舊橋實施廊橋改造技術研究

高 杰

(福建船政交通職業學院，福州 350007)

舊橋實施廊橋改造技術研究

高 杰

(福建船政交通職業學院，福州 350007)

我國許多早期修建的鋼筋混凝土橋現已無法滿足交通需求，進行拓寬改造以便繼續通行代價不菲，而拆除重建又甚為可惜，將其進行景觀改造不失為一種可行的方法，原有橋梁得到充分利用的同時也保留了其文化價值。以某大橋進行廊橋改造為例，根據舊橋的基本情況和實際需求提出了改造思路，在現場調研和檢測的基礎上評定了舊橋的技術狀況，并對其承載能力進行了計算分析。以此為基礎提出并優化了新建廊橋上部結構的設計方案，進一步根據該設計方案擬定了舊橋的加固方案，最后對病害處治、舊橋加固和廊橋施工等實施措施進行介紹。研究成果可為此類橋梁的改造提供借鑒。

舊橋；廊橋改造；病害處治；加固

引 言

隨著我國社會經濟狀況的不斷提升以及城鎮化進度的快速發展，早期建設的許多舊橋由于荷載等級偏低以及橋面寬度不足等諸多原因已逐漸無法滿足現有的交通需求，如何進行有效再利用成為一項新的課題。在舊橋整體情況良好的狀況下，若經濟條件許可，則通常的做法是以維修、加固、拼寬等改造方式繼續維持橋梁在交通、景觀以及作為歷史文物等方面的各項價值。但當前大量的文獻主要是從受力原理、材料要求、工作程序以及評價方法等方面進行普及性的介紹[1-5]，而對舊橋實施具有針對性的專項改造方案的內容仍然較少。在此以某地舊橋實施廊橋改造為工程研究背景，對舊橋的技術狀況進行檢定，進一步提出廊橋設計方案和加固措施，最終擬定相應的改造施工方案，為類似的橋梁改造提供參考和借鑒。

1 舊橋工程概況

某大橋修建于1957年，原為木面橋，后于1978年1月改建為鋼筋混凝土裝配式T型梁橋，如圖1和圖2所示。橋梁總長178.4 m，跨徑組合為：8×22.30 m，橋面寬度9.1 m=1.0 m(人行道)+7.1 m(車行道)+1.0 m(人行道)。橋面鋪裝為8 cm厚鋼筋混凝土。上部結構橫向布置為5片鉸接T梁，T梁高1.34 m；每跨設置7道橫隔板，橫隔板厚15.5 cm。下部結構中0#臺、1#墩、7#墩、8#臺采用砌石臺(墩)身及鋼筋混凝土臺(墩)帽，2#墩～6#墩采用鋼筋混凝土墩身及鋼筋混凝土墩帽。由于缺乏竣工資料及相關設計圖紙，原橋設計荷載未知，但結合工程經驗，參考同年代橋梁荷載等級，預估為汽-10，拖-31。

圖1 舊橋立面示意圖(單位：cm)

圖2 改造前舊橋狀況

2 改造思路

由于舊橋橋面寬度與設計荷載等級均已無法滿足現行交通發展的需要，當地政府決定對其實施改造。考慮到舊橋具有一定的歷史文化價值，并不提倡對其進行簡單地拆除重建，但舊橋各部件的尺寸與現有新建橋梁相比差異較大，若將其進行加固拓寬擴建不僅建造成本高、施工難度大，而且實際使用效果也未必見好[6-7]。綜合以上原因，在舊橋上游另擬新址重建大橋，而對舊橋實施廊橋改造設計，以便使其在保留原有結構特點和文化價值的同時，還能繼續發揮其人行及景觀功能。

由于舊橋使用年限已久，運營狀況不明，且進行廊橋改造相當于原橋荷載狀況發生變化(主要荷載由原橋自重+汽車荷載+人群荷載改變為原橋自重+新建廊橋荷載+人群荷載)，因此無法直接進行改造設計和施工，故擬按以下思路對原橋進行改造：

