(qiáng)；③以體外預(yù)應(yīng)力加固增強(qiáng)等。據(jù)計(jì)算，原主梁增強(qiáng)至能承擔(dān)汽車-20級，掛車-100的設(shè)計(jì)荷載需增加較多鋼筋，費(fèi)用較高，故不選用①法；②法因鋼板外露，需經(jīng)常養(yǎng)護(hù)且粘貼鋼板不易使其緊密與梁身結(jié)合，故亦未采用。③法所需鋼材較少，且施加預(yù)應(yīng)力可使梁裂縫減少或閉合，施工也簡便，但也存在預(yù)應(yīng)力鋼材防銹蝕問題及加強(qiáng)經(jīng)常養(yǎng)護(hù)問題，同時預(yù)應(yīng)力鋼材直接受大氣溫度影響較大。經(jīng)反復(fù)研究，決定采用先用體外預(yù)應(yīng)力加固增強(qiáng)，再以噴射混凝土將其覆蓋的方案。此方方案既可解決預(yù)應(yīng)力鋼材防銹蝕問題，又可避免其直接受大氣溫度影響，同時噴射混凝土后尚可增加梁身抗剪能力。
�。�1）利用墩頂上兩孔梁端空間設(shè)置現(xiàn)澆橫向懸臂挑梁，其上安裝預(yù)制的微彎板。
�。�2）在挑梁懸臂部分架設(shè)預(yù)制的π形人行道梁。兩邊橋孔人行道梁較主梁長，一端支承在邊墩挑梁上一端支承在路堤上特設(shè)的支墩上，此舉系為了避免加寬橋臺。
�。�3）在人行道梁內(nèi)側(cè)的凸緣與舊橋面板間，用25號混凝土澆筑橋面加寬部分，橋面鋪裝層混凝土同時澆筑形成凈-9m行車道，在橋面鋪裝層及橋面加寬部分，均設(shè)置了鋼筋網(wǎng)，使整體性能加強(qiáng)。
（4）橋面伸縮縫設(shè)置在挑梁頂中心，將行車道鋪裝延伸搭架在挑梁上形成。挑梁上橋面鋪裝層下墊設(shè)二層油氈，使其能隨溫度收縮。伸縮縫中充填聚氨脂材料。
墩上懸臂梁及微彎板構(gòu)造圖
2.3加固后試驗(yàn)結(jié)論
�。�1）從撓度測試結(jié)果表明，試驗(yàn)荷載下人行道梁和T梁撓度均很小。推算得的汽—20荷載（已考慮沖擊系數(shù)）作用下T梁撓度僅為3.607mm，其f/L=1/4574；人行道梁撓度為4.142mm，其f/L=1/4104，均遠(yuǎn)小于L/600，完全滿足使用要求。
從第二加載階段撓度實(shí)測值與計(jì)算值比較表可看出，實(shí)測值大大小于相應(yīng)荷載的計(jì)算值，其校驗(yàn)系數(shù)僅為0.329～0.369，說明人行道梁和T梁的實(shí)際剛度比理論計(jì)算用的剛度大很多，如T梁計(jì)算開裂慣性矩為0.0978m4，返算的實(shí)際慣性矩為0.14135m4，而梁的計(jì)算換算慣性矩為0.23197m4。
（2）由測試資料可知，加固拓寬前后跨中加載彎矩增大1.631倍時,實(shí)測的邊T梁撓度和梁底受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力僅分別增大1.071倍及1.063倍，可見該橋在加固拓寬后上部結(jié)構(gòu)承載能力大，安全可靠。
�。�3）由測試資料推測的汽—20荷載作用下梁的應(yīng)變、應(yīng)力值與行人荷載、恒載作用下梁的應(yīng)變、應(yīng)力值均較容許值為小，可見加固拓寬后橋梁結(jié)構(gòu)完全滿足設(shè)計(jì)要求�！ �2.4大橋加固效果評價
