內(nèi)河水系舊橋梁的缺陷診治與加固

朱 郁 尹 良

1. 蘇州建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站 江蘇 蘇州 215002；2. 蘇州中固建筑科技股份有限公司 江蘇 蘇州 215152

1 工程概況

某橋梁位于江蘇省蘇州市吳中區(qū)西塘北巷，為兩地居民來(lái)往通行的主要通道，上部結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支空心板橋，跨徑組合為5×8 m＋2×11 m＋13 m＋2×11 m＋4×8 m=129 m，橋面寬度為5 m＋2×0.6 m=6.2 m。上部結(jié)構(gòu)由6片空心板組成，空心板寬度1.0 m，高度0.6 m，橋面為混凝土橋面鋪裝，厚度5.0 cm，采用雙柱式橋墩（圖1、圖2）?，F(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，橋梁結(jié)構(gòu)等級(jí)評(píng)定為四類橋，結(jié)構(gòu)承載力不滿足現(xiàn)行荷載通行要求，嚴(yán)重影響了通行安全，加固修繕勢(shì)在必行。

圖1 橋梁下部結(jié)構(gòu)

圖2 橋面狀況

2 加固修繕?lè)桨傅拇_定

根據(jù)本工程中橋梁病害的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)采用的加固方法匯總?cè)绫?所示[1-4]。

對(duì)加固修繕?lè)桨傅谋容^和理解：

表1 湖中橋加固方案匯總

1）方案1：梁底粘貼鋼板以提高結(jié)構(gòu)抗彎承載力?？绾拥郎w梁增設(shè)支座，梁底部縱向粘貼鋼板，鋼板厚8 mm，每片空心板梁下共布置寬70 cm鋼板（20 cm＋30 cm＋20 cm），鋼板和空心板共同受力，大大提高了結(jié)構(gòu)的抗彎承載力，且施工完畢后對(duì)河道無(wú)影響，造價(jià)較低。該方案的主要缺點(diǎn)為：錨固鋼板對(duì)原結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度有一定要求，鋼板受力有一定的滯后；需要在橋下搭設(shè)施工平臺(tái)。此方案為推薦方案。

2）方案2：梁底鋼絲繩＋聚合物砂漿。加固后高強(qiáng)鋼絲繩及保護(hù)砂漿和原結(jié)構(gòu)形成一個(gè)新復(fù)合體，從而改變了梁板結(jié)構(gòu)的受壓區(qū)混凝土高度，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎承載能力。該方案的主要缺點(diǎn)為：加固結(jié)構(gòu)受力滯后，邊跨加固施工困難，工期長(zhǎng)，需要在橋下搭設(shè)施工平臺(tái)；聚合物砂漿和鋼絲繩施工工序復(fù)雜，張拉施工繁瑣，造價(jià)較高。此方案為比較方案。

3）方案3：橋面枕木＋工字鋼分配梁疊合梁加固法。該方案為一種臨時(shí)加固法，施工結(jié)束后，工字鋼和枕木可拆除。枕木橫橋向布置，間距4 m（臨時(shí)支座），工字鋼位于枕木上方，縱橋向布置，工字鋼頂部鋪設(shè)厚1 cm鋼板（圖3）。該方案本質(zhì)是一種“橋上橋”加固方案，橋面設(shè)置枕木作為支座，工字鋼作為分配梁，有效地減小原橋荷載，對(duì)下部結(jié)構(gòu)無(wú)影響，可對(duì)全橋橋面進(jìn)行加固，加固結(jié)構(gòu)為主動(dòng)加固，橋面結(jié)構(gòu)荷載傳遞到原橋。該方案的主要缺點(diǎn)為：不是永久加固，后期橋面臨時(shí)結(jié)構(gòu)需要拆除；橋面整體設(shè)置分配梁，造價(jià)較高。

圖3 “橋上橋”加固示意

3 加固修繕的技術(shù)難點(diǎn)與要點(diǎn)

3.1 “壁可法”修補(bǔ)裂縫

對(duì)裂縫寬度大于0.2 mm且不貫通的裂縫和貫通不滲水裂縫進(jìn)行灌漿補(bǔ)強(qiáng)，采用“壁可法”進(jìn)行化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理，通過(guò)裂縫的修補(bǔ)處理，增加結(jié)構(gòu)的耐久性。在施工中能始終保證恒定的壓力為30 N/cm2，保證裂縫膠體能滲透到裂縫末端。

3.2 空心板粘貼鋼板加固

梁底部縱向粘貼厚8 mm鋼板，鋼板與空心板共同受力，提高結(jié)構(gòu)的抗彎承載力（圖4）。

圖4 空心板梁底粘貼鋼板橫斷面

為了減小對(duì)同一斷面結(jié)構(gòu)鉆孔的二次損傷，將梁底化學(xué)錨栓的間距布置為梅花形。

3.3 通車條件下PLC同步頂升增設(shè)支座

PLC同步頂升技術(shù)原理：根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)PLC信號(hào)處理與液壓系統(tǒng)，輸入外部監(jiān)控設(shè)施的位移信號(hào)，輸出液壓系統(tǒng)油量控制信息，利用終端的多組超薄油缸來(lái)達(dá)到平順、安全與高效的頂升目的。

