既有裝配式板橋加固設計方案研究

張 濤

(中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088)

既有裝配式板橋加固設計方案研究

張 濤

(中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088)

依托國內某高速公路改擴建橋梁，以典型裝配式鋼筋混凝土板橋為研究對象，針對此類板橋常出現的病害，進行了裝配式鋼筋混凝土板橋的加固設計方案研究，對橋面補強和粘貼鋼板等加固方法及整體更換新板方案作了比較，以選擇最佳的加固設計方案。

預制板，橋梁加固，橋面補強，粘貼鋼板

0 引言

裝配式鋼筋混凝土板橋是我國高速公路中小跨徑橋梁的主要結構形式。裝配式預制板橋有構造簡單、施工方便、用材經濟、施工速度快、建筑高度小、易于實現標準化和工廠化生產等優點，被廣泛應用于現代公路橋梁中。隨著交通快速發展，大型載重車數量迅速增加；荷載的提高導致橋面鉸縫過早損壞，縮短橋面使用壽命，同時降低了橫向連接性能，造成汽車荷載作用時的單板受力，影響行車安全及橋梁的使用壽命。本文以國內某高速公路改擴建橋梁為依托，以典型裝配式鋼筋混凝土板橋為研究對象，針對此類板橋常出現的病害，進行裝配式鋼筋混凝土板橋的加固設計方案研究，對比橋面補強、粘貼鋼板等加固方案及整體更換新板方案的技術可行性和經濟成本優劣，以選擇最優的改造方案。

1 項目概況

國內某高速公路擬由四車道改建為八車道，并根據“上連下不連”的橋梁改擴建方案，對裝配式鋼筋混凝土預制板橋進行改擴建設計。該高速為1993年設計，原設計標準為JTJ 1981公路工程技術標準[1]汽—超20，掛—120。根據JTG B01—2014公路工程技術標準[2]第6.0.10條第3款，拼接加寬利用的原有橋涵，應進行檢測評估并滿足原設計荷載標準要求，且其極限承載能力應滿足或采取加固措施后的滿足現行標準的要求。因此，需按JTG B01—2014公路工程技術標準公路—Ⅰ級荷載標準，對利用的舊橋進行承載力驗算或加固設計。

預制板的一般構造參見表1：橋梁理論跨徑L=5 m，6 m，8 m，計算跨徑L0=4.7 m,5.7 m,7.7 m。預制板長L1=4.96 m,5.96 m,7.96 m。中板寬1.03 m，邊板寬1.045 m。預制板高度h=0.3 m(5 m和6 m板)，h=0.4 m(8 m板)。橋面鋪裝為10 cm厚C40混凝土整體化層+6 cm厚瀝青混凝土層。板底配縱向受拉鋼筋數量分別為6Φ25，7Φ25，8Φ25。Φ8雙肢箍筋，支點區段間距10 cm，跨中區段間距15 cm。C25混凝土，主筋HRB335，箍筋R235。

表1 預制板一般構造 m

原橋典型橫斷面布置圖見圖1。單幅橋梁全寬12.5 m，凈寬11 m；單幅橋共計12塊板。車道荷載按JTG B01—2014公路工程技術標準執行。采用鉸接板(梁)法計算板跨中彎矩的荷載橫向分布系數，用杠桿法計算板支點剪力的荷載橫向分布系數。計算均以正交橋為對象。由于斜交板具有以下受力特征[3]：斜交板的最大縱向彎矩，一般比與斜跨徑相等的正交板要小；最大縱向彎矩的位置，隨著斜交角的增大從跨中向鈍角部位轉移。因此，斜交板跨中彎矩的荷載橫向分布系數偏安全的采用正交板。

2 加固方案

加固總體原則[4]：1)設計科學合理，經濟環保；2)加固方案的選擇盡量不增加結構自重，不對主要承重構件造成損傷，且滿足施工簡便、快捷，加固施工過程對交通影響小的要求；3)加固后的橋梁能滿足設計荷載標準的使用要求，并有一定的安全儲備。

2.1 橋面補強加固方案

本項目路面設計將在既有路面結構的基礎上再加鋪10 cm，既有橋梁的橋面鋪裝為10 cm水泥混凝土+6 cm瀝青混凝土。改建方案為將原有的6 cm瀝青混凝土銑刨，在原有的10 cm水泥混凝土鋪裝層上植筋，再加鋪6 cm混凝土，將水泥混凝土鋪裝層厚度增加到16 cm后，再繼續加鋪10 cm瀝青混凝土，這樣改建后的橋梁標高與前后路基段標高保持一致。

