跨油墩港某大橋維修加固設計

〔摘 要〕跨油墩港某大橋為１座帶有掛梁的五跨懸臂梁、T梁組合橋，因現狀橋下凈空不滿足通航要求及年久失修，導致局部破損嚴重，技術狀況評定等級為4類，急需維修加固。針對該橋梁的主要病害進行成因分析，并給出了維修加固方案。在此基礎上，詳細闡述了裂縫封閉處理、T梁和箱梁腹板粘貼鋼板、外包砼增大截面法、T梁間橫隔板粘貼鋼板、植筋重做橋面鋪裝以及增設EP-100伸縮縫等具體加固技術措施。研究結果表明，這些加固措施有效提高了橋梁的耐久性和承載能力。根據后期荷載試驗評估結果，該橋維修加固效果良好，已正常運行3年多，持續的監控觀測顯示橋梁的剛度與應力均有較大改善。

〔關鍵詞〕橋梁維修加固；裂縫封閉；粘貼鋼板；增大截面法；植筋

中圖分類號：U455.7 " 文獻標志碼：B" 文章編號：1004-4345（2024）0６-0062-0４

Design of Maintenance and Reinforcement of a Cross-Youdun Gang Bridge

TIAN Ning

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract" Cross-Youdun Gang bridge is a five-span cantilever beam and T-beam combination bridge with suspended beams. Due to the fact that the clearance under the bridge does not meet the requirements for navigation and the bridge has been in disrepair for a long time， resulting in severe local damage. It is assessed to be Category-4 and urgently needs maintenance and reinforcement. The paper analyzes the causes of the main bridge diseases and gives a maintenance and reinforcement plan. On this basis， the paper describes the specific reinforcement technical measures， including crack sealing treatment， T-beams and box girder webs bonded steel plate; outer-packed concrete section enlarging method; T-beam partition bonded steel plate， re-paving of bridge surface with planting bar and adding EP-100 expansion joints. The research results indicate that these reinforcement measures effectively improve the durability and bearing capacity of the bridge. According to the evaluation results of the subsequent load test， the bridge has been well maintained and reinforced， and it has been in normal operation for more than 3 years. After continuous monitoring and observation， it can be found that the stiffness and stress of the bridge have been greatly improved.

Keywords" bridge maintenance and reinforcement; crack sealing; bonded steel plate; section enlarging method; planting bar

1 項目背景

跨油墩港某大橋位于上海青浦區白鶴鎮，為1座帶掛梁的五跨懸臂梁、T梁組合橋，建于1990年。該橋作為附近村落通往鎮里的重要跨河通道，其跨越的油墩港為 IV 級航道，對于區域交通具有重要意義。然而，由于現狀橋下凈空不滿足通航凈空要求，來往船只對橋梁時有刮擦，造成橋梁上部結構局部破損嚴重。加之該橋建設年代較早，年久失修，總體技術狀況評定等級為 4 類，即主要構件有大的缺損，嚴重影響橋梁使用功能或承載能力，不能保證正常使用。因此，按規定應對該橋梁采取大修、中修或加固措施以改善橋梁的技術狀況[1-2]。

為保證通行安全，目前橋梁暫時封閉車行交通，僅允許非機動車與行人通行。為盡快解決周邊居民出行需求，完善村鎮配套市政設施，亟需解決油墩港橋的安全隱患。然而，由于橋位附近涉及文物保護區，橋梁拆除重建工程暫未獲批準，因此本次設計重點在于對現有橋梁進行加固維修處理。

該橋型立面布置見圖1。該橋總長75.46 m，跨徑組合（18.20+6.00+27.06+6.00+18.20）m，橋面總寬6.4 m，橫斷面布置為0.2 m（欄桿基座）+6.0 m（機動車道）+0.2 m（欄桿基座）；橋梁上部結構第K1、K3、K5孔由4片T梁組成，T梁間距約1.7 m，T梁高約1.1 m。其中，K3孔為掛孔T梁，第K2、K4孔為單箱3室結構的雙懸臂箱梁。懸臂端部設置牛腿以支撐兩側T梁，懸臂箱梁高約1.10～2.38 m。各孔梁長組合為12.85 m（K1孔）+16.70 m（懸臂箱梁K2孔）+16.36 m（K3掛孔）+16.70 m（懸臂箱梁K4孔）+12.85 m（K5孔）。橋梁支座為板式橡膠支座，下部結構采用輕型橋臺，樁柱式橋墩。兩端橋臺與道路銜接處設簡易斷縫，跨內牛腿位置均為橋面連續。橋梁所在道路等級為四級公路，設計車速為20 km/h，橋梁設計汽車荷載為汽-10級。

