208國道司莊二號大橋病害分析及加固措施

胡芳

（山西長治公路勘察設(shè)計院，山西長治 046000）

208國道司莊二號大橋病害分析及加固措施

胡芳

（山西長治公路勘察設(shè)計院，山西長治 046000）

在分析208國道司莊二號大橋病害情況的基礎(chǔ)上，列舉了病害產(chǎn)生原因，通過驗算分析提出了橋梁維修加固措施，并根據(jù)加固設(shè)計進(jìn)行了加固效果驗算，結(jié)果表明：加固后提高了新增兩鉸拱的抗彎承載能力，滿足了規(guī)范要求。

橋梁，三鉸腹拱，病害，加固措施

1 原橋概況

司莊二號大橋位于208國道祁縣與武鄉(xiāng)交界處武鄉(xiāng)境內(nèi)的昌源河上，大橋中心樁號為K880+527，1996年建成通車。原橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為汽車—20級，掛車—100，橋面全寬9.5 m，凈寬8.5 m，全橋長188.39 m。橋梁上部結(jié)構(gòu)主跨為80 m空腹式石拱橋，拱圈采用懸鏈線拱，矢跨比1/6，主拱圈全寬9 m。拱上建筑采用空腹式腹拱結(jié)構(gòu)，跨徑為5 m的石砌板拱，空腹墩采用立墻圬工砌體，厚度為1 m。引橋采用3.8 m和5 m兩種跨徑石板拱，橋墩采用石砌實(shí)體立墻，厚度分別為1 m和1.5 m兩種。長治方向邊跨由于上跨東長線，采用了1-13.2 m簡支空心板，橋臺為U形橋臺，基礎(chǔ)采用整體式擴(kuò)大基礎(chǔ)。

2007年年底大橋出現(xiàn)病害，經(jīng)技術(shù)鑒定為危橋，并于2008年進(jìn)行維修加固，主要加固內(nèi)容簡述如下:

1）對于存在病害的U形側(cè)墻進(jìn)行局部拆除，重新砌筑。2）將南側(cè)三鉸拱及相鄰腹拱進(jìn)行拆除，改建為厚度50 cm的鋼筋混凝土拱圈。3）在引橋石板拱及其余腹拱拱板上澆筑15 cm厚C40鋼筋混凝土腹拱。4）對北側(cè)短拱柱采用外包混凝土增大截面進(jìn)行加固，并對2號拱墩在掏空區(qū)域采用內(nèi)襯加固。5）更換引橋1-13 m空心板，并增設(shè)板式橡膠支座。6）回填拱上填料，并重新澆筑橋面鋪裝、防撞護(hù)欄及立墻。

2 病害情況

2008年年底加固改造完成投入運(yùn)營后，2010年年底發(fā)現(xiàn)南側(cè)三鉸腹拱（2008年改為50 cm鋼筋混凝土三鉸拱）拱頂變形縫出現(xiàn)明顯的沉降，兩個半拱間錯臺達(dá)2 cm～3 cm，左側(cè)鑲嵌的拱頭石最大沉降達(dá)10 cm左右，冬季氣溫較低時還能聽見變形縫中夾著的木板發(fā)出“吱吱”的聲音，該腹拱上面的橋面有橫向裂縫，車輛通過時，該三鉸腹拱上方橋面顫動較重，在橋面上能聽到明顯的跳車聲音。

北側(cè)三鉸腹拱（石拱，2008年在其上方增加15 cm厚鋼筋混凝土腹拱）也發(fā)現(xiàn)勾縫脫落，個別石塊下沉的現(xiàn)象，其上方橋面變形縫處有跳車現(xiàn)象。

3 病害原因分析

3.1 原結(jié)構(gòu)復(fù)算

原結(jié)構(gòu)復(fù)算按照原設(shè)計采用的荷載等級和JTJ 023-85公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（以下簡稱規(guī)范）要求進(jìn)行。

計算采用橋梁博士有限元建模軟件建立全橋平面模型進(jìn)行計算分析。計算模型見圖1。全橋共分137個單元，205個節(jié)點(diǎn)。

計算荷載:

1）結(jié)構(gòu)重力:混凝土容重按25 kN/m3計，程序自動計入。

2）二期恒載:包括橋面鋪裝、防撞護(hù)欄及拱上填料按117.325 kN/m計。

3）活載:單向雙車道（汽車—20）。

4）其他:溫度效應(yīng):整體升降溫按±20℃計算。收縮徐變:考慮1 000 d。

5）主要材料指標(biāo)見表1，表2。

圖1 計算模型結(jié)構(gòu)離散圖

表1 混凝土指標(biāo)

