危橋改建工程建設(shè)方案研究

歐陽國榮

(騰沖市地方公路管理段,云南 保山 679100)

1 工程概況

白沙河橋梁全長40.5 m,跨徑組成為3×11 m,橋面全寬7 m,行車道寬度為6 m;該橋斜交角為90°,與路線夾角為90°,橋梁形式為雙曲拱橋,在主拱圈拱肋與拱波結(jié)合位置出現(xiàn)縱向裂縫,鋼筋露出嚴(yán)重,縱向拱肋箍筋部分因銹蝕發(fā)生斷開情況,縱向拱肋與橫向聯(lián)系出現(xiàn)明顯的孔洞現(xiàn)象,拱肋及拱背出現(xiàn)徑向開裂;在河床位置堆積大量淤泥,縱橫向多條裂縫發(fā)生在橋面位置。因此,項目新建一座全長36.88 m,跨徑為2×16 m的預(yù)應(yīng)力空心板橋,橋面全寬8.5 m,凈寬7.5 m,橋位斜交角為15°,橋梁設(shè)計荷載等級取公路-Ⅱ級。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用2×16 m預(yù)應(yīng)力空心板,下部結(jié)構(gòu)則采用樁基礎(chǔ)形式。

2 老橋現(xiàn)狀及技術(shù)狀況評價

2.1 老橋現(xiàn)狀

白沙河橋現(xiàn)狀老橋部分鋼筋出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕變質(zhì)情況,混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重降低。且該段道路車輛超載情況嚴(yán)重,橋梁長期處于超負(fù)荷運(yùn)營狀態(tài),橋梁相關(guān)構(gòu)件的破損情況被進(jìn)一步加劇。橋梁的主要承重構(gòu)件損壞情況極為嚴(yán)重,同時路面暴露出大量的上下貫通的縱橫向裂縫,其中大部分裂縫均為無灰塵氧化及青苔的新鮮裂縫,并且裂縫呈現(xiàn)出極為顯著的發(fā)展態(tài)勢,橋梁垮塌的風(fēng)險隨時可能出現(xiàn),必須及時實施交通封閉管理,嚴(yán)禁車輛上橋。通過觀察現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)掉落后的界面現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼筋較細(xì)且植筋數(shù)量較少,同時有較小的矢跨比,在少筋的情況下,如果超過結(jié)構(gòu)承載能力極限,極有可能出現(xiàn)瞬間的結(jié)構(gòu)破壞,存在十分巨大的風(fēng)險。對橋梁的總體技術(shù)狀況等級進(jìn)行評價,屬于五類橋等級,根據(jù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)要求,必須拆除老橋并新建橋梁。

2.2 技術(shù)狀況評定

在主拱圈拱肋與拱波結(jié)合位置有縱向裂縫出現(xiàn),鋼筋也出現(xiàn)嚴(yán)重的露出,受銹蝕影響,縱向拱肋箍筋出現(xiàn)部分?jǐn)嚅_情況,在縱向拱肋與橫向聯(lián)系處產(chǎn)生明顯的孔洞問題,橋梁拱肋和拱背產(chǎn)生徑向的開裂問題;河床大量堆積有淤泥,在橋面位置有較多的縱向和橫向的裂縫產(chǎn)生。綜合來看,上述老橋現(xiàn)狀缺陷使得橋梁功能的正常使用受到嚴(yán)重影響。從該橋全面檢測的結(jié)果來看,依據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11-2004)的要求評定該橋梁的總體技術(shù)狀況等級,確定全橋結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評分Dr=35.92,等級應(yīng)屬于五類橋;根據(jù)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)要求,需拆除并重建橋梁,并及時封閉橋梁,禁止車輛通行。表1為橋梁各構(gòu)件的評定分值。

表1 橋梁技術(shù)狀況評定表

根據(jù)表1結(jié)果可得,該老橋上部結(jié)構(gòu)評級屬于5類,橋梁下部結(jié)構(gòu)評級屬于4類,老橋橋面系評級屬于5類,橋梁總體評級屬于5類。

