某互通式立交匝道橋承載能力分析評定

時軍濤 陳周博

（河南省交通科學技術研究院有限公司， 河南 鄭州 450006）

1 工程概況

某互通式立交匝道橋建成于2004年12月，共計4跨，跨徑組合為16+2×20+16m，結構形式為鋼筋混凝土連續箱梁橋。橋梁全長77.08m，橋面全寬14.43m，行車道寬12.43m，橋下凈空5.0m，設計荷載為汽車-超20級。橋面采用水泥混凝土鋪裝加瀝青混凝土鋪裝，下部結構采用多柱框架式橋臺，樁柱式橋墩。

2 橋梁材質狀況與狀態參數檢測評定

2.1 橋梁幾何形態參數檢測評定

由于該橋日常交通量較大，并且不斷有大噸位車輛通過，橋梁已經出現明顯的下撓現象。此次測量采用水準高程法對該互通式立交匝道橋的橋面線形進行測量，在無法封閉橋上交通的前提下很難得到結構能夠維持一定時間的相對靜止的狀態，因此測量中存在一定的誤差。

由于該橋竣工時的實際高程和線形等無法查閱，只有采用現有的橋面實際線形與橋梁的設計線形進行對比。由現場觀察發現，兩側橋臺位置無明顯的沉降情況，即假定4#橋臺沒有明顯的沉降，與設計高程相同，測點1、2、3···9分別對應橋面位置4#臺頂、第4跨跨中、3#墩頂···0#臺頂。結果表明，該橋的實際線形與設計線形之間存在一定的差異，表現在：右幅橋面實測線形與理論線形差異較大，第2跨箱梁跨中有明顯的下撓情況，1#、2#、3#墩均有不同程度的沉降，沉降量3～5cm。左幅橋面實測線形與理論線形得到較好的吻合，箱梁未出現明顯的下撓，墩臺也沒有明顯的沉降。

2.2 混凝土橋梁鋼筋銹蝕電位檢測評定

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》第5.4.3 條，按照測區銹蝕電位水平最低值，確定鋼筋銹蝕電位評定標度。本次所有測區蝕電位水平最低值為-278 mV，介于（-200，-300]之間，鋼筋狀況為有銹蝕活動性，但銹蝕狀態不確定，可能坑蝕，評定標度為2。由于鋼筋銹蝕電位評定標度值為2，本次檢測不再進行混凝土橋梁氯離子含量、電阻率、碳化狀況檢測評定。鑒于本橋連續箱梁底板及腹板出現較多裂縫，箱梁底板出現大面積的滲水、有黑色膏狀物析出，偏安全考慮，混凝土橋梁氯離子含量、電阻率、碳化狀況評定標度均取為3。

2.3 混凝土橋梁鋼筋保護層厚度檢測評定

結構中鋼筋分布情況及保護層厚度檢測的關鍵區域主要選擇在：主要承重構件和裂縫密集區域。采用電磁探測方法對普通鋼筋分布狀況(數量與定位)及保護層厚度進行檢測。檢測部位的混凝土保護層厚度大部分都不符合設計要求且樣本的離散性較大。按《公路橋梁承載能力檢測評定規程》，箱梁混凝土保護層標度值為4 或5，對結構的耐久性有較大影響或鋼筋容易失去堿性保護、發生銹蝕。在同一檢測部位檢測混凝土保護層厚度的同時也調查了鋼筋的分布情況，與設計比較，鋼筋分布的間距偏差在1～10cm 以內。

2.4 橋梁結構自振頻率檢測評定

根據橋梁結構的自振頻率fmi 與設計理論計算值fdi 的比值，來評定結構的整體性和技術狀況。本橋上部結構fmi/fdi 介于[0.90,1.00]之間，評定標度為3。

