高等級公路T型梁橋橋面破壞加固處治

南寧市城市規劃設計院 蔣以華

貴州通遠公路勘察設計咨詢有限公司 何 軼

高等級公路T型梁橋橋面破壞加固處治

南寧市城市規劃設計院 蔣以華

貴州通遠公路勘察設計咨詢有限公司 何 軼

本文通過對1座高等級公路多跨30m T梁橋面破壞的原因分析，提出了增加T梁橫隔板加固方案，經過施工人員的精心施工，設計方案順利實施，且通過了惡劣天氣的考驗，取得了成功。

T型梁 橋面 裂縫 加固

一、工程概況

江西坡大橋位于貴州省貴陽至新寨高等級公路K71+538處，為分幅雙向四車道橋梁。橋梁左幅為9×30m預應力混凝土T型梁橋，橋長309.78m；右幅為10×30m預應力混凝土T梁橋，橋長317.13m，兩幅橋寬均為12m。橋梁平面位于圓曲線上，圓曲線半徑為R=400m，縱坡為4%。該橋運行多年后橋面多處出現縱向、橫向裂縫，且部分已修補過的橋面再次出現了裂縫，橋面破損相當嚴重，嚴重影響行車安全，特別是雨天時橋面上多次發生嚴重交通事故。

二、原因初步分析

該橋上部構造為30m預應力混凝土T梁，每跨橫向由5片梁組成，T梁僅兩端各設置一道橫隔板，中部無橫隔板。預制T梁間設計考慮為鉸接，鉸縫寬度僅10cm。預制T梁頂面為現澆的14cm厚C50鋼筋混凝土橋面板，層內設置有雙層φ12鋼筋網，面層為6cmC50水泥混凝土橋面，層內設置φ6.5鋼筋網，網距較大，為20×20cm。

調查時發現橋面裂縫以順橋向裂縫為主，順橋向分布沒有規律，但大多較長，跨越2～3跨，橫向主要分布在慢車道上，快車道及外側路緣帶較少。橋面橫橋向裂縫較順橋向裂縫略少，同樣多分布于慢車道上，順橋向則各跨均有分布，沒有規律。現場調查時遇到養護人員在對局部嚴重破損的橋面進行修補工作，通過現場觀察，發現橋面打開部分面層6cm水泥混凝土全部破壞，而下層14cm橋面板未發現裂縫。另外發現6cm面層內鋼筋均未置于面層上部，而是置于面層與橋面板的結合面處。調查時還發現該橋在重型車輛或高速小型車輛通過時橋梁震動嚴重，該現象在跨中尤其明顯。

通過現場調查分析，初步認定裂縫發生的主要原因有以下幾點：

1. 橋梁所處路線平面曲線半徑小、縱坡大，橋面采用水泥混凝土，摩阻力較小。由于公路等級較高，車輛運行速度較快，故車輛在橋面緊急制動的現象較為突出，尤其是大型車輛由于慣性大，極易長時間制動。這些都引起橋面面層受到的順橋向水平力和橫橋向水平力較大，而橋面面層配置鋼筋直徑較小、網距較大，難以承受這些水平力，多次作用下極易引起破壞。故可考慮將剛性橋面面層改為改性瀝青混凝土（柔性面層），既增大摩阻力、保障行車安全又易于施工、縮短因橋面面層施工而封閉交通的時間且便于今后養護。

2. 面層破壞而下層橋面板未發現裂縫，說明橋面板受力是能夠滿足使用要求的，故橋面裂縫不是下層的反射裂縫。因橋面裂縫均沒有特別明顯的規律，橋面板受力后是否產生裂縫可通過建模計算進行進一步分析。

3. 重型車輛或高速小型車輛通過時在T梁跨中橋梁震動嚴重，說明T梁的橫向整體剛度較差，震動的頻繁容易造成橋面混凝土的疲勞破壞，對T梁梁體及支座等構件也會造成不良影響。故可考慮在跨中增加橫隔板以增大橋梁的整體剛度，減小橋梁的震動。

三、結構計算分析

由于下層橋面板未發現裂縫，故建立空間模型對T梁橋面板進行受力分析。分析程序采用大型空間計算程序Midas2006，模型單元采用板單元，計算模型圖見圖1：

圖1 計算模型圖

計算中考慮兩種模型，一種按實際橋梁布置，另一種在跨中增加三道橫隔板，兩種模型的橋面板應力計算結果如下表：

表1 混凝土應力對比表

表2 橋梁動力性能

從表1中我們可以看出，橋面板的最大拉應力為1.67MPa，小于C50混凝土的容許拉應力，故下層14cm厚橋面板層是不應產生裂縫的，故設計時可不考慮對該層進行處理。