3 改建方案比選

依據(jù)現(xiàn)場踏勘情況和橋梁檢測評定結(jié)果,原老橋上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評級屬于5類,橋梁下部結(jié)構(gòu)屬于4類,老橋橋面系屬于5類,橋梁總體技術(shù)狀況評級屬于5類,老橋存在大量的整體結(jié)構(gòu)病害,并且橋梁原設(shè)計荷載僅滿足汽-13,拖-60標(biāo)準(zhǔn),橋梁主拱圈拱肋與拱波結(jié)合位置出現(xiàn)縱向裂縫是橋臺的主要病害。基于以上問題,針對老橋改建提出兩項改建方案如下:

方案A:在原橋位的基礎(chǔ)上,評估并確定橋型的選擇,采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板作為橋梁上部結(jié)構(gòu),橋梁跨徑為2×16 m,設(shè)計長度為36.88 m,橋面寬8.5 m,其中行車道寬為7.5 m,斜交角為15°,采用公路-Ⅱ級作為橋梁設(shè)計荷載等級;采用樁基礎(chǔ)作為下部結(jié)構(gòu)形式,在與未來交通量增長需求相適應(yīng)的同時,還確保了行人和車輛的通行順暢及安全,并且后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板具有構(gòu)造簡單、工藝成熟的特點,大部分施工單位均有相應(yīng)的操作經(jīng)驗,其施工通過工廠化預(yù)制再現(xiàn)場裝配,具有簡單方便快捷的優(yōu)點,有利于在降低成本的同時控制質(zhì)量。此外,后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板體積小、重量輕且吊裝方便,且較低的建筑高度也使得其能避免填土高度影響,制造和架設(shè)方便,能使勞動強(qiáng)度得到有效降低,使施工進(jìn)度能加速推進(jìn),并使施工質(zhì)量及安全得以保障。

方案B:對老橋進(jìn)行部分拆除,并對部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建,改造部分采用跨徑為3×13 m的鋼筋混凝土T型梁,臺帽采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),T梁通過四氟滑板橡膠支座+支座墊石的方式與臺帽之間進(jìn)行連接,并采用四氟滑板支座(GYZF4375 mm×72 mm);橋面鋪裝重新采用瀝青混凝土(4 cm)+水泥混凝土(12 cm)結(jié)構(gòu),并對原橋面加寬部分的鋪裝進(jìn)行保留;在對原加寬部分橫向伸縮縫進(jìn)行保留的基礎(chǔ)上,新設(shè)橋梁橫向伸縮縫(GQF-C20);對原橋縱向縫進(jìn)行拆除,并重新做成TST縱向縫;對橋頭搭板進(jìn)行重新制作,并設(shè)置6.0 m的搭板長度;在改造部分新設(shè)防撞墻,并采用SB級的防撞墻安全等級。橋梁改造部分的設(shè)計荷載采用公路-I級的車輛荷載等級,并通過驗算,驗證得到橋臺擴(kuò)大基礎(chǔ)地基承載力能夠符合該荷載標(biāo)準(zhǔn)。

對比分析上述兩個方案可得。

(1)在整體性方面,T梁不如空心板有優(yōu)勢;(2)由于上部橋面標(biāo)高受限,考慮建筑高度為1.3 m,采用T梁的方案B需對部分橋臺前墻進(jìn)行拆除,此外在施工難度上,T梁大于空心板,因此方案A相比方案B,在施工難易程度上要更有優(yōu)勢;(3)考慮建安費(fèi)方面,方案A相比方案B要略高一些,然而在結(jié)構(gòu)整體性和一致性方面,方案B都遠(yuǎn)不如方案A,并且在施工難度方面,方案A相比方案B要更易于施工,因此,在造價相近的條件下,橋梁改造的推薦方案優(yōu)先選擇方案A。

4 改建方案設(shè)計要點

該橋梁設(shè)計項目為老橋拆除重修,橋梁平面線位為直線段,中心樁號為K35+650,橋兩岸道路為不同高程,橋梁縱坡設(shè)計為0.2%,與原道路形成順接。

