鄭云鵬 王 輝

（河南信大建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

1 工程概況

某高架橋建于1995 年，全長(zhǎng)為 270.04 米，上部結(jié)構(gòu)5×45m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁（第1 跨～第5 跨主橋）+2×20m 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板（第6跨和第7 跨引橋）。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用單箱單室箱梁，箱梁頂板寬12m，底板寬 5.4m，兩側(cè)腹板高度不等，傾斜形成單向橫坡，縱軸中心線處箱梁高 3m。下部結(jié)構(gòu)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)（直徑1.5m）；1#和8#橋臺(tái)為樁柱式橋臺(tái)；2#～5#橋墩采用空心薄壁墩，墩身為雙室空心箱型截面；6#橋墩由原橋橋臺(tái)（薄壁式）改造而來(lái)，7#橋墩為樁柱式橋墩。主橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支座采用 TPZ—1 型盆式橡膠支座；引橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板采用GYZD200×35 板式橡膠支座。橋面寬度：0.5m（防撞護(hù)欄）+11m（行車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）。設(shè)計(jì)荷載：汽車-超 20 級(jí)、掛車-120。橋面鋪裝：原設(shè)計(jì)為8cm 水泥混凝土鋪裝，在2005 年加固后橋面鋪裝為 8cm 水泥混凝土鋪裝+5～6cm 厚瀝青混凝土鋪裝。

2 橋梁病害現(xiàn)狀調(diào)查

該高架橋曾于 2005 年進(jìn)行過(guò)一次加固，加固共分兩方面內(nèi)容：一部分為梁體加固，一部分為橋臺(tái)維修。梁體加固主要內(nèi)容為：①第1 跨至第5跨張拉體外預(yù)應(yīng)力束；②箱梁腹板內(nèi)側(cè)鉚粘鋼板、箱梁腹板外側(cè)貼碳纖維；③箱梁腹板內(nèi)側(cè)掛鋼筋網(wǎng)并灌注水泥基灌漿材料增大腹板截面尺寸；④采用封閉法或壓漿法對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。由于西側(cè)橋臺(tái)病害嚴(yán)重，對(duì)西側(cè)橋臺(tái)進(jìn)行維修，維修的主要內(nèi)容為：①西橋臺(tái)新增排水及護(hù)坡工程；②西橋臺(tái)周圍新增 4 根加固基樁；③在承臺(tái)、臺(tái)身側(cè)面植筋、新增部分承臺(tái)；④為卸載橋臺(tái)后方土壓力，將西側(cè)橋臺(tái)改成橋墩，并在西側(cè)增加了 2 孔 20m 的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁。

目前該橋主要存在以下病害：在2005 年之前橋梁裂縫病害較嚴(yán)重，加固后病害得到了有效的治理。在2017 年，加固中處治過(guò)的腹板斜向裂縫重新出現(xiàn)，并在2018 年箱梁頂板出現(xiàn)縱向裂縫，2019 年頂板縱向裂縫、腹板豎向裂縫、腹板斜向裂縫、底板橫向裂縫快速增加。其中支座多數(shù)存在老化開(kāi)裂，橋墩也存在較多豎向裂縫及不規(guī)則裂縫。通過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定，主橋（箱梁橋跨部分）上部結(jié)構(gòu) 4 類，總體4 類；引橋（空心板橋跨部分）上部結(jié)構(gòu) 3 類，總體2 類；該橋全橋技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為 4 類。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTGH11-2004）中3.5.4 條的規(guī)定，四類橋需要進(jìn)行大修或改造，及時(shí)進(jìn)行交通管制，如限載、限速通過(guò)，當(dāng)缺損較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)關(guān)閉交通。

3 搶修維修加固

3.1 搶修加固設(shè)計(jì)原則及目標(biāo)