計算考慮兩種狀況：1)混凝土現澆層不參與板梁結構受力；2)8 cm混凝土層參與結構受力，即50%的混凝土整體化層厚度參與結構受力。

上部結構計算結果見表2和表3。

由表2可見，在不考慮現澆層參與受力時，中、邊板的抗彎承載力均不滿足要求。考慮8 cm現澆層參與受力后，邊板抗彎承載力滿足設計要求，其余均不滿足設計要求。

由表3可見，在不考慮現澆層參與受力時，除8 m板的邊板抗剪承載能力滿足要求外，其余均不滿足設計要求。考慮8 cm現澆層參與受力后，8 m板的邊板、中板抗剪承載能力滿足要求；但5 m和6 m板的邊板、中板仍不能滿足要求。計算表明，僅通過增加現澆層提高抗剪承載能力的幅度較小。

表2 上部結構抗彎承載力計算結果

表3 上部結構抗剪承載力計算結果

2.2 粘貼鋼板加固方案

對板橋的板底作粘貼鋼板加固：5 m，6 m，8 m板每塊板底粘貼2條寬10 mm，厚6 mm鋼板，同時考慮8 cm現澆層參與結構受力(即混凝土整體化層總厚度的一半)。針對路面加鋪方案和橋梁改造方案，結合新標準和改擴建細則中的相關規定，對加固拼寬后的橋梁進行整體驗算。驗算結果表明：

1)5 m，6 m，8 m板在考慮8 cm(50%)混凝土鋪裝層參與受力并在梁底進行貼鋼板加固的情況下，抗彎承載能力能夠滿足要求。

2)5 m，6 m板在考慮8 cm(50%)混凝土鋪裝層參與受力的情況下，抗剪承載力不能滿足要求，5 m中板欠缺33.8%，6 m中板欠缺35.4%。抗剪承載力相差較大，在保證不破壞既有梁體的前提下，沒有很有效的方式能夠使抗剪承載力大幅度提高。

3)既有8 m板設置了較多的斜筋，所以在考慮8 cm混凝土鋪裝層參與受力的情況下，抗剪承載力能夠滿足要求，但中板僅富裕7.1%，安全儲備較低。

3 加固方案經濟性比較

經過測算，在不考慮更換支座的情況下，每跨8 m橋加固后的拼寬擴建方案費用為187 630元，拆除換板的費用為212 280元，兩者相差24 650元，全線共計243跨，差值總計5 989 950元。如果再考慮更換支座的施工措施費，兩種方案的費用相差無幾。因此，雖然8 m板可以滿足現行標準要求，但從結構受力的安全儲備、結構耐久性、美觀等因素看，建議采用拆除換板方案。

綜上所述，5 m，6 m，8 m板的抗彎承載力能夠滿足現行標準要求，但5 m，6 m板的抗剪承載力不能滿足現行標準的要求，應采用拆除上部結構換板的方案，8 m板的抗剪承載力雖然可以滿足，但安全儲備較低，另外結構耐久性較差，加固后的橋梁美觀較差，考慮更換支座時，也無經濟優勢，因此8 m板的改建也應采用拆除換板的方案。

4 結語

驗算表明，5 m，6 m鋼筋混凝土實心板橋的上部結構抗剪承載能力不滿足現行荷載等級的要求，且目前缺乏有效的加固措施，8 m板考慮現澆層參與受力的情況下，其承載力能夠滿足現行規范要求，但富裕度很小，比較加固方案與換板方案兩者造價相近，從結構受力的安全儲備、結構耐久性、美觀等因素考慮，建議更換5 m，6 m，8 m鋼筋混凝土實心板的上部結構。

[1] JTJ 1981，公路工程技術標準[S].

[2] JTG B01—2014，公路工程技術標準[S].

[3] 徐光輝.公路橋涵設計手冊——梁橋(上)[M].北京：人民交通出版社，1996.

[4] JTG/T L11—2014，高速公路改擴建設計細則[S].

Study on reinforcement design scheme of existing assembly-style board bridge

Zhang Tao

(ChinaCommunicationHighwayPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Beijing100088,China)

Based on domestic highway expanded bridge, taking typical assembly-style steel reinforced concrete board bridge as the research target, in light of common board bridge diseases, the paper studies the reinforcement design scheme of assembly-style steel reinforced concrete board bridge, and compares deck reinforcement and bonding steel board and other reinforcement methods and integral board alteration scheme, with a view to select optimal reinforcement design scheme.

prefabricated board, bridge reinforcement, deck reinforcement, bonding steel plate

2015-06-24

張 濤(1988- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0180-03

U445.72

A