該橋為簡支梁結(jié)構(gòu),設(shè)計采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件。橋面C50混凝土整體化現(xiàn)澆層厚度180 mm,計入其中75 mm分析結(jié)構(gòu)受力。采用不同的軟件分析結(jié)構(gòu)受力,分析比較按鉸接板、剛接板法兩種計算方法分別得到的荷載橫向分配系數(shù),并取其中較大值作為設(shè)計控制。具體設(shè)計參數(shù)如下。

三是積極培育內(nèi)部人才市場，完善人才內(nèi)部流動機(jī)制。逐步建立分區(qū)域、分板塊，有形和無形市場相結(jié)合的人才市場體系，不斷完善市場功能，擴(kuò)大信息量，增加覆蓋面，進(jìn)一步疏通三支隊伍之間、板塊之間、企業(yè)之間的人才流動渠道，促進(jìn)人才系統(tǒng)內(nèi)部合理流動，減少人才流失。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線:彈性模量Ep=1.95×105MPa,松馳系數(shù)ζ=0.3。

(2)錨具:錨具變形、鋼筋回縮取6 mm(一端)。

(3)混凝土:彈性模量Ec=3.45×104MPa,重力密度γ=26.0 kN/m3。

(4)管道摩擦系數(shù):u=0.25。

(5)管道偏差系數(shù):k=0.0015。

(6)豎向梯度溫度效應(yīng):梯度溫度的取值以防水混凝土鋪裝層和整體化混凝土現(xiàn)澆層(含水泥混凝土鋪裝)為影響因素進(jìn)行考慮,并參照現(xiàn)行規(guī)范要求確定。

(7)年平均相對濕度:70%～99%。

表2 單片梁梁端支點最大反力

5 改建橋梁施工要點

5.1 預(yù)制空心板

在對空心板進(jìn)行預(yù)制時,在整體式路基外邊梁端部位置預(yù)留100 mm暫不預(yù)制,待澆筑外包護(hù)欄時一起澆筑,但鋼筋需保留伸出不得截斷。施工過程中,需確保預(yù)應(yīng)力孔道與鋼筋位置準(zhǔn)確,保證錨墊板垂直于預(yù)應(yīng)力束,且墊板中心與管道中心相對準(zhǔn)。采用圓曲線作為鋼絞線彎折處的過渡形式,并確保管道平順,定位鋼筋在曲線部分每組間隔設(shè)置為400 mm、在直線部分每組間隔設(shè)置為800 mm。在空心板混凝土澆筑前,鋼筋及預(yù)埋件均需依照設(shè)計圖紙進(jìn)行預(yù)埋處理,同時,伸縮縫、橋面系、支座、護(hù)欄和其它相關(guān)附屬構(gòu)造的預(yù)埋件的施工,也都必須以相關(guān)圖紙為依據(jù),并在確定預(yù)埋件均準(zhǔn)確安裝后才能對預(yù)制空心板混凝土進(jìn)行澆筑;護(hù)欄鋼筋預(yù)埋位置必須處于頂板中;且需一同對預(yù)制空心板混凝土和支座處板底混凝土楔形塊進(jìn)行澆筑。考慮預(yù)制空心板底板、頂板及腹板厚度較小,應(yīng)對骨料粒徑進(jìn)行合理選擇,同時做好配合比試驗;距梁端2 m位置、錨固區(qū)及管道密集部位,需對混凝土的振搗和養(yǎng)生進(jìn)行嚴(yán)格控制,使混凝土質(zhì)量得到保證。為避免預(yù)制板上拱過大現(xiàn)象,以及受齡期不同所導(dǎo)致的預(yù)制板與整體化層之間收縮差過大,宜將存梁期控制在90 d以內(nèi),當(dāng)累計上拱值比計算值超出10 mm時,必須采取措施對其進(jìn)行控制。表3為不同存梁期計算上拱值。

