陽春春州大橋病害分析與加固設計

熊 凱

新的橋涵設計規范頒布已有一段時間,工程師們在執行新標準對結構進行驗算時,往往更多的注意了恒載和汽車活載的作用,忽視了溫度變化引起的作用,而有時候溫度力引起的效用是巨大的。

1 工程實例

陽春市春州大橋橫跨漠陽江水道,連接陽春市東、西兩岸,是通往陽春南部(高州方向)的交通要道。橋跨結構由6×16m T梁+4×45 m剛架拱+主跨80 m中承式拱橋+45 m剛架拱+3×16 m T梁組成,總孔徑449 m,橋梁全長484.5 m。下部結構拱橋為重力式實心混凝土墩身,除11號墩采用明挖擴大基礎外,其余均為鉆孔灌注樁基礎,嵌巖樁,樁徑1.2 m～1.8 m;梁橋為三柱式橋墩,墩柱直徑1.0 m,樁直徑1.2 m。混凝土薄壁橋臺,雙排鉆孔灌注樁基礎,樁徑1.2 m。均采用摩擦樁。設計荷載為汽—20,掛—100。

2 病害及其分析

橋梁大體評價根據陽江市公路工程質量監督站的檢查,整體施工質量比較差。更主要的問題由于該橋管養部門幾度更換,當時建造及檢測的資料缺失較多,對掌握該橋的情況造成一定的困難。

1)漠陽江東岸T梁和剛架拱的過渡墩6號墩,立柱根部 T梁方向面出現橫向貫通裂縫,并不斷發展,最大裂縫寬度達到3.0 mm,初步判斷為受力結構性裂縫。

2)漠陽江西岸T梁和剛架拱的過渡墩12號墩,立柱根部T梁方向面出現橫向貫通裂縫,并不斷發展,最大裂縫寬度達到1.0 mm,初步判斷為受力結構性裂縫。

分析認為,橋墩出現結構性裂縫,必然上下兩端出現水平向的錯動,此有兩種可能,一為剛架拱拱腳向T梁方向水平位移,二為T梁向剛架拱拱腳方向水平位移。

首先排除剛架拱拱座水平抗力的不足而產生的滑動。

a.剛架拱拱座采用的是樁基礎,10根直徑1.5 m的樁,并用巨大的承臺相連,樁基礎的水平力加上承臺位置的被動土壓力,足夠抵抗剛架拱拱腳傳遞的水平力。b.如果拱腳出現較大變位,則對于承載潛力低的剛架拱必將出現結構裂縫等病害,而現實中拱片橫梁毫發未傷,更驗證了我們的推斷。

我們再次仔細察看了出現病害的橋墩以及兩邊結構物的情況,發現施工質量較差,尺寸放樣不準,T梁直接頂在了橋墩蓋梁上。另外,可能是模板安放有誤,直接將T梁澆死在蓋梁上,一些支座被掩埋,本來6孔簡支T梁成了6孔連續T梁,而過渡墩上的伸縮縫儼然成了擺設。再聯想到病害出現在溫度升高的盛夏6月,病害的真正原因便浮出水面。

到了6月溫度升高,梁體變長,6孔結構連續的T梁,溫度產生的縱向水平力將按剛度法分配給各墩。6號墩直接固結在剛架拱的拱腳承臺上,水平抗推剛度遠大于其他的柔性排架式樁柱式墩,而且6號墩又是距離溫度伸縮變形不動點最遠的。故溫度產生縱向水平力為:

P=橋墩距不動點距離×橋墩抗推剛度×溫度伸縮系數。

經驗算,結構不滿足要求,開裂是必然的,而西岸12號墩(3孔連續T梁)裂縫寬度小于東岸6號墩(6孔連續 T梁),也從另一方面再次驗證了我們的推斷。

3)全橋剛架拱肋腋板普遍出現縱橋向裂縫,其中相鄰兩跨剛架拱交界處附近肋腋板破損最為嚴重,裂縫總體發展趨勢為縱橋向。

分析認為,一些構件施工不符合設計要求,雙向支承的肋腋板大多變成只支承在拱片上的單向板。肋腋板的邊界條件的改變是產生裂縫的主要原因之一。由彈性力學可知邊界條件的改變,板中心點應力有明顯變化。四周支承條件變為兩端簡支,將造成板中央應力和撓度的加大,產生裂縫是必然的。

4)橋面破損嚴重,網狀裂縫分布密集,寬度超過2 mm,間距20 cm～30 cm。

橋面系的病害主要表現為縱橫向網狀裂縫和破碎帶。由于肋腋板之間連接較差,車輛動力效應下,連接縫反射到橋面上,致使形成類似肋腋板縱橫接縫輪廓的橋面網狀裂縫。另外伸縮縫兩側的混凝土破碎,主要由于原來伸縮縫設計的欠合理以及施工安裝質量較差。

此外,橋面破碎后不能很好的分散傳遞車輛荷載的作用力,引起局部受力集中,肋腋板單板受力明顯。另外橋面不平整也會放大車輛活載的沖擊作用。

3 加固設計

該橋位處進出陽春市的重要通道,出現問題后陽春市交通局果斷的進行了封閉交通處理,給居民的日常生活造成很大影響。陽春市市委市政府領導也多次做出重要批示,盡快修復開放交通。

通過分析比較之后,重中之重就是解決溫度力,迅速確定了維修方案:1)降低溫度力的影響。盡量切開各梁跨之間滲出的混凝土,保證能有一定要求的正常的變形能力,并且打開6號墩頂T梁和剛架拱的連接,重做伸縮縫,使其能正常發揮出溫度變形的功能(見圖1)。2)對于6號,12號墩開裂的問題,將病害立柱采用外包混凝土,并且之間的空隙也填充完全成為實體墻式墩,以加大結構承載能力。3)對破損橋面層鑿除破碎帶,清洗干凈,修補橋面鋪裝。

4 結語

很多工程師都會忽視溫度力的作用,溫度力為溫度變形乘以結構剛度,有時結構剛度越大分配的溫度力也越大。

目前該橋加固已竣工通車,從運營情況看效果良好,證明了病害原因分析的正確性,加固方案的針對性,節省投資,大大縮短工期,減少交通損失和社會壓力,有較好的社會效益。

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