從表2中我們可以看出，T梁增加橫隔板后基頻由無橫隔板的3.96Hz變為3.54Hz，說明增加橫隔板后橋梁的整體剛度有了一定增加，橋梁震動相應的也會減小。雖然增加了三道橫隔板后增加了恒載，但由于橫隔板自重較輕，且考慮新增橫隔板的受力橫向分布作用，則起控制設計作用的邊梁所受活載也將減小，各片T梁的受力分布也更趨于合理，故不會對T梁產生不利影響。

四、設計方案

通過各方面分析，綜合考慮現場的環境因素及施工方案，確定了設計方案，主要包含以下幾個方面：

1. 在每跨T梁跨中段增加三道橫隔板（橫隔板大樣如圖2）。由于該橋橋墩較高，橋墩最高有35m，故橫隔板采用預制吊裝方案。橫隔板厚度為20cm，中部設2個臨時固定孔，用φ25圓鋼兩端攻絲套螺母固定。橫隔板間主筋采用焊接連接，濕接縫采用微膨脹混凝土。

圖2 預制橫隔板大樣

2. 由于水泥混凝土橋面摩擦系數較小，且本橋位于大縱坡和小半徑平曲線復合的路段，雨天時車輛極易發生交通事故，故設計時將剛性橋面面層改為柔性面層，增大橋面的摩擦系數。采用方案為鑿除橋面6cm厚水泥混凝土面層，改用改性瀝青混凝土鋪筑，瀝青混凝土與橋面板間涂刷瀝青基防水涂料。

五、施工方案

根據確定的設計方案，施工時主要分兩部分實施：

1. 預制橫隔板安裝。

橫隔板在預制場預制好后運至現場對應位置橋梁正下方，在橋面打孔后用鋼絲繩垂直起吊，到達設計位置后通過φ25圓鋼兩端攻絲套螺母固定在T梁上，然后向橫隔板在與T梁表面結合處的預留孔內貫注JGN結構膠，最后再焊接橫隔板間鋼筋、澆注濕接縫混凝土。施工時支架采用型鋼焊制的小型吊架。

2. 橋面系改造。

先用路面切縫機將橋面面層按1m方格切塊，切割深度控制在6cm以內，待橫隔板施工完成后采用小型路面鑿除機鑿除橋面面層，清洗干凈后涂刷防水材料，最后鋪筑改性瀝青混凝土。

六、實施效果

由于原有T梁施工質量較差，T梁表面與預制橫隔板多處不能緊密結合，施工時需對多個預制橫隔板進行人工處理，故耗時較多，而且受到高等級公路通行交通組織的影響，施工期略長，為5個月。橋面6cm厚面層鑿除后經過仔細檢查在14cm厚橋面板上未發現裂縫，與設計分析一致，故按設計方案清洗后涂刷防水涂料后鋪筑改性瀝青混凝土。由于面層采用瀝青混凝土，故不需施工養護期，大大減短了橋面封閉交通的時間。

施工完成后通過兩年的運營，特別是經歷了2008年初罕見的長時間凌凍天氣后橋面完好無損，為當時的搶險救災工作提供了有力保障。另外改造后橋上的交通事故率也大大降低，到目前為止未發生一起交通事故，這些都受到了業主單位及養護部門的好評。

七、小結

1. 通過加固處理，橋梁通行情況得到了良好改善，交通事故率大大降低，證明了采用增加橫隔板及將橋面剛性面層改為柔性面層的方案是可行的且適宜的。在該橋所處的高等級公路上還有同類橋梁十多座，同樣有類似的橋面病害，本橋的成功加固對今后同樣類型橋梁病害加固起到了積極的示范作用。

2. 通過計算分析，正確判斷了下層橋面板未損壞，合理確定了設計方案，節約了投資。

3. T梁新增橫隔板采用預制安裝工藝，橫隔板與T梁結合面受T梁施工質量影響較大，且吊裝時較為笨重、需要在橋面鉆吊裝孔，對橋面有一定的破壞，故顯得較為不合理。由于施工時證明14cm厚橋面板未破壞，故今后的工程中可以考慮適當減小橫隔板的剛度（如僅保留橫隔板下橫梁），采用現澆混凝土方案，可進一步降低施工難度、減小對橋面板的破壞且能夠滿足使用要求。

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