�。�1）靈溪大橋采用先以體外預(yù)應(yīng)力加固T梁，后用錨噴混凝土使預(yù)應(yīng)力鋼束與梁體粘合的加固方法，是行之有效的，達(dá)到了預(yù)期的目的和效果。此法在國內(nèi)尚系第一次使用，它不僅使梁的抗彎、抗剪強(qiáng)度及剛度得以增大，且能有效地防止預(yù)應(yīng)力鋼束因暴露在大氣中引起銹蝕，也使其不直接受大氣溫度影響，即可使預(yù)應(yīng)力鋼束工作安全可靠，也減少了今后養(yǎng)護(hù)工作和費(fèi)用。該方法具有施工設(shè)備簡單、施工操作容易、施工速度快和在施工過程中基本不中斷交交通等優(yōu)點(diǎn)。尤其通過施加預(yù)應(yīng)力，主梁將會產(chǎn)生上拱，這對改善舊橋的下?lián)蠣顩r是十分有利的，且可使裂縫減小或閉合。施加體外預(yù)應(yīng)力與噴射砼加固舊橋的組合體根治了原結(jié)構(gòu)由于裂縫等原因產(chǎn)生的應(yīng)力集中并恢復(fù)了原結(jié)構(gòu)變形的協(xié)調(diào)性，使其能抵御更大的外荷載。噴射砼包裹著預(yù)應(yīng)力鋼筋，既發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力的作用，又發(fā)揮了噴錨砼優(yōu)越性，也解決了體外預(yù)應(yīng)力鋼材養(yǎng)護(hù)難題，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，為類似橋梁的加固改造提供了一種十分有效的好途徑。
�。�2）靈溪大橋采用在墩上澆制的懸臂梁上架設(shè)人行道梁以加寬橋面的方法，使人行道梁除承受人行荷載外，還分擔(dān)了部分行車荷載，充分利用其承載能力，節(jié)約了建造新的深水墩臺的費(fèi)用，可供類似梁橋拓寬橋面參考。
�。�3）浮動式工作平臺對加固梁橋是一種很經(jīng)濟(jì)的方法，本身安裝拆散均簡單，使用穩(wěn)定安全。值得在橋下常年有水且不很高的梁橋加固時采用。
�。�4）該橋加固拓寬工藝簡單，施工方便，設(shè)備少，加固費(fèi)用僅95萬元，如就地建新橋還需搭深水便橋，費(fèi)用較大，總需要費(fèi)用250萬元，加固拓寬費(fèi)用僅為其40%左右。經(jīng)濟(jì)效益顯著。
�。�5）該橋加固拓寬施工除部分項(xiàng)目系在半幅通車的情況下進(jìn)行的。其余均是讓車輛雙向通車，社會效益明顯。
�。�6）本橋設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是巧妙地利用了墩上懸臂梁來加寬橋面，避免加寬墩臺，即節(jié)省了經(jīng)費(fèi)，又大大加快了進(jìn)度，同時施工操作又簡單。
�。�7）不同的橋梁具備不同的特點(diǎn)，但同類型的橋梁有著相同的特性，其加固方法可以借鑒，但也要具體問題具體分析，巧妙地利用其特性，則許多難點(diǎn)就可迎刃而解。如靈溪大橋墩上懸臂梁、邊孔人行道梁的設(shè)置。
�。�8）該橋加固拓寬后營運(yùn)至今，經(jīng)跟蹤觀察使用情況良好�！ �3、贛州西河大橋（鋼纖維砼加固負(fù)彎矩區(qū)、雙懸臂梁橋）
3.1西河大橋概況
贛州市西河大橋位于市區(qū)內(nèi)，跨越章江，為該市聯(lián)絡(luò)東西城區(qū)及由105國道進(jìn)入市區(qū)的跨江通道。該橋橋長256.2m，為9孔雙懸臂鋼筋砼梁橋，孔徑為12.6 7×33 12.6m。懸臂孔掛梁計(jì)算跨徑為14m。原設(shè)計(jì)荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈-7 2×1.5m人行道。該橋于1955年按蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)圖并參照洛河橋施工圖設(shè)計(jì)，1956年建成通車。