根據(jù)該橋現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)及病害情況制定加固設(shè)計(jì)方案：①加固后恢復(fù)橋梁的承載能力及使用性能，確保安全性能比新橋不降低；②由于本項(xiàng)目為搶險(xiǎn)加固工程，需要兼顧施工工期及加固效果，務(wù)求在充分保證加固效果的前提下能夠使施工簡(jiǎn)便快速；③維修加固設(shè)計(jì)、施工應(yīng)嚴(yán)格減少對(duì)原結(jié)構(gòu)的損傷，設(shè)計(jì)中充分考慮施工風(fēng)險(xiǎn)，加固方案具有完備性及長(zhǎng)期性；④維修加固設(shè)計(jì)考慮加固后的美觀性，力求加固結(jié)構(gòu)外觀和周邊結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)；⑤加固后橋梁技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)恢復(fù)到2 類以上標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 搶修加固設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）對(duì)主橋梁板進(jìn)行維修加固：①主橋跨中處增設(shè)永久支墩，使支墩與原橋墩一起承受活載作用。在每跨跨中位置增加一個(gè)混凝土永久支墩，其中 1’#、5’#墩采用樁柱式，采用直徑 1.8m 的樁基接 1.6m 的立柱。2’#～4’#墩采用空心薄壁墩，長(zhǎng)6m，寬3m，壁厚 0.6m。橋墩承臺(tái)長(zhǎng)為10.8m，寬為8.2m，承臺(tái)厚度3m，承臺(tái)下部為6 根直徑為1.6m 的樁基；②主橋跨中處箱梁內(nèi)增設(shè)中橫梁。③支墩新增支座。采用板式橡膠支座，支座型號(hào)為GYZF4 D400×56。為了保證新增橋墩在活載作用下與原橋橋墩一起工作，采用可調(diào)式支座墊石，調(diào)整新增支座與梁板的接觸狀態(tài)。為了保證密貼，可采取新支座單點(diǎn)向上頂升梁板的方法，頂升力最大不超過(guò)20 噸。④在病害位置粘貼鋼板進(jìn)行處理。第1 跨小樁號(hào)測(cè)、第2 跨、第5 跨大樁號(hào)側(cè)左右腹板外側(cè)錨粘鋼板加固，鋼板厚8mm，寬20cm。

（2）對(duì)主橋橋面板進(jìn)行加固：①更換混凝土鋪裝、增大混凝土鋪裝內(nèi)鋼筋、增設(shè)新老混土界面抗剪鋼筋，增強(qiáng)橋面腹板處負(fù)彎矩承載力。②橋面板底緣縱橋向間隔 1m 增設(shè)HW200×200 型鋼橫梁加固，增強(qiáng)橋面板跨中區(qū)正彎矩承載力。

（3）對(duì)主橋橋面鋪裝及護(hù)欄進(jìn)行改造：①將原橋混凝土鋪裝層從 8cm（水泥混凝土）+5～6cm（瀝青混凝土）調(diào)整為10cm（水泥混凝土）+5cm（瀝青混凝土）。增高的1～2cm 厚鋪裝采用主橋兩側(cè)順接的方式進(jìn)行處理。②原橋護(hù)欄不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，在本次搶險(xiǎn)工程中將主橋護(hù)欄一并進(jìn)行拆除改造。改造后護(hù)欄防撞等級(jí)為 SB 級(jí)。③對(duì)全橋裂縫及混凝土缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。④對(duì)0#、1#、2#伸縮縫進(jìn)行更換。⑤對(duì)引橋空心板全部支座進(jìn)行更換。

3.3 搶修加固施工難點(diǎn)

本工程加固施工難點(diǎn)主要有：①在既有主橋橋下的跨中位置增設(shè)支墩，使支墩與原橋墩一起承受活載作用。其中1＇#和5＇#支墩墩身高度分別為13.00m 和22.50m，2＇#～4＇#支墩墩身高度分別為37.50m、42.00m 和41m。與新建橋梁相比，在橋墩施工過(guò)程中，垂直運(yùn)輸受到既有箱梁限制。采用塔吊或吊車等大型機(jī)械設(shè)備時(shí)，由于起重臂和吊鉤尺寸影響，模板和鋼筋等主材均無(wú)法到達(dá)設(shè)計(jì)高度。塔吊起重臂和吊鉤總高度約4～6m，汽車起重臂頂部和吊鉤總高度約2～3m。1＇#和5＇#支墩橋下凈空適宜采用吊車，但是受場(chǎng)地和便道限制，無(wú)法達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)。②頂部間隙較小、混凝土澆筑和振搗困難。支墩采用可調(diào)墊石，墩頂支撐總高度僅26cm。操作空間小，混凝土澆筑和振搗都比較困難。

3.4 難點(diǎn)解決方案

3.4.1 針對(duì)2＇#～4＇#薄壁空心支墩

采用翻模施工技術(shù)，平頭塔吊垂直運(yùn)輸，能夠最大限度接近箱梁底部，剩余頂部節(jié)段采用汽車吊進(jìn)行起吊。橋墩頂部預(yù)留一個(gè)可操作施工節(jié)段（1.5～2m），采取人工立模澆筑方式，模板和鋼筋骨架垂直運(yùn)輸起重機(jī)起吊平移完成。薄壁空心墩底部實(shí)心段3.5m，頂部實(shí)心段2m，上下倒角段均為3m，中間為標(biāo)準(zhǔn)段。通過(guò)科學(xué)規(guī)劃墩身澆筑節(jié)段，采取由上向下倒推法劃分墩頂人工立模段、標(biāo)準(zhǔn)翻模段、底部第二節(jié)澆筑段和第一節(jié)澆筑段。