2" "橋梁主要病害及成因分析

2.1" 橋面系病害及成因分析

根據該橋檢測報告結果，橋面系主要病害為：1）T梁間濕接段對應橋面鋪裝縱向施工縫兩側混凝土已局部碎邊，局部發展為條形坑槽，橋面鋪裝破損，露骨料嚴重；2）兩端橋臺及雙懸臂結構兩端牛腿簡易斷縫堵塞且混凝土破損嚴重；3）橋面欄桿局部鋼筋銹脹、混凝土破損，多根豎桿被撞斷裂、破損。

2.2" 上部結構病害

根據該橋檢測報告結果，橋梁上部結構主要病害為：1）兩側雙懸臂箱梁梁肋上緣均分布多條豎向、斜向裂縫，部分延伸至頂板底面，裂縫基本位于雙懸臂結構支點附近區域；2）部分T梁底面存在多條橫向裂縫，且裂縫均延伸至T梁腹板一定高度；3）部分T梁梁肋分布多條斜向裂縫;4）部分T梁間橫隔梁濕接段豎向開裂；5）部分K3掛孔T梁底面刮擦破損嚴重，主筋已變形。

2.3" 下部結構病害

根據該橋檢測報告結果，橋梁下部結構主要病害為：1）雙懸臂箱梁結構兩端牛腿局部鋼筋銹脹、混凝土破損；雙懸臂箱梁對應墩柱蓋梁存在破損、露筋現象。2）兩端橋臺臺前護坡局部破損、塌陷、缺失。橋梁主要病害及成因分析如表1所示。

3" "加固設計

針對前述病害及成因分析，按照孔徑和主要受力部位的順序，給出了如下維修加固處理方案。

3.1" K1、K5孔T梁加固方案

該兩孔T梁腹板的豎向、斜向裂縫主要集中在靠近支點至1/4跨徑區域范圍，梁底橫向裂縫則在跨中范圍底部區域分布較多，裂縫分布與簡支梁跨中受彎、支點受剪的受力特性相吻合。分析原因，認為是由于該橋建成年代久遠，T梁在使用過程中長時間受到溫濕循環、砼碳化、砼收縮以及鋼筋銹蝕等作用而出現細微裂縫；同時，隨著交通負荷的持續增大，T梁的抗彎、抗剪承載力不足，也加速了開裂。

結合橋梁外觀檢測結果，發現該橋主梁整體外表面碳化露筋嚴重，因此本次對該兩孔T梁采取整體加固方案，具體維修加固措施為：首先采用增大截面法對整個T梁腹板兩側外包15 cm厚的C40自密實混凝土，以提高T梁的整體抗彎、抗剪承載力，同時采用粘貼鋼板法在T梁底部粘貼1 cm厚的鋼板以增強其抗裂性能。

主要加固維修工序為：1）涂刷環氧樹脂膠封閉砼表面裂縫，對于數量較多或較大的裂縫采用低壓滲注法修補[3]；2）進行植筋，植筋直徑為■12 mm，植筋間距為300 mm（豎向）×450 mm（順橋向）的梅花型布置；3）綁扎鋼筋，在梁底部安裝1 cm厚鋼板，安裝支座；4）澆筑腹板15 cm厚C40自密實混凝土；5）最后壓力注膠粘貼鋼板，鋼板粘貼宜在5～35 ℃的環境溫度條件下進行。K1、K5孔T梁加固斷面布置見圖2。

3.2" "K3掛孔T梁加固方案

針對K3掛孔T梁的局部刮擦破損等病害，分析其原因主要由于K3掛孔T梁為通航孔，現實運營過程中偶爾會受到貨物裝載較高的來往船只的刮蹭，導致T梁底部破損，承載力不足。具體維修加固措施為：首先采用增大截面法對整個T梁腹板兩側外包15 cm厚的C40自密實混凝土，以提高T梁的整體抗彎、抗剪承載力，同時為增強其抗裂性和防刮蹭能力，采用粘貼鋼板法對T梁腹板底部及側面20 cm高范圍粘貼1 cm厚的類U形鋼板。