由于大橋建成后交通量日益增多，汽車載重愈來愈大，致使該橋已在主梁正、負(fù)彎矩區(qū)、牛腿上出現(xiàn)眾多裂縫，橋面鋪裝及伸縮縫亦出現(xiàn)破碎及其它損壞現(xiàn)象。由于該橋病害嚴(yán)重，故被禁止稍重車輛通過。1992年以來，贛州公路分局曾先后三次組織對該橋進(jìn)行檢查，拍攝錄像。1993年在對大橋進(jìn)行加固設(shè)計(jì)前，亦進(jìn)行了較全面細(xì)致的檢查�！ �3.2大橋病害檢查情況
西河大橋病害主要表現(xiàn)在：
�。�1）主梁裂縫及主梁變形
主梁裂縫主要發(fā)生在錨跨中部（正彎矩區(qū)）梁的下緣及懸臂梁根部（負(fù)彎矩區(qū)）上緣，后者大都貫穿整個車行道翼板。各裂縫寬約在0.1～0.5mm之間。此類裂縫顯然是由于大量重車通過使梁的受拉區(qū)開裂，屬正�，F(xiàn)象。但由于負(fù)變矩區(qū)裂縫在上面，雨水易從裂縫滲入梁內(nèi)，引起鋼筋銹蝕及砼強(qiáng)度降低。
主梁永久性變形嚴(yán)重，從橋欄桿柱變化，可明顯看到這種波浪起伏狀態(tài)，墩臺處與墩中橋面高差大者已達(dá)6cm左右。
�。�2）牛腿裂縫
牛腿裂縫大都發(fā)生在懸臂孔贛州方向的主梁牛腿上。裂縫大者達(dá)21mm之多，為支座附近豎直裂縫。第七孔處下水南昌方向牛腿砼在支座處脫落一塊，支座鋼板外移，鋼筋外露，支撐其上掛梁，銹蝕嚴(yán)重。掛梁上牛腿裂縫較少，大多是（嵌固端）轉(zhuǎn)角處斜裂縫或豎向裂縫。
在后來鑿開牛腿原砼時，發(fā)現(xiàn)由于鋼筋較密，砼有澆筑不實(shí)之處，有空洞存在。
�。�3）橋面及伸縮縫
橋面呈波浪狀。橋面鋪裝層裂縫及破碎現(xiàn)象甚為嚴(yán)重，在墩頂處及掛孔牛腿上伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達(dá)，以致破碎脫落。究其原因，可能是因橋面鋪裝層下是較軟的油毛氈防水層，在重車及沖擊荷載作用下易產(chǎn)生這種破裂現(xiàn)象。
懸臂孔上伸縮縫全部破壞，縫壁破碎�！ �3.3西河大橋加固方案
在進(jìn)行加固前靜載試驗(yàn)的同時，我們也進(jìn)行了對該橋主要部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算。計(jì)算表明，對該橋單純采取修補(bǔ)的方法，只能恢復(fù)到滿足汽—10荷載的要求，而不能滿足汽—20荷載運(yùn)行的要求。
按容許應(yīng)力法計(jì)算，懸臂孔支點(diǎn)截面受壓區(qū)砼最大應(yīng)力達(dá)13.5Mpa，超出實(shí)際砼容許壓應(yīng)力值；而按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，跨中截面正截面強(qiáng)度不足，梁所能承受之最大彎矩為11839.87KN.m，不能滿足所需承受的彎矩13184.81KN.m。根據(jù)現(xiàn)場檢查、試驗(yàn)及計(jì)算分析資料，要使西河大橋通過加固達(dá)到承受汽—20、掛—100荷載等級的要求，就必須對主掛梁牛腿、主梁及其上橋面鋪裝進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，并對牛腿支座及伸縮縫加以改造�！ �3.3.1懸臂孔主梁及掛梁牛腿的加固