3.4.2 針對(duì)1＇#和5＇#圓柱支墩

采取人工立模澆筑方式，模板和鋼筋骨架垂直運(yùn)輸由梁底安裝單梁電動(dòng)葫蘆起重機(jī)起吊平移完成。模板和鋼筋骨架通過(guò)吊車垂直放置到橋梁側(cè)面，地面設(shè)置軌道，平移至橋墩位置，然后由單梁電動(dòng)葫蘆起重機(jī)起吊平移完成安裝。

3.4.3 針對(duì)頂部混凝土澆筑和振搗

橋墩頂部預(yù)留30cm 高度（考慮圓柱墩系梁頂部高度），加支撐總高度26cm 共56cm，能夠保障頂部人工澆筑振搗密實(shí)。預(yù)留30cm 高度可以增設(shè)墊石，或者采用永久鋼模板，灌注自密實(shí)混凝土實(shí)現(xiàn)免振。

3.4.4 針對(duì)可調(diào)支座墊石制作和安裝

可調(diào)支座墊石由上下斜面鋼塊、鋼墊塊、鋼擋塊和旋緊螺桿組成。根據(jù)類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和資料調(diào)查，鋼塊均采用20Cr 鋼鍛壓精加工，螺桿采用45＃鋼調(diào)質(zhì)（6.8 級(jí)以上）加工制作，規(guī)格為M40×3，在旋動(dòng)側(cè)加工出與M33 扭力扳手配套的外六方形。需要通過(guò)建立有限元模型，模擬可調(diào)支座墊石的工作狀態(tài)、安裝后的受力情況，計(jì)算鋼構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力來(lái)調(diào)整設(shè)計(jì)尺寸?？烧{(diào)支座墊石尺寸經(jīng)設(shè)計(jì)確定后，由專業(yè)廠家生產(chǎn)制作。

4 加固效果分析評(píng)價(jià)

4.1 增設(shè)永久支墩前后結(jié)果比較

4.1.1 抗彎極限承載能力比較

表1 抗彎極限承載能力比較表

4.1.2 正截面抗裂能力比較

表2 正截面頂緣抗裂能力比較表

表3 正截面底緣抗裂能力比較表

4.1.3 斜截面抗裂能力比較

表4 斜截面底緣抗裂能力比較表

從表1～表4 比較結(jié)果可知，采取增設(shè)永久支墩加固措施后，主梁的抗彎極限承載能力、抗剪極限承載能力、正截面頂?shù)拙壙沽涯芰Α⑿苯孛娴拙壙沽涯芰?、正截面壓?yīng)力能力均在一定程度上改善，說(shuō)明增設(shè)永久支墩后對(duì)結(jié)果受力改善較大，效果較好。

4.2 橋面板加固前后結(jié)果比較

（1）更換混凝土鋪裝、增大混凝土鋪裝內(nèi)部鋼筋、增設(shè)新老混凝土界面抗剪鋼筋、增強(qiáng)橋面腹板處負(fù)彎矩承載力。將原橋混凝土鋪裝層從8cm（水泥混凝土）+6cm（瀝青混凝土）調(diào)整為10cm（水泥混凝土）+5cm（瀝青混凝土）。

（2）橋面板跨中區(qū)底緣每1m 增設(shè)型鋼及相應(yīng)抗剪連接件，增強(qiáng)橋面板跨中區(qū)域正彎矩承載力。當(dāng)考慮橋面鋪裝與頂板共同受力后計(jì)算結(jié)果如表7～表8 所示。

表7 加固后跨中抗彎極限承載能力計(jì)算結(jié)果

表8 加固后跨中裂縫驗(yàn)算結(jié)果

從表7～表8 比較結(jié)果可知，加固完畢后，橋面板的承載能力滿足要求，富裕度125%，裂縫寬度也小于限值。

5 結(jié)論

本文以一座（5×45）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁搶修加固為工程實(shí)例，研究結(jié)果表明：通過(guò)采取增設(shè)永久支墩加固措施后，主梁的抗彎極限承載能力、抗剪極限承載能力、正截面頂?shù)拙壙沽涯芰?、斜截面底緣抗裂能力、正截面壓?yīng)力能力均在一定程度上改善，說(shuō)明增設(shè)永久支墩后對(duì)結(jié)果受力改善較大，效果較好。同時(shí)通過(guò)對(duì)橋面板跨中區(qū)底緣每1m 增設(shè)型鋼及相應(yīng)抗剪連接件，加固完畢后，橋面板的承載能力滿足要求，富裕度125%，裂縫寬度也小于規(guī)范限值。