3.3.1 頂升施工托盤體系設(shè)計(jì)

橋梁頂升施工托盤體系有鋼支撐、鋼抱箍、鋼牛腿、新增小蓋梁結(jié)構(gòu)、直接采用蓋梁支撐等方案。考慮到橋梁原先無(wú)支座，蓋梁頂部無(wú)安裝千斤頂?shù)目臻g，采用鋼支撐方案時(shí)需要在河道打樁圍堰施工，且技術(shù)難度高、成本大。綜合比較后，最終采用鋼牛腿作為頂升反力平臺(tái)。由于蓋梁表面有15 cm的異形截面，設(shè)計(jì)鋼牛腿不具備足夠的錨固空間，因此決定采用鋼牛腿、分配梁作為支撐，同時(shí)考慮到原結(jié)構(gòu)蓋梁的老化、混凝土強(qiáng)度不足和頂升期間未完全封閉交通的情況，又增設(shè)3道豎向支撐作用在系梁上，豎向支撐采用工字鋼HW 200 mm×200 mm，借助系梁的承載力，分配梁和鋼牛腿具有了足夠的安全儲(chǔ)備，可以保證橋面通車時(shí)在動(dòng)荷載作用下鋼牛腿和化學(xué)錨栓的安全（圖5、圖6）。

圖5 頂升系統(tǒng)總體布置

圖6 頂升系統(tǒng)剖面布置

3.3.2 PLC同步頂升增設(shè)支座施工

原橋設(shè)計(jì)年代久遠(yuǎn)，未設(shè)置減隔震支座，在車輛長(zhǎng)期的沖擊荷載下，加劇了結(jié)構(gòu)的破壞，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鑒定，對(duì)結(jié)構(gòu)擬增設(shè)橡膠支座，增設(shè)支座有利于減小蓋梁對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊，減小局部承壓。施工前對(duì)結(jié)構(gòu)采用PLC同步頂升法頂升施工，支座型號(hào)為矩形橡膠支座，截面尺寸為250 mm×250 mm×30 mm。

主要施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→頂升托盤體系施工→限位裝置施工→同步頂升前施工準(zhǔn)備→分級(jí)同步頂升施工→梁體受力托換→支座更換→落梁施工。

3.4 借助系梁和浮箱支撐的施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，受內(nèi)河環(huán)境的限制，橋下無(wú)可用的船只設(shè)備，工程師提出了一種自制簡(jiǎn)易浮筒船的施工方案。事先在岸側(cè)將浮筒采用腳手架夾具固定，放置水中作為臨時(shí)平臺(tái)，然后讓施工人員在浮箱船上部開(kāi)展水中腳手架的施工。水上施工平臺(tái)全部采用不入河床的懸挑結(jié)構(gòu)，腳手架置于系梁上方，在跨中位置設(shè)置浮箱以減小跨徑，解決了水上腳手架施工的難題。

4 加固效果驗(yàn)算

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告的相關(guān)結(jié)論，計(jì)算采用MIDAS Civil空間有限元軟件RC設(shè)計(jì)模塊功能，設(shè)計(jì)驗(yàn)算荷載結(jié)構(gòu)自重和人群荷載，將鋼板等效為截面抗彎鋼筋進(jìn)行加固后承載力計(jì)算，同時(shí)考慮加固材料自重對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)加固前后橋梁結(jié)構(gòu)狀況的對(duì)比分析，證明了采取加固方案后，橋梁的抗彎承載力得到了有效提高（圖7、圖8）。

圖7 加固前彎矩包絡(luò)圖（抗彎承載力不足）

圖8 加固后彎矩包絡(luò)圖（抗彎承載力提高）

5 結(jié)語(yǔ)

1）蘇州部分內(nèi)河水系往往不適合采用大型的運(yùn)輸及吊裝設(shè)備，給橋梁加固施工帶來(lái)了巨大的困難。針對(duì)水上施工平臺(tái)，提出了借助系梁和自制浮筒共同支撐的解決方案，水上施工平臺(tái)全部采用不入河床的懸挑結(jié)構(gòu)，將腳手架置于系梁上方，跨中位置設(shè)置浮箱以減小跨徑，解決了水上腳手架施工的難題。

2）在不封交的情況下，為減小動(dòng)荷載影響，考慮到原結(jié)構(gòu)蓋梁的老化和混凝土強(qiáng)度不足，在PLC更換支座期間，提出了借助系梁支撐分配梁和鋼牛腿共同作用的解決方案。借助系梁承載力，分配梁和鋼牛腿具有了足夠的安全儲(chǔ)備，可以保證動(dòng)荷載作用下鋼牛腿和化學(xué)錨栓的安全。

3）蘇州內(nèi)河水系橋梁加固需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、施工技術(shù)的可行性等多重因素[5-10]，本文介紹的加固方案對(duì)河道幾乎無(wú)污染，施工加固效果明顯，且成本低，可為同類工程提供參考。