�。�1）經(jīng)計(jì)算，牛腿最弱截面為θ=28.86°或θ=41.19°（不計(jì)H）的斜截面，按偏心受拉構(gòu)件驗(yàn)算，拉應(yīng)力分別為2.0及2.2Mpa，按對牛腿截面尺寸能否符合裂縫控制要求驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)牛腿截面尺寸不足，公式Fvk≤β（1－0.5（Fhk/Fvk））（ftk/（0.5 a/ho））中系數(shù)β需≥1.39方能滿足，而承受靜力荷載的牛腿抗裂度取值至少應(yīng)是β=0.80。依上可見，加固前牛腿狀況顯然不安全。加以牛腿伸縮縫處不平順、不平整引起的跳車、沖擊，可使垂直荷載實(shí)際上增大很多。因而牛腿砼內(nèi)部微裂縫不斷發(fā)展，最后引起嚴(yán)重開裂而破壞。
�。�2）由于牛腿是懸臂梁橋的一個關(guān)鍵部位，它是否牢固可靠對橋梁能否維持安全通行是起決定作用的因素之一。牛腿又是懸臂梁的薄弱環(huán)節(jié)，牛腿處梁高突變減小，截面凹折轉(zhuǎn)角多，而要傳遞的集中力數(shù)值非常大，且頻繁承受車輛沖擊力作用，所以是受力非常復(fù)雜的部位�，F(xiàn)有各種驗(yàn)算方法帶有相當(dāng)?shù)慕菩裕�不能完全反映受力情況。為此，對牛腿加固我們提出了兩種方案：
方案一：鑿除原牛腿的低標(biāo)號砼（舊170號砼），改為澆筑30號鋼纖維砼。澆筑鋼纖維砼時，在新老砼結(jié)合面上涂以環(huán)氧砂漿以增進(jìn)兩者粘結(jié)。
方案二：將掛梁從兩個支點(diǎn)擱在主梁上改為以多支點(diǎn)擱在端橫梁上。此種方案，可使原牛腿上受力減少，但牛腿的砼則因破碎開裂，仍需鑿除后重澆新砼；端橫梁也因原寬度不足及標(biāo)號過低，也需鑿除重澆加寬，這就增大了工程量。該方案另一缺點(diǎn)是傳力情況不明確。
實(shí)橋加固時采用了第一方案�！ �3.3.2主梁負(fù)彎矩的加固
根據(jù)檢查、測試資料及計(jì)算成果，主梁負(fù)彎矩區(qū)在一般荷載下即產(chǎn)生大量裂縫，其上橋面鋪裝層亦產(chǎn)生大量網(wǎng)裂。此種裂縫不僅不美觀，使人產(chǎn)生不安全感，在實(shí)際上也會因雨水滲入主梁和翼緣板中，導(dǎo)致銹蝕受力鋼筋，影響橋梁使用壽命。
在考慮加固方案時，根據(jù)計(jì)算資料增加了縱向受拉鋼筋，置于原鋪裝層范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果還表明，由于新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的荷載負(fù)彎矩作用，橋面砼的拉應(yīng)力將達(dá)到3.96Mpa，采用現(xiàn)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中所列各標(biāo)號普通砼均仍會因抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度無法滿足而使梁頂開裂；只有采用鋼纖維砼，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度有可能大于此拉應(yīng)力，從而保證橋面不出現(xiàn)裂縫。故我們在加固方案中對負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝層采用澆筑鋼纖維砼，要求其與梁頂翼緣板真正牢固連成整體。所以在將梁頂翼緣板頂打毛外，還要在其上設(shè)錨筋和在頂面上刷粘層劑使新老砼緊密結(jié)合。在澆筑鋼纖維砼鋪裝層前，尚需用高分子化學(xué)材料壓入梁頂?shù)牧芽p內(nèi)，使裂縫粘合。