表2 普通鋼筋指標(biāo)

6）荷載組合:當(dāng)結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)與汽車荷載產(chǎn)生的效應(yīng)同號時:荷載組合Ⅰ:1.2恒載+1.4汽車—20;荷載組合Ⅱ:1.1恒載+1.3汽車—20+1.3溫度效應(yīng)+1.3收縮徐變+1.3制動力;荷載組合Ⅲ:1.2恒載+1.1掛車—100。

軸力使單元受壓為正，受拉為負(fù);剪力由單元底緣向頂緣方向為正，反之為負(fù);彎矩使單元底緣受拉為正，上緣受拉為負(fù)。

承載力極限狀態(tài)驗算:

驗算截面位置如圖2所示。

根據(jù)驗算結(jié)果，荷載組合Ⅱ為最不利荷載組合進(jìn)行承載力極限狀態(tài)驗算，見表3。

表3 承載力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗算（組合Ⅱ）

根據(jù)計算，在正常使用極限狀態(tài)下均小于拱計算跨徑的1/800=6.25 mm，滿足《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》（合訂本）（1989）規(guī)范要求。

小結(jié):通過驗算，在汽—20級荷載作用下，主橋兩側(cè)兩個三鉸拱拱頂截面強(qiáng)度滿足承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)設(shè)計要求。

圖2 驗算截面位置

3.2 病害原因分析

根據(jù)原結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果可知，該橋病害主要為主拱兩邊三鉸拱出現(xiàn)問題，尤其是南側(cè)（計算模型中的5—5截面）三鉸拱拱頂下?lián)献冃屋^大。根據(jù)計算可知，南側(cè)（5—5截面）三鉸拱原設(shè)計荷載汽—20荷載產(chǎn)生最大豎向撓度滿足設(shè)計規(guī)范的要求，但是該橋在2008年改造完畢后，交通量劇增，由原來的3 000輛車次增加為8 000輛左右，且大部分為重型車輛（50 t～60 t）。活載的增加，勢必使腹拱拱頂豎向位移量增加。且該橋所處地區(qū)2010年冬季氣溫較往年較低，且低溫時間較長，溫差較大。根據(jù)原結(jié)構(gòu)模型按照結(jié)構(gòu)整體降溫20℃考慮，降溫時三鉸拱2—2截面豎向位移為－19.6 mm，5—5截面豎向位移為－22 mm，溫度效應(yīng)對其腹拱拱頂位移影響較大，也是該處拱頂產(chǎn)生較大豎向位移的主要原因。

4 維修加固措施

4.1 原橋三鉸拱腹拱圈

主橋兩側(cè)兩三鉸拱腹拱由于破損較嚴(yán)重，本次加固采用將該腹拱上的防撞護(hù)欄、橋面鋪裝及腹拱圈拆除，重新預(yù)制新腹拱圈，新腹拱采用兩鉸拱結(jié)構(gòu)形式，在兩側(cè)拱座預(yù)留弧形槽，新做腹拱圈厚度由原來的50 cm增高至60 cm，并在腹拱拱腳處一側(cè)設(shè)四氟板、一側(cè)設(shè)油毛氈與拱座弧形槽連接。恢復(fù)橋面鋪裝及拱上填料，將更換的腹拱處兩側(cè)用瀝青麻絮填死。在兩鉸拱拱腳處分別設(shè)兩道U形鋅鐵皮伸縮縫。待新做腹拱圈及橋面鋪裝澆筑完成后，重新澆筑防撞護(hù)欄。

新建兩鉸拱增設(shè)肋板，肋板距離腹拱邊緣50 cm，間距2 m一道，一孔腹拱共設(shè)置5道肋板，新增肋板能有效提高兩鉸拱拱頂抗彎承載力。

4.2 原橋腹拱墩

對新設(shè)置兩鉸拱靠近拱腳一側(cè)腹拱墩采用增大截面加固，通過植筋架設(shè)鋼筋網(wǎng)，在一側(cè)增大截面100 cm，使腹拱墩寬由1.5m變?yōu)?.5 m，增加腹拱墩的剛度。

4.3 拱上側(cè)墻及拱上填料

拆除三鉸拱處的拱上側(cè)墻及拱上填料。拱上側(cè)墻及拱上填料施工時應(yīng)注意在伸縮縫處設(shè)置2 cm寬縫，內(nèi)填瀝青麻絮，變形縫處用油毛氈隔開，并保證該處鋼筋保護(hù)層厚度。伸縮縫、變形縫橫橋向貫通。

