平涼火車站涇河大橋維修加固方案探討

王 艷，劉長喜

(甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司)

1 舊橋概況

平涼火車站涇河大橋采用鋼筋混凝土剛架拱，凈跨30m，矢跨比1/8，大橋全長277.824m、寬16m。橋面采用預制微彎板，現澆混凝土填平層及橋面鋪裝層的組合結構形式。橋臺采用重力式U形臺，明挖擴大基礎設防沖護裙。橋墩采用柱式墩鉆孔灌注樁基礎，中墩為單向推力式墩。設計荷載:汽—20，掛—100，橋面寬度:2.0m(人行道)+12.0m(機動車道)+2.0m(人行道)=16.0m。

2 舊橋主要病害及原因

2.1 主要病害

(1)橋面線形

該橋實測橋面縱向線形平順度較差，起伏較大。實測橋面橫坡(0.6％～1.4％)與設計值(1.5％)出現較大偏差。

(2)橋面結構

橋面凹凸不平，易積雨水，人行道板表面已經出現沿橋縱向的貫穿裂縫，裂縫寬度大，長度基本貫通全橋。人行道欄桿破損嚴重且出現外傾，全橋所有的伸縮縫已經嚴重破壞，失去伸縮作用，個別泄水孔已經堵塞，泄水孔周圍滲漏現象嚴重，影響正常排水。微彎板多處出現裂縫。

(3)主拱結構

八跨拱肋跨中均出現橫向貫穿裂縫，并且裂縫寬度嚴重超出限值。

(4)橋墩(臺)

舊橋5#橋墩混凝土局部水銹嚴重，并且樁基礎沖刷相當嚴重，出現大面積露筋。

(5)全橋總體技術狀況等級

通過外觀觀察、混凝土表面抗壓強度測試、裂縫測量、線形測量及靜、動載測試，得出如下主要結論:①大橋靜力剛度較低已不能滿足原設計荷載(汽—20，掛—100)通行能力的要求，更不具備超載能力。②根據評定算式計算出的Dr=38，根據評定分類采用的界限判定該橋的技術狀況評定等級為四類。

2.2 病害原因分析

理論計算表明，本橋原設計在正常施工和正常養護、維修條件下滿足汽-20和掛車-100的通行要求，但結構的安全儲備并不高，如果運營中出現超載現象，或者養護不當等均會對橋梁的承載能力和安全性帶來較大的影響。由于涇河大橋歷年來交通任務繁重、重車通行較多，且附近有水泥攪拌場，經多年超負荷運營，大橋橋面構造及主拱結構出現嚴重病害。

橋梁建設于1992～1994年，在當時時代背景下，普遍存在橋梁施工隊伍技術人員匱乏，施工水平不高，管理相對寬松等不足，存在局部混凝土缺陷、鋼筋保護不足等問題，加之，剛架拱橋拱肋、微彎板及現澆填平層逐步形成，原設計無加強連接措施，調查中也了解到本橋填平層分兩次澆筑形成，外觀調查中發現存在著拱肋與橋面結構不能共同受力的問題，導致了理論計算與事實的背離，結構受力趨于不利，近年來，交通量迅速增長，超載車輛的通行也未加以控制，惡化了結構弊病。因此，在內外多種不利因素驅動下，結構病害迅速惡化，已經到了非處治不可的地步。

3 方案設計及比較

3.1 維修加固總體構思

鑒于大橋的病害狀況及日益劇增的交通量需求，需對其進行加固或重建，保障通行安全。根據橋梁檢測結論和病害原因分析，大橋加固處治工程在大的方面可以考慮維修加固與新建兩種方案。維修加固工程包括耐久性處治(含缺陷修補、裂縫封閉)及局部加固兩部分。

(1)耐久性處治

對裂縫寬度大于0.3mm的裂縫，沿裂縫鑿一條“V”形深槽，直至未破裂面，然后在槽內嵌補甲基丙稀酸脂類化學補強劑(甲凝)進行修補，再對0.2～0.3mm寬的裂縫采用注漿法修補，最后對所有出現小于0.2mm的微小裂縫的表面進行涂膜處理，覆蓋所有細小裂縫，更換橋面構造及附屬結構。

(2)局部加固處治

對主拱裂縫相對密集或裂縫寬度較大、結構承載力不足、存在缺陷的區域進行局部加固處治。

維修加固技術就目前加固理論、施工工藝而言已經相當成熟，但加固質量及效果卻因施工隊伍素質的參差不齊而天差地別，綜合考慮維修加固與重建在經濟、技術、工藝、安全等方面的不同特點，為了能使加固處治之后的大橋符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理的要求，針對本橋提出了包含維修加固、修建復線橋的多種方案。