主要工序為：1）涂刷環氧樹脂膠封閉砼表面裂縫，對于數量較多或較大的裂縫采用低壓滲注法修補[3]；2）進行植筋，植筋直徑為■12 mm，植筋間距為300 mm（豎向）×450 mm（順橋向）的梅花型布置；3）綁扎鋼筋，在梁底部及側面安裝20 cm高、1 cm厚的U形鋼板，安裝支座；4）澆筑腹板15 cm厚C40自密實混凝土；5）最后壓力注膠粘貼鋼板，鋼板粘貼宜在5～35 ℃的環境溫度條件下進行。K3掛孔T梁加固斷面布置見圖3。

為了避免在以后再次受到船只的刮蹭，本次維修加固方案還采取了其他防范措施：1）加強航運監管，嚴格控制通航船只貨物裝載高度超限；2）在橋梁上設置通航警示標志及通航導標，引導來往船只沿航道范圍有序通行；3）在橋梁上安裝了船只沖撞預警系統，在船只進入危險區域時及時發出提示警報；4）在橋梁上安裝了橋梁健康監測系統，可實時監測橋梁的運營狀況。

3.3" "T梁橫隔板加固方案

針對T梁間橫隔板濕接段豎向裂縫、局部鋼筋銹脹等病害，采用的維修加固措施如下：1）對混凝土接觸面進行處理，鋼筋除銹，涂刷環氧樹脂膠封閉裂縫，局部破損處用環氧砂漿修補。2）在現狀橫隔板的兩側分別采用2cm水泥砂漿找平抹面，保證平整度；（3）在橫隔板兩側各增設一塊1 000 mm（橫向）×400 mm（豎向）×8 mm的鋼板，鋼板在現狀預制隔板、現澆隔板位置各開2個螺栓孔，螺栓孔間距為400 mm（橫向）×200 mm（豎向），然后采用M16螺栓固定。T梁橫隔板加固斷面布置見圖4。

3.4" K2、K4孔箱形懸臂梁加固方案

根據橋梁檢測報告，該兩孔懸臂箱梁腹板的豎向、斜向裂縫主要集中在梁肋中部上緣，裂縫基本位于雙懸臂結構支點附近區域，裂縫分布與懸臂梁支點區以受彎、受剪為主的受力特性相吻合。病害產生原因與 K1、K5孔T梁相同。同時，結合橋梁外觀檢測結果，發現該橋主梁整體外表面碳化露筋嚴重，因此本次對該兩孔懸臂箱梁采取整體加固方案，具體維修加固措施為：采用增大截面法對整個懸臂箱梁箱室外側外包15 cm厚的C40自密實混凝土，然后采用粘貼鋼板法對箱室內側腹板粘貼1 cm厚的鋼板，以增大其整體的抗彎、抗剪承載能力。

主要加固維修工序為：1）涂刷環氧樹脂膠封閉砼表面裂縫，對于數量較多或較大的裂縫采用低壓滲注法修補；2）在現狀懸臂梁邊腹板外側植筋，植筋直徑為12 mm，植筋間距為400 mm（豎向）×400 mm（順橋向）梅花型布置，腹板兩側的植筋位置應錯開布置；3）在外包15 cm混凝土梁底和梁頂分別設置4根和2根25 mm的縱向主筋，并設置箍筋。4）懸臂梁內側腹板采用粘貼1 cm厚鋼板加固，鋼板采用12 mm化學螺栓與腹板連接，螺栓標準間距為400 mm（豎向）×390 mm（順橋向）。5）在箱形懸臂梁邊腹板外側外包15 cm混凝土的墩頂對應位置各增設１個矩形橡膠支座。K2、K4孔箱形懸臂梁加固斷面布置見圖5。

