關(guān)沙河大橋病害及治理措施分析

洪海濤

（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116023）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)工程建設(shè)的不斷增多，公路橋梁的負(fù)荷呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：交通量不斷增大，重型車輛增多，超載現(xiàn)象日益嚴(yán)重；超限運(yùn)輸現(xiàn)象不斷地出現(xiàn)和增多；舊橋數(shù)量隨著時(shí)間推移不斷增多。舊橋因承受多年風(fēng)雨侵蝕、車輛碾壓，或多或少已經(jīng)出現(xiàn)或輕或重的病害。為了維持和延長其使用壽命，必須采取科學(xué)的合適的措施對(duì)病害進(jìn)行處置。本文以張家口市關(guān)沙河大橋?yàn)槔治龃髽虿『爸卫泶胧?/p>

1 項(xiàng)目概況

張家口市城市快速路關(guān)沙河大橋位于張家口市快速路西環(huán)張石高速連接線上，是張石高速張家口連接線工程的重要組成部分。橋梁分為東、西兩幅，全長485.04m，橋梁全寬40.5m，半幅橋面寬度20m。橋梁平面位于半徑1000m的平曲線和緩和曲線上，橋梁縱坡2.022%。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用24跨20m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)先張空心板，跨徑布置為：4×20m+4×20m+4×20m+4×20m+4×20m+4×20m＝480m。下部為柱式墩、肋板臺(tái)，墩、臺(tái)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。關(guān)沙河大橋立面布置和斷面布置分別見圖1、圖2所示。

圖1 關(guān)沙河大橋立面布置圖（單位：cm）

圖2 關(guān)沙河大橋斷面布置圖（單位：cm）

2 橋梁病害現(xiàn)狀

2.1 上部結(jié)構(gòu)病害

東半幅橋第4聯(lián)和第5聯(lián)發(fā)生了較大的縱向和橫向位移；受梁端錨筋約束的影響，使梁端局部擠壓開裂；蓋梁擋塊頂緊開裂；部分橫梁濕接縫澆筑質(zhì)量差，混凝土離析、空洞；邊主梁漏筋銹蝕；鉸縫漏水。

2.2 橋面系病害

橋面鋪裝存在大量的縱向裂縫和橫向裂縫；東半幅橋16#和20#墩伸縮縫縫寬顯著異常；伸縮縫橡膠止水帶全部損壞脫落，東半幅橋梁20#橋墩160型伸縮縫中間型鋼斷裂；東半幅橋梁16#墩伸縮縫和12#墩伸縮縫大里程側(cè)混凝土破損；東、西半幅橋梁16#墩和20#墩防撞墻橫向錯(cuò)位較為嚴(yán)重；東半幅橋梁第3聯(lián)和第4聯(lián)防撞墻頂部鋼護(hù)欄斷裂，西半幅橋24#墩臺(tái)處防撞墻頂鋼護(hù)欄缺失約8m。防撞墻底部局部混凝土離析、漏筋銹蝕。橋面系的主要病害在伸縮縫部分，主要體現(xiàn)在部分伸縮縫縫寬異常，變形量已超出設(shè)計(jì)范圍[1]。

2.3 下部結(jié)構(gòu)病害

支座頂部混凝土脫空，支承條件差，支座偏心受壓；支座初始安裝偏位；主梁橫向與抗震擋頂緊，部分開裂；伸縮縫處蓋梁受水侵蝕，混凝土破損；墩柱保護(hù)層厚底過小，漏筋銹蝕。主要病害集中在錐坡及橋墩部分，體現(xiàn)在錐坡沉降，部分橋墩出現(xiàn)不可逆的傾斜變形。

2.4 橋墩切向位移

主梁在各項(xiàng)荷載作用下向下坡方向爬移，導(dǎo)致橋墩向下坡方向產(chǎn)生了不可逆的切向位移。

3 病害原因分析

關(guān)沙河大橋自建成以來已經(jīng)歷過兩次規(guī)模較大的修復(fù)，從上文可知，其主要病害是橋梁第4聯(lián)和第5聯(lián)發(fā)生較大的順橋向和橫橋向的位移，以及由此帶來的次生病害。橋梁產(chǎn)生較大的順橋向和橫橋向位移的原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）橋梁位于平曲線上，且東半幅橋梁行車方向?yàn)橄缕路较颍v坡2.022%，車輛進(jìn)入平曲線經(jīng)常會(huì)采取制動(dòng)措施，從而產(chǎn)生較大的制動(dòng)力，使梁體在曲線的徑向和切線方向受力，在制動(dòng)力的長期作用下，會(huì)使梁體產(chǎn)生順橋向和橫橋向的爬移；