4.4 橋面鋪裝及防撞護(hù)欄

恢復(fù)拆除的橋面鋪裝，內(nèi)設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)。恢復(fù)拆除的防撞護(hù)欄。

5 加固效果驗算

根據(jù)以上加固設(shè)計進(jìn)行加固修復(fù)計算，計算采用JTJ 023-85原設(shè)計荷載等級和規(guī)范要求進(jìn)行。取值參數(shù)同原結(jié)構(gòu)計算。

5.1 承載能力極限狀態(tài)驗算

承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗算見表4。

5.2 正常使用極限狀態(tài)驗算

正常使用極限狀態(tài)撓度驗算見表5。

表4 承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗算（組合Ⅱ）

表5 正常使用極限狀態(tài)撓度驗算

根據(jù)計算，在正常使用極限狀態(tài)下均小于拱計算跨徑的1/800=6.25 mm，滿足《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》（合訂本）（1989）規(guī)范要求。

6 結(jié)語

1）通過僅增加腹拱墩截面，原三鉸拱結(jié)構(gòu)形式不改變的情況下，試算模型，拱頂在溫度作用下，豎向位移依然很大，不能從根本上解決本次出現(xiàn)的三鉸拱拱頂下?lián)系牟『栴}。

2）通過將原三鉸拱改變?yōu)閮摄q拱，試算模型，拱頂豎向位移受溫度影響，比原三鉸拱結(jié)構(gòu)豎向位移減少1.2 cm，豎向位移減少

50 %，加固效果明顯。但拱頂彎矩較大，結(jié)構(gòu)為偏心受壓構(gòu)件，經(jīng)驗算，抗彎承載能力安全儲備較低，已經(jīng)達(dá)到臨界值，在超載重車的影響下，會導(dǎo)致其拱頂開裂。

3）通過將原三鉸拱改為兩鉸拱的結(jié)構(gòu)形式，可以有效減少結(jié)構(gòu)受溫度作用產(chǎn)生較大的豎向位移，并且通過在腹拱圈設(shè)置肋板，可以有效提高新增兩鉸拱的抗彎承載能力，保證結(jié)構(gòu)在正常使用過程中的安全、穩(wěn)定。

4）根據(jù)加固效果計算可以得出，原結(jié)構(gòu)三鉸拱受溫度尤其是降溫影響產(chǎn)生很大的豎向位移，通過對原三鉸拱邊立柱增大截面處理，并將其更換為兩鉸拱，增設(shè)拱肋后可以發(fā)現(xiàn)，拱頂位移受溫度影響減小，降溫20℃2—2截面豎向位移為－3.9 mm，5—5截面豎向位移為－4 mm。但內(nèi)力值對于兩鉸拱拱頂處不利，但通過增設(shè)拱肋，并對兩鉸拱截面增大，且下緣鋼筋增強(qiáng)，其承載能力滿足規(guī)范要求。

5）根據(jù)加固前后腹拱拱腳水平位移的對比可知，腹拱墩截面的加強(qiáng)，有效提高腹拱墩截面剛度，使腹拱在活載及溫度影響下，拱腳水平位移減小，保證兩鉸拱的結(jié)構(gòu)安全。

6）通過加固前后南側(cè)五跨腹拱靠近板處的腹拱拱腳位移量可知，在活載及溫度影響下，位移量較小，不足5 mm，可考慮不增設(shè)伸縮縫。

［1］張元澤，劉浩吾，蔣智勇.成樂高速公路橋梁病害成因分析及對策［J］.山西建筑，2010，36（5）：301-302.

Diseases analysis and reinforcement measures Sizhuang No.2 big bridge of 208 national highway

HU Fang

（Shanxi Changzhi Highway Survey and Design Institute，Changzhi046000，China）

On the basis of analysing on diseases situations of Sizhuang No.2 big bridge of 208 national highway，this paper listed the diseases causes，through the checking analysis proposed bridge repair and reinforcementmeasures，and according to the reinforcement design made reinforcement checking calculation，the results showed that after reinforcement increased the bending bearing capacity of additional two hinged arch，met the requirements of specification.

bridge，three hinged arch，disease，reinforcementmeasure

U445.71

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.19.032

1009-6825（2012）19-0202-03

2012-03-29

胡芳（1967-），女，工程師