3.2 方案設計

通過對涇河大橋的全面檢測評定，該橋已經不能滿足目前設計荷載等級，更不具備超載能力。為確保大橋的通行安全，必須對其進行維修加固，課題組綜合多方面因素，提出了如下三種處治方案。

(1)對舊橋進行提載加固

鑒于剛架拱橋拱肋、微彎板及現澆填平層逐步形成，原設計無加強連接措施，填平層分兩次澆筑形成，存在著拱肋與橋面結構不能共同受力的問題，加固時將現澆填平層鑿除，拆除微彎板，重新施工，并增設瀝青混凝土橋面鋪裝，對橫向聯系進行加強，承載力不足之處通過粘貼鋼板加固，更換舊橋破損的橋面系。

對墩身破損嚴重的橋墩，采用鋼管混凝土外套箍加固，對橋墩基礎系梁下掏空的地基部分應就地取土回填，并分層夯實。

存在問題:現階段舊橋加固設計理論及工藝已經相當成熟，但施工隊伍仍以未經過專業訓練的農民工為主，使得加固質量難于保證，加固處理之后的承載力評定較困難，本方案既對主要受力結構進行加固，又對已破損的橋面及附屬結構進行更換，舊橋作為連拱結構勢必對孔跨偏載甚為敏感，合理的工藝、工序才能保證施工期間的安全，復雜的工藝、工序必然要求較長的工期，加之加固施工受季節影響，導致了昂貴的費用。

(2)更換舊橋上部結構、利用其基礎

針對方案一存在的專業化程度高、加固質量難于保證、工藝工序復雜、受季節影響、加固費用高等諸多不利因素，提出了更換舊橋上部結構，利用其基礎的新老結構混合使用方案。

①拆除舊橋基礎以上結構

按照安裝施工的逆順序進行拆除施工，單墩兩側宜對稱施工，盡量減小單墩兩側的不平衡荷載，避免因拆除上部結構而對基礎產生二次損傷，防止因偏載導致的多孔垮塌事故。拆除順序如下。

橋面鋪裝→人行道系→鑿除調平層→拆除微彎板→切斷橫系梁→剛架拱肋→鑿除立柱、柱帽、拱座及承臺。

拆除施工至樁基承臺底面，保留樁基部分，對樁基頂部進行30cm深度的鑿毛，以便于新老混凝土面的結合。

②對舊橋基礎進行加固

大橋5#橋墩樁基破損嚴重，從檢測、試驗，外觀破損形態分析，主要是施工時未將樁頂含有泥沙和松散層的段落鑿除，在水流沖刷下混凝土的保護層剝落，露筋。鑒于此問題在其它墩樁基也有可能存在，由于現在無法開挖檢查，現按每根樁均存在此問題進行了加固處理，施工時須逐樁進行檢查，根據具體存在問題進行加固，鋼筋包箍長度也應根據含泥沙和松散層的長度確定，鋼筋包箍伸入完好混凝土的每側不小于1m。鋼管直徑2 500mm，壁厚10mm，管內灌裝C40混凝土。3#～7#墩對系梁以下掏空的地基部分就地取土回填，并分層夯實。

在順利拆除舊橋結構、有效對基礎加固之后，即可施工新結構，此時，必須重視混凝土的不同齡期及傳力問題，新老混凝土結合處可考慮設置鋼筋網片、新澆混凝土加入適量膨脹劑以減小混凝土收縮，選擇適當的界面劑、植筋等方法來加強界面連接。

存在問題:在考慮方案一不利因素的基礎上提出本方案，在經濟、工藝、質量等方面均較方案一更具競爭力，但舊橋拆除施工必須制定安全、可靠、合理的施工工序，存在一定的風險性，也將耗費較大資金，更為嚴重的是處治之后的結構除基礎外均為新建結構，而基礎雖經加固，但承載力難于判定，其耐久性及質量也遠抵不上新建結構。

(3)對舊橋進行限載加固、新建12m寬復線橋。

為了避免方案一、二可能產生的后期隱患，又想在不花費較大代價的前提下，繼續發揮舊橋的利用價值，大橋加固課題組建議:對舊橋病害嚴重的部位進行粘貼鋼板、裂縫封閉等處治，供小車及行人通行，在舊橋一側新建12m寬復線橋供重車通行。