對此負(fù)彎矩區(qū)加固提出的另一種方案是在橋面鋪裝層范圍內(nèi)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固。此措施旨在使橋面原裂縫進(jìn)一步閉合，同時可因懸臂負(fù)彎矩減小而減小懸臂端撓度，并減輕主梁和掛梁銜接處沖擊。該方案因施工工期短、施工技術(shù)較新，且需一定設(shè)備，一般施工隊(duì)伍不一定具備條件而放棄�！ �3.3.3主梁錨跨及掛梁正彎矩區(qū)加固
在按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時，在汽—20、掛—100荷載作用下主梁截面強(qiáng)度不滿足，故需補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)的措施是在鑿去原橋面鋪裝層及油毛氈后，將原橋面打毛，用錨桿在原鋪裝層厚度范圍內(nèi)加一層鋼筋網(wǎng)，然后澆筑30號UEA補(bǔ)償收縮自防水砼。采用UEA補(bǔ)償收縮自防水砼的目的是因?yàn)閁EA補(bǔ)償收縮是一種適度膨脹的砼，在鋼筋和鄰位約束下，可在砼中建立0.2～0.7Mpa預(yù)壓應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)達(dá)到抗裂防滲的目的，即解決防水問題。掛梁則除在原鋪裝層厚度范圍內(nèi)不增鋼筋網(wǎng)外，其余均與主梁加固方法相同。 3.3.4主梁裂縫粘合
為改善主梁負(fù)彎矩區(qū)受力情況，并增加梁板耐久性能及剛度，同時為了在加固施工中需要將導(dǎo)梁移孔時，主梁及掛梁能安全承受在上通過的導(dǎo)梁設(shè)備重，本橋加固設(shè)計(jì)采用了以高分子化學(xué)材料對主梁及掛梁裂縫以壓灌的方法，使裂縫予以粘合�！ �3.4試驗(yàn)結(jié)果
�。�1）贛州西河大橋加固前后采用兩輛黃河牌重車加載時，盡管加固后試驗(yàn)荷載的內(nèi)力較加固前大9%左右，但在相同位置上實(shí)測的應(yīng)力值，仍見明顯減小，說明加固效果是較好的。
�。�2）在黃河車及大交通車作用下，考慮了沖擊系數(shù)實(shí)測活載應(yīng)力值，與恒載應(yīng)力計(jì)算值合計(jì)值，均小于砼軸心抗壓強(qiáng)度和鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。說明該橋承載能力完全滿足設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)（汽—20、掛—100）。
�。�3）由實(shí)測最大撓度值可見，錨跨跨中撓度為計(jì)算跨徑的1/4583，遠(yuǎn)小于規(guī)范的1/600。懸臂跨懸臂端在兩列大交通作用下的撓度為懸臂長度的1/788，小于規(guī)范的1/300。說明加固后橋梁剛度是較好的。 3.5加固效果與跟蹤觀察