3.5" 橋面鋪裝加固方案

針對原橋面鋪裝裂縫、局部破損嚴重等病害，采用植筋重做橋面鋪裝的方法進行加固，可以同時增強主梁的抗彎剛度和耐久性。主要工序為：1）鑿除原有橋面鋪裝及簡易縫構造。2）設置橋面鋪裝鋼筋，并在箱梁及T梁頂面植入鋼筋。N1采用20 mm鋼筋，N2采用12 mm鋼筋，N3植筋12 mm鋼筋。3）澆筑10 cm厚C50混凝土橋面鋪裝，橋面鋪裝砼下設2 mm厚纖維增強型防水層。橋面鋪裝加固斷面布置見圖6。

3.6" 橋臺處增設EP-100伸縮縫

對兩端橋臺增設EP-100伸縮縫，可以確保橋梁在各種因素影響下能夠自由變形，從而保持行車平順和結構的安全耐久。EP伸縮縫系統是采用EP-100高分子環氧砂漿代替原混凝土結構、采用高效密封劑針替代原橡膠密封的一套伸縮縫系統[4]；具有耐候性強、強度提升快、強度高、無收縮、施工速度快等優點。主要工序為：1）表面處理。先將伸縮縫裝置區域四圍切割，清理表面浮層，對表面進行噴砂處理，吹掉粉塵。2）混合。將等體積的A組分（環氧）與B組分（固化劑）倒入桶內低速充分攪拌直至均勻，攪拌混合時間不小于3 min，再將骨料緩慢加入，一旦骨料全部濕潤即停止攪拌。3）施工。首先用部分未添加骨料的EP100樹脂涂抹伸縮縫底部和側面，然后在其還有黏性時鋪上砂漿，壓實、壓平。待EP100達到初凝后，即可在伸縮縫之間灌注G100特效環保密封劑。EP-100伸縮系統施工應由專業的系統供應商實施或提供施工指導，EP-100伸縮縫立面布置見圖7。

4" "計算分析

4.1" 計算參數選取

由于該橋建設時間較早，目前已無法獲取本其相關竣工圖紙，具體尺寸以現場測量各構件輪廓尺寸為準。根據同時期橋梁設計參考，假定本橋老混凝土等級為C30，鋼筋等級為I、II級；新加固部分混凝土等級為C40，鋼筋等級為HRB400級。具體計算參數如下：1）恒載。混凝土結構容重按26 kN/m3計；鋪裝混凝土容重按25 kN/m3計；兩側欄桿按每側5 kN/m。2）活載。加固后，依然維持原設計的汽-10級的汽車荷載標準，按限載10 t考慮，車輛前軸3 t，后軸7 t；軸距4 m；前后車間隔按15 m考慮；橫向按最多2車道布置。3）人群荷載：按滿布人群工況驗算，人群荷載集度5.0 kPa。

4.2" 計算結果

以上一節的相關信息參數為依據，對最不利的掛孔邊梁、掛孔中梁以及懸臂箱梁加固后的抗彎、抗剪承載力進行計算，結果如表2所示。

根據表中結果可得，加固后的掛孔邊梁、掛孔中梁以及懸臂箱梁的抗彎、抗剪承載力均能滿足要求；同時對懸臂箱梁牛腿、T梁牛腿、墩臺蓋梁等局部構件的驗算結果也均滿足規范要求，本文限于篇幅在此不再贅述。

5" "結語

在確定橋梁維修加固方案前，對相關橋梁進行定期檢測和技術狀況評定至關重要，這有助于準確掌握橋梁的病害情況和破損程度，進而采取具有針對性的加固措施。本文通過詳細介紹某帶掛梁的五跨懸臂梁、T梁組合橋的維修加固設計，著重闡述了有關裂縫封閉處理、T梁和箱梁腹板粘貼鋼板、外包砼增大截面法、T梁間橫隔板粘貼鋼板、植筋重做橋面鋪裝以及增設EP-100伸縮縫等一系列加固技術措施。這些措施不僅提高了主梁的抗彎、抗剪剛度，而且顯著提升了橋梁的整體受力性能及耐久性。根據后期荷載試驗評估結果，該橋維修加固效果良好，到目前已正常運行3年多。持續的監控觀測表明，該橋的剛度與應力都有較大改善，取得了較為理想的加固效果。本文所述的維修加固經驗對于類似工程具有重要的參考價值，可為同類橋梁的維修加固提供有益的借鑒。

參考文獻

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