存在問題:本方案是在綜合考慮前兩種方案優缺點之后提出的，通過修建復線橋實現對重車、小車及行人的分流，降低舊橋的荷載等級，使其在承載能力范圍內繼續服役，其美觀的造型也得以保留。但此方案大小車分流增加交通轉換、降低通行速度、減少了交通量，需增設交通輔助設施來實現大小車的順利分流、減小因車輛交織帶來的不利影響。

三種方案涵蓋了該橋加固處治的所有可能性，方案構思及各方案小結基本考慮了全部可能存在的利弊因素。在施工的難易程度上、質量保證、后期維護、造價、外觀造型、工期等諸多方面各方案利弊不一，經過比較，最終采用方案三對本橋進行了加固設計。

4 加固設計

4.1 結構計算

按照《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)進行荷載基本組合、短期組合和長期組合。按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)和《公路橋梁加固設計規范》(JTG/T J22-2008)進行承載力檢算，并考慮逐步成形的初應力影響，舊橋承載力折減系數和活載影響修正折減系數等均參照靜、動載檢測結論采用。

4.2 加固要點

(1)拱肋

拱肋每跨跨中均存在嚴重超過規定的裂縫，考慮拱肋逐步形成存在的初應力影響，跨中承載力理論上也不足，跨中下緣粘貼6mm厚鋼板加固。

(2)微彎板及現澆層

桁架拱橋拱肋、微彎板及現澆填平層逐步形成，原設計無加強連接措施，外觀調查中發現存在著拱肋與橋面結構不能共同受力的問題，導致了理論計算與事實的背離。但既有微彎板植筋困難，且造價較高，全部更換微彎板也不現實。本次結構加固設計對損壞嚴重和松動的更換或重新安裝，微彎板雖存在較多的裂縫，但大多為龜裂，不再進行處理。微彎板更換數量按原橋總量的10％計，施工時，由監理和有關部門現場確認具體需更換的微彎板數量。

鑿除原現澆層，重新施工，由于微彎板很薄，不便植筋，為加強新老混凝土連接和因新澆筑混凝土收縮引起新老混凝土脫粘的問題，在微彎板橫梁處植筋。

更換損壞的微彎板仍按原設計施工，微彎板頂面鑿毛，并采用微膨脹混凝土，補償收縮。現澆層內布設直徑16mm的HRB335鋼筋網，間距10cm。

(3)橋墩

本橋5#墩墩身破損嚴重，采用鋼管套箍進行加固，鋼管直徑2 500mm，壁厚10mm，管內灌裝C40混凝土。對沖涮嚴重的基礎進行回填處理，橋下存在淘砂現象，應禁止，并對砂坑進行回填，疏浚河道，使排水通暢。

(4)橋面系及其他

行車道橋面鋪裝采用5cm厚改性瀝青混凝土，攤鋪前，在橋面板上涂刷三涂防水材料。人行道橋面鋪裝采用2cm厚M20水泥砂漿。在橋臺處及各墩墩頂各設一道GQF-C40型伸縮縫。

(5)存在的問題和注意事項

本橋5#墩墩身破損嚴重，從檢測、試驗，外觀破損形態分析，主要是施工時未將樁頂含有泥沙和松散層的段落鑿除，在水流沖刷下混凝土的保護層剝落，露筋。此問題在其它墩也有可能存在，但開挖檢查和可能存在的加固費用較高，考慮到本橋運營多年的事實和試驗時未發現下部結構變形異常，本次僅對調查發現存在問題的5#墩采用鋼管套箍加固，其它墩維持現狀，養護部門需對橋墩基礎定期檢查，排查隱患。

5 結論

通過實際工程對舊橋加固的方案比較進行了探討，設計單位應利用專業優勢，對項目的決策提供準確、客觀的意見，體現了全新的設計理念，加固方案的探討過程為舊橋加固維修的方案制定、決策提供了借鑒作用，。

[1] 中華人民共和國行業推薦性標準.公路橋梁加固設計規范(JTG/T J22-2008)[S].

[2] 中華人民共和國行業推薦性標準.公路橋梁加固施工技術規范(JTG/T J23-2008)[S].

[3] 顧安邦，孫國柱.(公路橋涵設計手冊)拱橋(下冊)[M].北京:人民交通出版社，1995.

[4] 楊文淵.橋梁維修與加固[M].北京:人民交通出版社，1989.