（2）由于該段橋梁主要位于平曲線上，車輛通過時(shí)將產(chǎn)生較大的離心力，在離心力作用下梁體會(huì)產(chǎn)生橫向向外側(cè)移動(dòng)的趨勢(shì)；

（3）原橋平面限位措施主要采用橋墩蓋梁側(cè)向擋塊和梁端錨栓，原橋缺少水平束限位措施，橋墩蓋梁的側(cè)向擋塊和梁端錨栓在空心板初始安裝時(shí)，空心板側(cè)面和蓋梁擋塊間存在一定間隙，在梁體受到制動(dòng)力、離心力、溫度力開始橫向爬移時(shí)，側(cè)向擋塊和梁端錨栓都不能有效限制梁體橫向移動(dòng)，在梁體爬移和擋塊接觸后，由于擋塊截面相對(duì)較小，經(jīng)常會(huì)開裂失效，造成梁體繼續(xù)橫向爬移；

（4）橋梁產(chǎn)生水平位移病害的另一個(gè)因素是橋墩較高，最大墩高達(dá)到26m，從而導(dǎo)致橋墩抗推剛度不足，在水平荷載作用下，橋墩和梁體共同產(chǎn)生較大的水平位移，而且部分位移是不可恢復(fù)的；

（5）梁端局部擠壓開裂主要是由于梁體相對(duì)橋墩蓋梁產(chǎn)生較大的水平錯(cuò)動(dòng)，梁端錨筋和梁體間產(chǎn)生較大的局部擠壓，從而造成錨筋附近局部混凝土擠壓破碎；

（6）橋梁支座的病害主要是由原橋施工時(shí)支座安裝位置不準(zhǔn)確、頂?shù)酌娌黄秸F(xiàn)澆橫梁澆注時(shí)混凝土不密實(shí)、漏漿等因素造成[2]。

4 治理措施

4.1 橋面鋪裝修復(fù)

橋面鋪裝病害比較常見的有鋪裝層瀝青裂縫、鋪裝層滲水、橋面變形、橋面剝落等[3]。將原有橋面瀝青混凝土鋪裝鑿除，重新鋪筑新的瀝青混凝土橋面鋪裝。對(duì)橋跨中間墩處的混凝土橋面鋪裝和空心板鉸縫漏水處的混凝土橋面鋪裝進(jìn)行鑿除，待相關(guān)修復(fù)工作完成后，重新澆筑混凝土橋面鋪裝。

4.2 梁體橫梁修復(fù)

為有效解決原橋現(xiàn)澆橫梁施工質(zhì)量差造成的橫梁和支座等病害，將原有橋梁每聯(lián)中間墩梁體現(xiàn)澆橫梁進(jìn)行鑿除，待新支座安裝完成后，恢復(fù)橫梁鋼筋，重新澆筑中間墩梁體現(xiàn)澆橫梁。

4.3 建立水平向約束

關(guān)沙河大橋除了橋梁常出現(xiàn)的病害以外，該橋維修加固設(shè)計(jì)所面臨的關(guān)鍵問題是如何控制橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的順橋向和橫橋向相對(duì)橋墩蓋梁產(chǎn)生的位移，以及由此產(chǎn)生的次生病害。本次關(guān)沙河大橋大修設(shè)計(jì)旨在通過建立新的水平限位裝置來改變結(jié)構(gòu)的水平向約束形式，從而減小制動(dòng)力、離心力、溫度效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形的影響，達(dá)到從根本上改善整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)受力體系的效果。原橋采用直徑32mm鋼筋下端植入橋墩蓋梁，上部插入空心板間鉸縫，來限制主梁和橋墩之間較大的相對(duì)錯(cuò)位。由于該種錨栓剛度較弱和部分缺失，且錨栓和主梁鉸縫間存在較大間隙，錨栓不能有效限制制動(dòng)力、汽車沖擊力、溫度力作用下主梁和橋墩之間的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，最終導(dǎo)致主梁順橋向和橫橋向相對(duì)橋墩產(chǎn)生較大的滑動(dòng)。為有效解決由此帶來的橋梁病害，本次橋梁修復(fù)工程采取在每聯(lián)橋邊墩設(shè)置僅順橋向可變位銷軸，中間墩設(shè)置僅橫橋向可變位銷軸的約束形式，限制主梁相對(duì)橋墩的爬移[3]。