(1)對舊橋進行現場踏勘及檢測評定，查明其技術狀況以及現存承載能力。

(2)進行橋梁上部新建廊橋部分的設計以及優化，以改善結構受力狀況并減少其新增外荷載。

(3)根據新增外荷載，選擇適當的加固措施，并對加固后橋梁的承載力進行計算和復核。

(4)針對舊橋病害狀況、加固措施，提出新建廊橋結構的維修改造措施。

3 舊橋技術狀況評定

3.1 外觀檢查

3.1.1 橋面系

橋面鋪裝90%面積磨光露骨；存在局部凹槽和一條縱向裂縫；全橋在伸縮縫處有泥沙阻塞，后澆帶局部破損；欄桿存在多處局部破損、混凝土剝落現象，并有多處欄桿缺失；全橋人行道板存在多處破損和開裂，人行道挑梁混凝土剝落露筋銹蝕嚴重；部分排水孔堵塞，部分泄水管損壞。

3.1.2 上部結構

全橋所有主梁均存在開裂現象，檢查裂縫寬度最大值為0.35 mm，共37片主梁(占92.5%)的裂縫寬度最大測讀值大于0.2 mm；裂縫均位于腹板兩側，翼緣板未見開裂，底板僅發現少量小于0.1 mm的裂縫；第一至八跨均發現主梁翼緣板濕接縫滲水；全橋主梁存在不同程度的峰窩孔洞等病害。

3.1.3 下部結構

0號臺和8號臺有不同程度的青苔和滲水，臺帽上支座位置雜土覆蓋，8號臺左側錐坡灌木叢生，勾縫脫落，砌體破損；1號至7號墩均有不同程度的青苔和滲水，蓋梁上雜土覆蓋，3號墩蓋梁右下緣有1處混凝土脹裂，露筋銹蝕；全橋可見支座全部銹蝕。

根據《公路橋涵養護規范》JTG H11-2004[8]及檢查結果，老橋完好狀態等級評定為D級，即該橋處于不合格狀態。

3.2 承載能力分析

根據《公路橋涵設計通用規范》JTG D60-2015[9]、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG D62-2004[10]以及《公路橋梁承載能力檢測評定規程》JTG/T J21 2011[11]的要求，在對T梁進行荷載初步分析后，需進行承載能力和變形的計算復核。限于篇幅，在此僅列出主梁承載能力計算和分析過程。

考慮到進行改造后橋梁為景觀廊橋，則所取荷載主要為原橋結構自重和人群荷載，其中人群荷載標準值按專用人行橋梁計取3.5 kN/m2，而荷載組合則按1.2倍永久荷載加上1.4倍可變荷載計。由于各跨T梁截面和配筋狀況均相同，因此其承載能力也相同，計算結果見表1和表2。限于檢測條件限制，構件梁端抗剪承載能力未考慮彎起鋼筋作用，計算結果偏于保守。

表1 主梁正截面抗彎承載力驗算結果

表2 主梁斜截面抗剪承載力驗算結果

4 新建廊橋結構設計

4.1 方案設計

由表1和表2可知，在僅考慮原橋結構自重和人群荷載的作用下，雖然主梁尚能滿足要求，但其承載能力富裕度已經很小，無論是抗彎還是抗剪均不足10%，故進行新建廊橋結構設計必須盡量選擇輕質材料，并進行結構和布局的優化，以減小新增的自重[12-13]。

綜合考慮經濟及技術因素，新建廊橋主體結構采用木結構，其中柱、梁、欄桿及地板等構件采用甲等原始杉木，木雕刻構件采用小葉香樟木，屋面及屋頂主體采用青瓦。新建廊橋結構按對稱布置于T梁上方，橋跨間擬設置自重較輕的走廊，所產生的跨中彎矩較小，而橋墩上方設置自重較大的觀景涼亭，荷載可以直接由橋墩傳向地基而將由此導致的跨中彎矩減至最小。考慮到墩頂將因此受到較大的集中壓力，故在此處設置底檐梁架，以改善局部受壓狀況。通過以上方案的優化使舊橋改造所需額外提高的承載力降至最低，改善結構受力狀態的同時也減少了工程造價。新建廊橋結構的立面布置如圖3所示，圖4為跨中4號橋墩頂部自重最大(最不利)的廊橋上部結構斷面。

