某危橋加固設計研究

陳文

（孝感公路工程設計院，湖北孝感 432100）

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某危橋加固設計研究

陳文

（孝感公路工程設計院，湖北孝感 432100）

摘要：結合某橋實際，對橋梁橋面系構造、主梁、支座、墩臺與基礎的病害進行分析，通過靜載試驗與脈動試驗及樁基驗算確定橋梁的承載力情況，進而提出橋面系上部構造和下部構造的加固方案，確保該橋梁的安全運營。

關鍵詞：橋梁；靜載試驗；脈動試驗；加固設計；樁基驗算；承載力

據不完全統計，中國現有各類橋梁達60多萬座，其中很多為危橋。由于20世紀50年代后期和60年代修建的橋梁荷載標準低，承載力不足，加上汽車超載嚴重，自然界乃至自然災害的侵襲及交通事故等人為事端的侵襲，橋梁遭到損傷或局部破壞。而且隨著時間的增長，橋梁的損傷程度越來越嚴重。為了保證橋梁的安全營運，應對橋梁進行定期檢測與評估，提出改善措施及維修加固建議。

目前，橋梁上部結構加固方法主要有預應力加固法、改變結構受力體系加固法、加大截面加固法、置換砼加固法、噴砼加固法、粘結外包型鋼加固法、粘貼FRP加固法和增設縱梁加固法等，下部結構加固方法主要有鋼筋砼套箍或護套加固法、擴大基礎加固法、補樁基加固法、橋臺新建輔助擋土墻加固法和墩臺拓寬方法等。該文結合某橋對橋梁加固設計進行探討。

1　工程概況

該橋交角為25°，總長41.76 m，橋面布置為凈-9 m+2×1.75 m=12.5 m。橋臺采用樁柱臺，一樁到頂，樁徑為1.2 m，橋臺臺帽高1.1 m、寬1.2 m；橋臺錐坡坡比為1∶1.5。橋墩為三柱墩，柱徑為1.0 m，柱間距為4.08 m；樁徑為1.2 m，有效樁長為31 m；橋墩蓋梁高度為1.2 m，寬度為1.2 m。橋面鋪裝采用12 cm厚防水砼。

目前，該橋所在道路交通任務繁重，過境貨運車輛主要集中在該道路上，超限超載現象嚴重。該橋設計荷載為汽-20級、掛-100，而現實中該橋均處于超負荷工作狀態，給橋梁結構安全性及耐久性造成嚴重影響。為了保證該橋的安全營運，對其進行外觀檢測和荷載試驗，了解其病害情況及實際承載能力，以提出有針對性的加固方案。

2　橋梁現狀分析

2.1橋面病害

（1）橋面系。伸縮縫局部破損嚴重，伸縮縫被泥沙堵塞；人行道砼多處破損、開裂；橋面部分墩頂處出現橫向貫通開裂；橋面梁間鉸縫處出現多處縱向半貫通裂縫；橋梁中心線處出現豎向錯臺，橋面最大下沉量約2 cm；橋臺路面出現破損、跳車等。

（2）上部構造。梁底板出現橫向貫通裂縫，最大縫寬0.36 mm；梁間結合處出現豎向錯位，最大錯位4 cm等。

（3）下部構造。蓋梁出現砼剝落、露筋、豎向半貫通裂縫；擋塊砼脫落、露筋；墩柱上部出現砼蜂窩、麻面、露筋等。

2.2荷載鑒定試驗

2.2.1撓度測量

用精密水準儀分別在各試驗工況加載前/后（靜置10 min）測量各測點撓度及卸載后各測點撓度殘余變形。在工況1（4輛280 k N單后軸載中載）作用下測點的殘余度與總撓度比值最大達到20.22%，在工況2（4輛280 k N單后軸載偏載）作用下測點的殘余度與總撓度比值最大達到17.84%。部分測點的殘余度與總撓度比值較大，表明結構彈性狀態較差。實測撓度表明5#與6#梁間傳遞荷載能力很差，鉸縫破壞嚴重，這一檢測結果與5#、6#號梁沿鉸縫（中心線）明顯錯臺的病害相吻合。

2.2.2應變測試

在工況1作用下，測點的殘余度與總應變最大達12.90%；在工況2作用下，測點的殘余度與總應變最大達5.26%。由于控制截面附近空心板底部多處橫向開裂，實測應變可能失真，應變測試數據僅供參考。