贛州西河大橋通過在橋面鋪裝層內(nèi)增設(shè)縱向鋼筋，用鋼纖維砼重新澆筑牛腿和澆筑負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝層，用GJK-1高分子化學(xué)材料粘合梁體裂縫等措施，將西河大橋原僅能承受汽—10、拖—60的承載能力提高到汽—20、掛—100標(biāo)準(zhǔn)，說明此種加固方法是有效的。施工期限也較短，經(jīng)費(fèi)也較少，完全可以應(yīng)用到同類的雙懸臂鋼筋砼梁橋加固上。該橋經(jīng)加固后開放交通至今，使用情況一直良好，經(jīng)跟蹤觀察未發(fā)現(xiàn)新的病害�！ �4、320國道黃花大橋（懸臂拓寬橋面、雙曲拱橋）
4.1黃花大橋概況
黃花大橋位于江西省萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)改建后的320國道K1127至K1128段，是萍鄉(xiāng)市湘東鎮(zhèn)于1974年建成的、跨越萍水河下游的一座鋼筋砼雙曲拱橋，全長188m，主橋三跨，每跨凈距28.5m，兩岸引橋各為六孔，跨徑4～6m不等。主橋設(shè)計(jì)荷載：汽-13，拖-60，橋面凈寬7.3m，無人行道，矢跨比1/6，設(shè)計(jì)拱軸系數(shù)M=2.20，主拱圈寬度為8m，拱圈厚0.88m，立柱式腹拱墩。下部構(gòu)造為：15#片石砼實(shí)體墩和橋臺，橋墩頂寬2.5m，基礎(chǔ)均為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。
1987年320國道改線測設(shè)時經(jīng)與新橋方案反復(fù)比較后決定利用該橋。為判定黃花大橋既有結(jié)構(gòu)狀況和承載能力及進(jìn)行加固的可行性，1992年元月對該橋進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)檢查和靜載試驗(yàn)，以期對大橋上下部構(gòu)造的承載能力（強(qiáng)度和剛度）進(jìn)行鑒定，為加固拓寬利用該橋提供科學(xué)依據(jù)。 4.2加固技術(shù)及采用方案
4.2.1上部構(gòu)造
由于設(shè)計(jì)荷載增大，橋面拓寬，車輛橫向不利位置較原橋面凈寬不利位置外移（原橋設(shè)計(jì)荷載為汽-13，拖-60，橋面凈寬：凈-7.3 2×0.25m安全帶），增加了人行道活載，故對主拱圈，腹拱圈、拱上立柱等均采用錨噴砼加固，邊肋亦予以加寬，拱背現(xiàn)澆砼加固�！ �4.2.2下部構(gòu)造
根據(jù)結(jié)構(gòu)檢查和靜載試驗(yàn)結(jié)果，證明主橋墩臺的強(qiáng)度和剛度能滿足現(xiàn)設(shè)計(jì)荷載要求，地基也堅(jiān)實(shí)可靠，故對主橋墩臺不予加固�！ �4.2.3大橋拓寬技術(shù)的研究
�。�1）拓寬原則
由于原橋面凈寬7.3m，無人行道，為配合二級路的寬度要求，需將橋面拓寬至12m，即凈-9 2×1.5m人行道。而主橋兩岸引橋（引道）均鋪筑好砼路面，故主橋拓寬必須沿橋中心線對稱地在上下游加寬。
�。�2）拓寬方案擬定與比選
①拓寬方案一
于墩臺上挑出懸臂梁，然后增設(shè)邊拱肋，修建拱上構(gòu)造，拓寬橋面至凈-9 2×1.5m，重修橋面鋪裝。
優(yōu)點(diǎn)：拓寬部分直接傳力到墩臺上，受力明確，對原橋各拱肋受力影響不很大。
缺點(diǎn)：墩臺上挑出的懸臂梁，因要承受增設(shè)的拱肋，故必須做得較強(qiáng)勁，造價較高，施工難度較大。
�、谕貙挿桨付�
在橋的兩側(cè)和重修的橋面一道現(xiàn)澆車行道懸臂板和人行道懸臂梁，再在人行道懸臂梁上擱置微彎板。