圖3 廊橋立面布置圖

圖4 跨中4號墩頂廊橋橫斷面布置圖

4.2 荷載驗算

將新建廊橋結構的作用施加于橋梁各跨T梁的各個節點上，并將其分解為廊橋柱底軸力。采用midas civil軟件以梁格法對T梁進行建模分析，所建模型和所受柱底軸力如圖5所示。

圖5 midas civil有限元模型

計算時人群荷載取值同上，而廊橋荷載為永久荷載，荷載組合仍取1.2倍永久荷載加上1.4倍可變荷載。各跨T梁計算結果見表3和表4。

表3 各跨主梁正截面抗彎承載力驗算結果

表4 各跨主梁斜截面抗剪承載力驗算結果

由表3和表4可知，盡管對新建廊橋結構的方案進行了優化，但僅有第一跨和第八跨主梁的承載能力基本能滿足要求，而其他跨的作用均已遠超其承載能力，其中最不利為第四跨與第五跨，由于4號橋墩上方布置的觀景涼亭自重最大，導致所受彎矩超過承載能力23%，而所受剪力超過承載能力33%。因而必須對二～七跨進行加固。

4.3 加固設計

梁式橋加固常用的方法有施加體外預應力、增大截面、更換主梁、粘貼鋼板以及碳纖維加固等，分別適用于不同的場合[14]。考慮到本橋進行加固后所需提高的承載能力不高，且采用碳纖維加固基本不增加結構尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好，采用適當的施工方式還能克服其抗裂和抗變形能力不足的缺限，故選用此法進行加固[15]。現以受力最不利的第四(五)跨為例，其余各跨的分析過程均相似。選用厚度為1.2 mm的碳纖維板，外覆三層碳纖維布，形成U型箍緊箍于T梁腹板下緣進行加固，如圖6所示。

圖6 碳纖維U型箍加固設計

采用midas civil軟件重新計算加固后第四(五)跨T梁承載能力，結果見表5和表6。由表5和表6可知，加固后T梁承載力滿足規范要求，可見該方案可行。

表5 第四(五)跨T梁抗彎承載力驗算結果

表6 第四(五)跨T梁抗剪承載力驗算結果

5 主要維修改造實施措施

在完成加固設計之后，即可擬定詳細的廊橋改造實施措施，其包括病害處治、舊橋加固以及廊橋施工三個環節。

5.1 舊橋病害處治

5.1.1 裂縫處理

對舊橋所有寬度大于0.l mm的裂縫進行灌漿，而小于0.l mm的裂縫只需進行封閉。

灌漿處理首先用刮刀將混凝土表面的灰漿和塵土鏟去，并沿縫開鑿“V”形，用丙酮清洗后使裂縫保持干燥。然后在裂縫表面每隔20 cm左右騎縫粘貼壓漿嘴，每條裂縫應保證有一個進漿孔和一個排氣孔。用環氧膠泥將壓漿嘴及裂縫表面封閉密實后進行注漿。縫隙全部注滿后進行養護，待漿液固化后，拆除灌漿嘴，并對混凝土表面進行修整。

封閉處理時先將細小裂縫鑿成“V”形槽，然后進行清渣、吹風。在封閉裂縫前，用毛刷沿“V”形槽口內均勻涂刷一層環氧基液，再用環氧膠泥封閉，如圖7所示。

圖7 裂縫封閉處理

5.1.2 混凝土破損修補

按照病害的嚴重情況，混凝土的破損通常可分兩種情況進行處理。如果疏松層較淺并且其面積不大，則只需采用丙乳砂漿填補破損處。但如破損深度超過6 mm，則必須采用丙乳細石混凝土進行修復。