2.2.3主梁裂縫監測

在試驗荷載作用下，主要裂縫最大擴展值為0.03 mm，在荷載卸除后恢復至初始狀態。

2.2.4脈動試驗

通過對全橋脈動測試信號進行分析處理，得到各橋跨結構基頻實測值與計算值的比值為1.20～1.27。各試驗橋跨的基頻實測值均大于理論計算值，結構動剛度滿足設計要求。

部分空心板間鉸結構遭到破壞，導致空心板之間橫向錯臺，橋梁結構存在單板受力的趨勢，且主梁底板多處橫向貫通開裂，部分裂縫寬度超過規范允許值，嚴重影響橋梁結構的安全。根據JTG/T H21 -2011《公路橋梁技術狀況評定標準》，該橋評為五類橋。結合撓度測量、應變測試、主梁裂縫監測和脈動試驗結果，該橋承載能力不滿足汽-20級、掛-100的要求，需維修加固。

2.3樁基驗算

根據該橋竣工圖中相關數據及地質構造情況進行樁基驗算，驗算荷載采用汽-20級、掛-100 （JTG B01-2003《公路工程技術標準》中的公路-Ⅱ級），2#橋墩樁基單樁承載力容許值［Ra］=4 850 N，設計單樁承載力Ra=2 952 k N，［Ra］/Ra=1.64 ＞1.0，即原設計中樁基承載力滿足要求。

如果采用利用下部構造、更換上部構造的加固方案，驗算荷載取JTG B01-2014《公路工程技術標準》中公路-Ⅰ級，則設計單樁承載力Ra=2 926 k N，［Ra］/Ra=1.66＞1.0，即原設計中樁基承載力滿足要求。

3　橋梁加固

3.1加固與技術改造方法類型

橋梁加固與技術改造的方法主要分為：

（1）增設輔助構件。通過在原結構的基礎上新增加受力構件，提高結構的受力性能。

（2）加固補強薄弱構件。對因通行重型車輛或有嚴重缺陷而不能滿足承載能力要求的薄弱構件進行加固補強，改善原構件的承載力。常采用鋼筋、鋼板、砼、復合材料等進行加固補強，如增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維復合材料加固法、增設外部預應力鋼筋加固法等。

（3）更換構件。當橋梁局部構件存在嚴重缺陷且不易修復時，原有構件可用新的構件替換，以改善橋梁的性能。

（4）改變結構體系。通過改變結構體系提高橋梁的承載力。常見方法有梁式橋改為梁拱組合體系、多跨簡支梁改為橋面連續簡支梁、簡支梁改為連續梁等。

（5）墩臺加固。墩臺因剛度、強度達不到要求而產生較大位移時，為了減少或限制位移，常采用橋臺頂推、橋臺身局部補強、橋墩結構補強、墩身承載能力提高等措施進行加固。

（6）墩臺基礎加固。由于基礎與墩臺缺陷或位移而導致墩臺基礎承載能力不足、上部結構出現缺陷，承載能力不滿足要求時，可采用補強加固墩臺基礎的辦法。常用方法有擴大承臺、加鋼筋砼樁、在基礎和臺后打粉噴樁、基礎灌漿等。

3.2加固方案

根據橋面病害及荷載鑒定試驗結果，該橋空心板出現橫向錯臺、橫向貫通裂縫等病害，嚴重影響橋梁的結構安全，承載能力不能滿足要求。而橋梁樁基承載力驗算結果表明樁基承載力滿足要求。因此，采用利用原有下部構造、更換上部構造及橋面附屬設施的方案對該橋進行加固。措施如下：

（1）橋面系。考慮到過橋車輛貨車較多，超載較嚴重，確定橋面鋪裝為10 cm厚C50砼現澆層和10 cm厚瀝青砼。欄桿拆除新建。

（2）上部構造。鑿除橋面鋪裝層后，將現有30塊（3跨×10塊）13 m（梁高0.55 m、梁底寬1.24 m）普通鋼筋砼簡支空心板梁更換成33塊（3跨× 11塊）13 m（梁高0.7 m、梁底寬1.0 m）預應力砼（先張）簡支空心板梁。

（3）下部構造。經過驗算，樁基承載能力滿足要求，故改造時利用原老橋下部構造，在貫通裂縫處，采用鋼筋砼套箍或護套加固法進行加固。加固時在墩身上、中、下分設三道圍帶，其間距大致相當于橋墩側面寬度，防止內部鋼筋銹蝕及裂縫進一步發展。在擋塊砼脫落、蜂窩、麻面、露筋處表面噴射砼，使其密實、平整，防止鋼筋銹蝕及裂縫發展。

4　結語

該文通過對老橋病害的分析，結合荷載鑒定試驗和樁基驗算結果提出加固方案，改善橋梁的使用性能。橋梁加固維修是目前提高橋梁使用性能的主要技術措施，處理好新工程與舊工程的銜接是實現可持續發展的保障。

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中圖分類號：U445.7

文獻標志碼：B

文章編號：1671-2668（2016）03-0234-02

收稿日期：2015-11-15