4.4 支座更換

橋梁板式橡膠支座病害的因素多種多樣且復(fù)雜，病害是來自于支座設(shè)計(jì)選型、產(chǎn)品生產(chǎn)、安裝、維護(hù)、周圍環(huán)境因素等過程。由于原橋板式橡膠支座存在老化、脫空病害，且已經(jīng)使用一定年限，本次大修將原橋板式橡膠支座拆除，更換為新的板式橡膠支座。支座采用的各種材料，應(yīng)符合嚴(yán)寒地區(qū)下正常使用及耐久性要求。通過更換能更好適應(yīng)本橋受力和變形特點(diǎn)的伸縮縫，消除橋梁現(xiàn)存的主要病害。

4.5 伸縮縫更換

橋梁的伸縮縫病害有很多，其中比較常見的是混凝土錨固區(qū)表面破損、梁板坍塌、混凝土錨固區(qū)擠壓開裂、支撐點(diǎn)懸空、鋼構(gòu)件損壞或腐蝕、支撐元件損壞[4]。本次大修將原有的型鋼伸縮縫拆除，更換為能更好適應(yīng)本橋變形特點(diǎn)的單元式多向變位梳型板伸縮縫，其中兩端橋臺(tái)部位采用RBKF80型梳型板伸縮縫，中間各聯(lián)之間伸縮縫采用RBKF120型梳型板伸縮縫。

4.6 橋墩、主梁混凝土缺陷處理

對(duì)于橋墩、主梁存在的混凝土松散、露筋、鋼筋銹蝕、鉸縫開裂漏水、橋墩蓋梁水損害等病害，采取如下措施進(jìn)行修復(fù)：

（1）對(duì)于橋墩、主梁露筋、鋼筋銹蝕等部位的鋼筋進(jìn)行除銹，處理后在修補(bǔ)范圍及周邊刷阻銹劑；

（2）采用砂漿進(jìn)行重新封閉，避免鋼筋進(jìn)一步銹蝕；

（3）對(duì)于橋墩、主梁混凝土松散，橋墩蓋梁水損害等病害，應(yīng)對(duì)松散和水損害部位進(jìn)行鑿除和清理，然后采用砂漿進(jìn)行重新封閉；

（4）對(duì)于主梁鉸縫開裂漏水部位，應(yīng)在橋面鋪裝鑿除后，根據(jù)鉸縫開裂情況，選擇合理的方法進(jìn)行處理。

4.7 防撞墻修復(fù)

將原有橋梁東、西半幅橋梁6#墩和20#墩防撞墻每側(cè)各拆除10m，恢復(fù)防撞墻鋼筋后，安裝現(xiàn)有橋面平面線形，重新澆筑防撞墻。對(duì)防撞墻頂缺損的防撞鋼梁進(jìn)行更換和重新安裝。

5 結(jié)束語

綜上所述，關(guān)沙河大橋在上部結(jié)構(gòu)、橋面系、下部結(jié)構(gòu)、橋墩等部位都出現(xiàn)了不同程度的病害，具體包括橋梁第4聯(lián)和第5聯(lián)發(fā)生較大順橋向和橫橋向位移，橋面系部分伸縮縫縫寬異常，變形量已超出設(shè)計(jì)范圍；錐坡沉降，部分橋墩傾斜變形、切向位移。本文對(duì)病害原因進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的治理措施。同時(shí)也要求管養(yǎng)單位按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120-2021）做好日常養(yǎng)護(hù)工作，掌握橋梁使用狀況。為確保橋梁安全運(yùn)營，建議對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)各受力控制截面、橋墩等重要部件進(jìn)行定期檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)管理。