修補施工如圖8所示，首先應使用工具將疏松層鑿除，并且開鑿成規則的多邊形，周邊呈臺階狀，臺階高度宜大于3 cm，直至露出密實的混凝土，然后進行清洗并將其泡水潤濕1天。在潤濕的情況下涂刷丙乳凈漿后，進行搭模現澆丙乳細石混凝土并進行振搗，在模板拆除后用濕麻袋保濕養護1周。最后，清洗修補區并保持濕潤，用丙乳凈漿分批分次涂抹。

圖8 混凝土破損修補

5.1.3 鋼筋銹蝕區的修復

由于破損而外露的鋼筋，要先對外露鋼筋除銹，再外涂阻銹劑，最后用丙乳砂漿或丙乳細石砼修補破損處，如圖9所示。丙乳砂漿或丙乳細石砼的使用方法及注意事項同前。對施工中外露的多余鋼筋，應一并處理，以免鋼筋銹蝕造成砼裂縫。

圖9 銹蝕鋼筋修復

5.1.4 橋面系處理

由于舊橋橋面鋪裝、欄桿系以及人行道部件破損嚴重，且與廊橋新建上部結構無法有效銜接，故擬直接對其進行拆除。常用的拆除方法通常包含爆破拆除法、機械拆除法、綜合拆除法三種[16]，由于本橋只涉及拆除橋面系結構，故主要以人工配合小型機具進行拆除，其后重新澆筑8 cm厚的C40防水砼。對舊橋伸縮縫以及兩簡支T梁銜接處，采用TST彈塑體與碎石填充型伸縮縫進行修復。

5.1.5 新老混凝土結合面的施工

在老混凝土表面新澆筑混凝土，必須用鋼刷對結合面的雜物和疏松層進行清除，然后將結合面鑿毛，通常可做成5 mm深度的小坑，坑距3 mm。其后用清水沖洗，并在結合面涂刷一層厚度為1 mm～2 mm的M15水泥凈漿，(水泥凈漿中可加入漿液體積10%的丙苯乳液以增強粘結力)，隨即澆注混凝土。

5.2 舊橋加固處理

采用碳纖維進行加固施工中應注意的是，碳纖維布、板的粘貼應在梁體表面缺陷修補及裂縫封閉后進行，且將T梁下緣棱角作圓化處理，圓化半徑應滿足r>20 mm。黏貼纖維板之前應先按《公路橋梁加固施工技術規范》(JTG/T J23-2008)[17]的要求進行底層處理。膠粘劑應采用專門配制的改性環氧樹脂類膠粘劑(A級膠)。施工時在已處理好的混凝土表面均勻地抹上一層厚度為0.5 mm～1 mm膠粘劑，中間厚邊緣薄，然后固定好碳纖維布材料，采用滾筒擠壓的方式除去膠體與纖維布之間的氣泡，使膠體滲入纖維布，浸潤飽滿。在碳纖維布表面指觸干燥后，應立即進行下一層碳纖維布的粘貼。

5.3 新建廊橋施工

由于廊橋主體部分采用木結構，所用木材必須進行防火、防蟲和防腐處理，通常可使用木材阻燃防腐劑。使用前首先清理好木材表面，然后選擇合適的比例與水進行稀釋混合，再使用真空加壓法進行處理。木材還應使用熟桐油涂刷，其工藝流程為：基層處理(打磨、填孔、清潔)-抹膩子-打砂紙-涂刷三遍熟桐油-清理完畢。

對于廊橋木柱與混凝土橋面的銜接，如圖10所示，在柱底預埋12 mm厚的鋼板，四周焊接直徑20 mm的鋼筋，中部焊接直徑50 mm高度300 mm的不銹鋼管，并采用螺栓十字交叉固定，以此作為預埋件。