優(yōu)點(diǎn)：采用懸臂梁（板）加微彎板結(jié)構(gòu)，構(gòu)件輕巧，并充分利用了重建砼橋面作為懸臂梁（板）的錨固端，造價比方案一低，施工（安裝）也方便。
缺點(diǎn)：懸出部分主要依靠邊肋承受，故受力不如方案一有利，因此應(yīng)對拱肋予以加固加強(qiáng)。
經(jīng)對方案一、二的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，最后采用拓寬方案二作為本橋拓寬方案。 �。�3）拓寬設(shè)計(jì)要點(diǎn)
①由于該橋?yàn)榭崭故诫p曲拱橋，現(xiàn)采用懸臂梁結(jié)構(gòu)來拓寬大橋橋面，所以應(yīng)盡量使懸臂梁處于拱上立柱或附近，使得盡量通過立柱來傳力給主拱圈和墩臺上。
�、谲囆械罉蛎鎽冶郯搴腿诵械缿冶哿焊恐в谠皹騻�(cè)墻上，懸臂板和懸臂梁相交處亦澆成一個整體。人行道板采用輕巧的少筋微彎板。
�、蹫榧訌�(qiáng)主橋的整體性，減少橋面接縫，橋面鋪裝采取全橋連續(xù)續(xù)，僅在橋面兩頭各設(shè)置一道伸縮縫，橋面在跨墩（柱）部分底層設(shè)置鋼筋網(wǎng)�！ �4.3黃花大橋加固效果與社會效益分析
�。�1）社會效益好。
黃花大橋于1993年10月完成加固與拓寬施工并通車，營運(yùn)至今，大橋狀況良好，現(xiàn)該橋通行的交通量達(dá)8000余輛/日。
�。�2）本橋梁采用錨噴鋼筋砼加固和懸臂式拓寬的技術(shù)方法改造，不僅便于施工，確保質(zhì)量，而且施工期間可不中斷交通，因而社會效益顯著。
�。�3）本橋采用加固拓寬方法改造，不僅在總體上具有上、下部構(gòu)造配合恰當(dāng)之優(yōu)點(diǎn)，而且給人們以輕巧、優(yōu)美、安全之感，施工亦安全簡便，質(zhì)量易于保證，工期短。從而說明該橋加固拓寬設(shè)計(jì)新穎、美觀、實(shí)用，結(jié)構(gòu)合理，便于施工。
（4）該橋梁改造工程費(fèi)用低。經(jīng)加固拓寬后的黃花大橋，不僅滿足了汽-20，掛-100，凈-9 2×1.5m人行道的二級公路橋梁設(shè)計(jì)要求，而且比新修橋梁節(jié)約經(jīng)費(fèi)150多萬元。同時節(jié)約了大量的鋼筋、水泥、木材等建筑材料。
�。�5）黃花大橋的加固與拓寬設(shè)計(jì)被江西省交通廳授以優(yōu)秀設(shè)計(jì)二等獎�！ �5、進(jìn)賢北門橋（外包砼加大截面、剛架拱橋）
5.1北門橋的概況
進(jìn)賢北門橋位于江西省進(jìn)賢縣縣城，于1984年竣工通車。北門橋橋梁總長55.6m,主孔為1孔凈跨36m的剛架拱，矢跨比為1/6，南北副孔為跨徑6.0m的微彎板組合梁�；A(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)為組合式L形橋臺與樁基礎(chǔ)，橋面凈空為凈-7 2×1.0m人行道，原設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級，掛車-100。
北門橋通車后，在對該橋進(jìn)行驗(yàn)收時，部分拱腿拱腳斷面上緣即出現(xiàn)裂縫。1987年撫州供電局運(yùn)輸一臺主變壓器時，上海城建學(xué)院曾對該橋進(jìn)行檢測，上述裂縫深達(dá)450mm左右，裂縫寬度為0.6-0.8mm。檢測后所附《進(jìn)賢北門橋承載能力評價報告》中指出：“剛架拱與副孔簡支梁的伸縮縫北邊拉開12mm，南邊拉開20mm，說明橋臺有水平位移，不均勻沉降和轉(zhuǎn)動，北邊橋臺沉降較南岸橋臺多一些，以上變位主要是由于臺后高填土沉降引起，橋臺變位是引起拱腿根部開裂的主要原因之一�！�
由于拱腿系剛架拱橋的主要受力桿件，考慮到安全問題，南昌公路分局將該橋列為危橋，對通行車輛采取限載100KN通過�！ �5.2病害檢查
�。�1）拱腿病害
拱腿根部拱腳處有7處出現(xiàn)由上自下裂縫，拱腿拱腳處上緣裂縫寬度南岸橋臺2－5mm，北岸橋臺2－3mm。
�。�2）橋臺病害
橋臺立墻出現(xiàn)全斷面橫向裂縫，南、北橋臺八字墻受土壓力作用向外突出。
（3）部分微彎板組合橫梁出現(xiàn)由下自上裂縫，縫寬0.2～0.4mm。
�。�4）行車道主要發(fā)現(xiàn)橫向裂縫，主孔與南、北副孔伸縮縫均向兩側(cè)滑動，而且有一定規(guī)律可循�！ �5.3加固方案及其內(nèi)容
通過對老橋的計(jì)算分析，我們認(rèn)為應(yīng)對老橋進(jìn)行全面加固，并依靠加固后老橋本身的結(jié)構(gòu)來達(dá)到滿足通行超重平板車是一個最為安全和兼顧長遠(yuǎn)利益。
�。�1）加固的具體范圍及內(nèi)容 �、俟澳_斷面
拱腳斷面由于開裂嚴(yán)重，且經(jīng)常處于水位之下，所以必須重點(diǎn)加固。可采用以下辦法：將拱腿斷面保護(hù)層鑿開，在原主筋旁焊接新的主筋，并增加新的箍筋。鋼筋數(shù)量由電算得出，鋼筋長度在裂縫位置左右3m內(nèi)可滿足錨固的要求。裂縫用環(huán)氧樹脂填死閉合。然后澆筑新的混凝土，再在其外拱腿四周用粘貼鋼板并打栓釘?shù)霓k法來特別加強(qiáng)。 �、谏舷覘U下緣
主孔方面：由于每片上弦桿的下緣僅寬30cm，按照計(jì)算最不利截面將對應(yīng)配13Φ22，所以加固還必須采用加大斷面法，鑿開下緣保護(hù)層，露出主筋和箍筋，將箍筋接長，焊上新的主筋。然后澆筑新的混凝土，再在局部幾個斷面的下緣用粘貼鋼板并打栓釘?shù)霓k法來特別加強(qiáng)。
�、鄹笨追矫妫翰捎脻M堂腳手來加固。
�、軜蛎嫒婕庸�
因?yàn)槭┕べ|(zhì)量良好的橋面，將會提高微彎橋面板的承載力，并且頂層鋼筋將參與抵抗弦桿斷面負(fù)彎矩，所以決定鑿除原有破損橋面，除配常規(guī)的構(gòu)造鋼筋外，在負(fù)彎矩區(qū)加設(shè)受力鋼筋，縱向可設(shè)在弦桿計(jì)算的負(fù)彎矩區(qū)起抗拉作用，橫向全橋布置，并保證截面的厚度，以提高微彎橋面板的承載力。
⑤橋臺立墻等 5.4荷載試驗(yàn)結(jié)果評定
�。�1）靜載試驗(yàn)荷載效率各控制載面已達(dá)到0.823、0.783、0.838，滿足有關(guān)規(guī)程要求。
�。�2）靜載試驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)加固后的2#、3#拱肋在彈性范圍內(nèi)工作，橋臺基礎(chǔ)在次重車加載的情況下幾乎沒有位移，整體結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度滿足重車通行。
論文出處(作者):
武進(jìn)市道路交通發(fā)展對策研究
我國公路經(jīng)營權(quán)轉(zhuǎn)讓中存在的問題分析及對策研究
【江西省公路舊橋加固技術(shù)研究與實(shí)踐】相關(guān)文章：
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