表3 存梁期上拱值及反預(yù)拱值設(shè)置表

為防止相同跨中位置的各板上拱值差異過大,各板的混凝土澆筑時間差、終張拉時混凝土齡期差不宜超過10 d。空心板板體混凝土的澆筑工藝應(yīng)做到連續(xù)澆筑、一次成形。澆筑一片預(yù)制板的總時間宜控制在6 h以內(nèi)。在預(yù)制板混凝土拌和物入模前,其含氣量應(yīng)控制在3.0%～4.5%,入模溫度宜控制在5～30 ℃,鋼筋及模板溫度宜控制在5～35 ℃。

在澆筑預(yù)制板混凝土?xí)r,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和施工用混凝土強(qiáng)度、彈性模量試件需通過隨機(jī)取樣制得,并且應(yīng)分別取樣構(gòu)件不同部位。施工試件的振動成型與養(yǎng)護(hù)應(yīng)與板體一同開展,或在相同條件下進(jìn)行,并依照標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)對28 d標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行辦理。在完成板體混凝土的振搗澆筑后,梁頂用木抹子抹光,并在初凝前進(jìn)行二次收漿并拉毛處理。

拆模時,梁體混凝土表層與芯部、表層與環(huán)境溫度差均宜控制在15 ℃以內(nèi),拆模不宜在溫差變化較大時進(jìn)行。此外,還需避免在環(huán)境因素(如曝曬、氣溫聚降等)的影響下,混凝土表面溫度變化劇烈的現(xiàn)象。拆模后,預(yù)制梁的養(yǎng)護(hù)要求對自動噴淋養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行安裝,并對其由梁頂至梁底部分全部用土工布覆蓋,確保其濕度及溫度達(dá)標(biāo)。預(yù)制梁的保濕養(yǎng)護(hù)期應(yīng)不少于14 d。

采用預(yù)應(yīng)力鋼束張拉空心板混凝土,必須在其達(dá)到85%的設(shè)計強(qiáng)度及彈性模量后,同時混凝土齡期在7 d及以上時才能進(jìn)行。

應(yīng)通過張拉力與引伸量對施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行雙向控制。預(yù)制梁內(nèi)正彎矩鋼束錨下張拉控制應(yīng)力為0.75fpk=1 395 MPa,預(yù)應(yīng)力張拉時還應(yīng)將鋼束與錨圈口間的摩擦損失考慮在內(nèi),錨口摩阻損失暫按3%計,即鋼束錨外張拉控制應(yīng)力為1 437 MPa,具體的錨口摩阻損失的數(shù)值應(yīng)由試驗確定,或采用廠家及施工單位的多年經(jīng)驗數(shù)據(jù),無論何種情況下,錨外張拉控制應(yīng)力都不得大于0.8fpk。在預(yù)應(yīng)力施加過程中,應(yīng)使兩端的伸長量始終保持基本一致,兩端伸長量差值不宜大于5%。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉達(dá)到設(shè)計張拉力時,應(yīng)將實際引伸量值與理論引伸量值的誤差控制在±6%以內(nèi)。應(yīng)排除鋼束的非彈性變形影響實際引伸量值的部分。各鋼束終張拉引伸量(兩端之和)分別為110 mm、109 mm。

要確保鋼絞線束充漿完全,需對進(jìn)漿口進(jìn)行封閉處理,不得移動或打開所有蓋子、塞子或氣門直至水泥漿凝固。水泥漿強(qiáng)度達(dá)到40 MPa后,才能吊裝空心板。

5.2 空心板安裝

設(shè)置永久支座并逐孔安裝。在預(yù)制板運(yùn)輸、起吊時,需采取有效措施使空心板側(cè)向穩(wěn)定得到保證,架設(shè)后及時連接鉸縫鋼筋。