圖10 柱底預埋連接件

其余施工環節可參照現行建筑安裝工程有關施工驗收規范及木結構的有關規范規定。在此不做詳細介紹。改造后廊橋結構如圖11所示。

圖11 改造后廊橋結構

6 結束語

我國修建于早期的鋼筋混凝土簡支梁橋為數眾多，但隨著社會和經濟的快速發展，此類橋梁在其整體結構、細部構造、荷載標準等各個方面均與現行規范所要求的技術標準相差較大，勉強進行拓寬改造繼續通行或是簡單地拆除重建均非良策，而將其進行景觀改造無疑是一條可行的思路。在此綜合考慮了舊橋的結構特點和實際需求將其改造為廊橋，首先通過現場調查掌握了舊橋的病害狀況和承載能力，然后提出并優化了新建廊橋的設計方案，并據此進行了舊橋的加固設計，最后提出了改造的具體實施措施。這種方式不僅充分利用了原橋結構，保留了其歷史文化價值，并且滿足了橋梁繼續安全使用的功能以及美觀效果。至今為止，改造后的橋梁使用已滿2年，整體狀況良好。

[1] 吳躍梓,章勁松.多因素影響下的舊橋改造方案的決策[J].安徽建筑工業學院學報:自然科學版,2012,12(6):11-14.

[2] 劉馳宇.舊橋加寬改造技術應用與計算[J].中外建筑,2016(4):126-129.

[3] 王茜,王恩營,徐岳.公路舊橋加固設計方法研究[J].公路交通科技,2006,23(4):81-86.

[4] 王法雨.高速公路橋梁加寬拼接技術[J].公路,2011(7):128-131.

[5] 董華平.混凝土橋梁加寬改造的結構可靠度分析[D].湖南:湖南大學,2015.

[6] 張無畏.城市舊橋景觀改造設計[J].西部交通科技,2015,101(12):49-52.

[7] 劉小燕,陳威,曹宇辭.橋梁拓寬加固結構合理剛度設計研究[J].長沙理工大學,2016,30(2):31-35.

[8] JTG D60 2015,公路橋涵設計通用規范[S].

[9] JTG H11-2004,公路橋涵養護規范[S].

[10] JTG D62 2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[11] JTG/T J21 2011,公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].

[12] 酒小鋒.多跨連續梁景觀廊橋運營期變形性能研究[D].陜西:長安大學,2015.

[13] 王偉,靳國勝,奉龍成,等.大跨徑曲線連續剛構橋靜載試驗及承載力研究[J].四川理工學院學報:自然科學版,2016,29(4):69-73.

[14] 叢曉輝,張云龍,李杰.舊橋加固方法及其理論的綜合闡述[J].吉林建筑大學學報,2016,33(5):8-12.

[15] 高華國,趙暢,徐凌.碳纖維布預應力施加設備研究與應用[J].沈陽工業大學學報,2016,38(3):344-349.

[16] 繆鋒.舊橋拓寬改造風險評估與控制[J].福建工程學院學報,2016,14(1):10-14.

[17] JTG-T J23- 2008,公路橋梁加固施工技術規范[S].

Study on the Technology of Implementing Corridor Bridge in Old Bridge

GAOJie

(Fujian Chuanzheng Communications College, Fuzhou 350007, China)

Many of the early reinforced concrete bridges in China are now unable to meet the traffic demand. The cost of Widening Reconstruction to continue to pass is greater, and it is a great pity to demolish and rebuild. A viable way is to carry out the landscape transformation. Through this way, the original bridge was fully utilized while retaining its cultural value. Taking a bridge which has been implemented the transformation of gallery as an example, the transformation idea according to the basic situation and the actual demand of the old bridge is put forward, and the technical condition on the basis of the research and detection is evaluated, then the calculation and analysis to its carrying capacity is carried on. On the basis of this, the design scheme of the upper structure of corridor bridge can be optimized, and the reinforcement scheme of the old bridge can be further elaborated. Finally, the implementation of the disease treatment, the old bridge reinforcement and bridge construction and other measures are introduced. The research results can provide some references for the improvement of such bridges.

old bridge; implementing corridor bridge; disease treatment; reinforce

2017-06-14

福建省教育廳科技項目(JA14375;JA15664)

高 杰(1966-)，男，福建平潭人，副教授，高級工程師，主要從事橋梁檢測、加固及耐久性能方面的研究，(E-mail)3114018@qq.com

1673-1549(2017)04-0047-06

10.11863/j.suse.2017.04.09

TB115

A