3 承載能力分析評價

3.1 原結構承載力檢算

根據設計圖紙，采用《橋梁博士》建立平面桿系計算模型，對原結構進行強度復核。

（1） 邊跨最大正彎矩截面

故截面強度滿足設計要求。

（2）邊跨中支點最大剪力驗算

故截面強度滿足設計要求。

（3）變形驗算

在汽車荷載作用下，邊跨跨中最大豎向位移為f =2.314×10-3m< L/600＝2.67×10-2m，故變形滿足設計要求。

在汽車荷載作用下，中跨跨中最大豎向位移為f =3.614×10-3m< L/600＝20/600＝3.33×10-2m，故變形滿足設計要求。

3.2 基于檢測結果的承載力評定計算

（1）邊跨最大正彎矩截面

計算結果表明，邊跨箱梁最大正彎矩截面強度不滿足荷載極限承載能力的要求。

（2）邊跨、中跨最大負彎矩截面

計算結果表明，邊跨箱梁最大負彎矩截面強度滿足荷載極限承載能力要求。

（3）邊跨1#墩支點、中跨2#墩支點最大剪力截面

計算結果表明，在邊跨1#墩支點、中跨2#墩支點最大剪力截面強度不滿足荷載極限承載能力的要求。

3.3 承載能力評價結果

通過橋梁質量檢測、結構驗算及評價分析，得出以下結論：

（1）橋墩附近頂板的橫向裂縫主要由車輛荷載作用下負彎矩過大導致。箱梁頂板翼緣附近縱向裂縫與車輛偏載有關，偏載工況時，箱梁的橫向作用引起頂板上緣橫向受拉，從而導致頂板出現縱向裂縫。跨中腹板的豎向裂縫均為受力裂縫，主要原因為重車過橋時，跨中正彎矩過大導致。橋墩附近腹板的裂縫，從裂縫形態和裂縫走勢上判斷，主要與活載作用引起的剪應力有關，此外，由于支座附近的構造和邊界條件相對復雜，以及橋墩和箱梁的整體下沉，這些因素對裂縫的產生的機理及發展趨勢都有一定的影響。

（2）箱梁混凝土均質性較好從整體上評價箱梁混凝土強度處于良好狀態，強度推定值大于設計值。

（3）檢測部位的混凝土保護層厚度大部分都不符合設計要求且樣本的離散性較大。

（4）基于檢測結果的承載能力評定，箱梁邊跨及中跨最大正彎矩截面強度、箱梁邊跨及中跨中支點最大剪力截面強度均大于設計值，不滿足荷載極限承載能力要求。裂縫的出現對橋梁的承載能力和耐久性均有較大影響，且基于檢測結果的承載力評價結果表明，邊跨箱梁最大正彎矩截面強度及邊跨1#墩支點、中跨2#墩支點最大剪力截面強度均不能滿足設計荷載等級汽車－超20 級、掛車－120 的要求。為了適應現有交通量的需求，保證橋梁結構的安全運營，建議對該橋上部結構進行加固，提高箱梁的承載能力。

4 養護維修建議

（1）箱梁梁體縱向、橫向及斜向裂縫均為受力型裂縫，建議盡快修補加固，針對本橋裂縫，建議首先對裂縫進行處置：對于裂縫寬度≤0.15mm 的細裂縫，采用環氧結構膠泥直接封閉的方法處置，對于裂縫寬度＞0.15mm 的裂縫，采用低粘度環氧灌縫液壓力灌注并封閉處理的方法，使開裂的混凝土重新粘結成一個整體。為使修補后的裂縫不再開裂以及阻止新的裂縫不再發生，增強現澆箱梁截面的抗剪性能，綜合考慮方案的可行性及經濟性，提出以下兩種維修加固方案以供參考：

①對裂縫進行處置后，在箱梁兩側腹板裂縫集中出現的部位粘貼整塊鋼板。

②對裂縫進行處置后，在箱梁兩側腹板裂縫集中出現的部位粘貼上下兩道鋼板條，然后使用角鋼或工字鋼與鋼板條焊接，形成框架結構。

（2）建議加強橋梁日常巡查與維護，在橋頭設立限載標示牌，嚴禁超過國家允許載重的車輛過橋。