應(yīng)將鉸縫面鑿毛成凹凸不小于6 mm的粗糙面。鉸縫混凝土澆筑過程中,對表面進(jìn)行潤濕并座漿處理,從而確保新舊混凝土結(jié)合情況良好。底縫灌填M15砂漿,至底縫砂漿強(qiáng)度達(dá)到80%以上后再施作鉸縫混凝土澆筑。空心板就位后應(yīng)及時通過鉸縫鋼筋實現(xiàn)連接,應(yīng)準(zhǔn)確定位綁扎、安裝鋼筋,定位連接筋應(yīng)借助鋼筋定位輔助措施實現(xiàn)。鉸縫混凝土應(yīng)和橋面整體化層混凝土一同完成澆筑。應(yīng)用振動器對混凝土進(jìn)行振搗,在完成混凝土振搗澆注后,通過木抹子對板頂進(jìn)行抹光,在初凝前進(jìn)行二次收漿并拉毛處理。通過設(shè)吊孔穿束兜托梁底的方法進(jìn)行吊裝,吊裝預(yù)留孔的設(shè)置遵照設(shè)計要求,可采用PVC管作為吊裝預(yù)留孔。必須在板側(cè)面、底面等與捆綁鋼絲繩拐角接觸位置,放置膠墊或護(hù)梁鐵瓦對梁板進(jìn)行保護(hù)。

5.3 其他注意事項

危橋改建項目在實際施工時,首先需要對橋梁病害進(jìn)行檢測分析與評估鑒定,并依據(jù)評估分析結(jié)果,制定相應(yīng)的加固設(shè)計方案。危橋結(jié)構(gòu)加固設(shè)計包括使用功能加固、承載力加固和耐久性加固三類。其中,使用功能加固主要是對危橋原有的承載構(gòu)件的截面尺寸和剛度進(jìn)行改變調(diào)整,從而使實際結(jié)構(gòu)使用要求得到滿足;承載力加固應(yīng)對不同階段的受力特點進(jìn)行充分考慮,對新加補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的整體工作進(jìn)行關(guān)注;耐久性加固旨在避免危橋已受損結(jié)構(gòu)繼續(xù)惡化,因而采取有效措施對結(jié)構(gòu)損傷部位進(jìn)行彌補(bǔ),使損傷隱患得到消除,從而保證結(jié)構(gòu)可靠性得以提升。

對施工中需注意的主要問題概況如下:首先,施工前必須詳細(xì)檢測原橋?qū)嶋H狀況,確保實際加固與設(shè)計圖相符。施工時必須對施工荷載進(jìn)行嚴(yán)格控制,必須避免構(gòu)件受施工荷載影響產(chǎn)生損壞。其次,施工現(xiàn)場采用半幅通行時,需嚴(yán)格規(guī)劃及管控日通行車輛數(shù)、車輛載重和通行時間,盡可能地避免改造工作與交通通行之間沖突的產(chǎn)生。最后,在橋梁加固過程中,必須對施工質(zhì)量實行嚴(yán)格把控,注意對薄弱的舊混凝土進(jìn)行刨除,防止施工隔層,混凝土水灰比宜控制在合適值,防止收縮裂縫出現(xiàn)。在新舊結(jié)構(gòu)連接處,加設(shè)鋼絲網(wǎng),確保其形成良好的可靠聯(lián)結(jié)。

6 結(jié) 語

總的來說,作為交通事業(yè)發(fā)展中的一項重要工作,危橋改建能在保障交通安全的同時,也能有效地提升道路的通行效率。危橋改建應(yīng)與項目所處地理特性與原橋梁設(shè)計特點相結(jié)合,以減少對周邊環(huán)境的影響以及與舊路相銜接為基本原則,確保橋位設(shè)計方案合理可行;除此之外,仍應(yīng)注重橋型選取的正確性,針對橋梁的各個設(shè)計要素如上部結(jié)構(gòu)、跨徑、下部結(jié)構(gòu)、橋臺和基礎(chǔ),都確保制定的改建方案科學(xué)合理。改建方案還應(yīng)保證施工能夠順利開展,并使橋梁的重新投入利用得以盡快實現(xiàn),同時還應(yīng)注意對施工注意事項進(jìn)行詳盡說明,確保橋梁質(zhì)量良好以及橋梁使用壽命得以延長。