平凉火车站泾河大桥维修加固或改建方案比选

2013-08-21路小龙徐庆超

山西建筑 2013年4期

路小龙徐庆超

(1.平凉市农村公路建管处，甘肃平凉 744000; 2.长安大学，陕西西安 710064)

1 工程背景

平凉泾河大桥位于平凉市区，连接平凉城区与平凉火车站。该桥采用钢筋混凝土刚架拱，净跨30 m，矢跨比1/8，大桥全长277.824 m、宽16 m。桥面采用预制微弯板，现浇混凝土填平层及桥面铺装层的组合结构形式(见图1)。设计荷载:汽—20，挂—100;桥面宽度:2.0 m(人行道)+12.0 m(机动车道)+2.0 m(人行道)=16.0 m。

图1 平凉泾河大桥

由于管理、养护不到位，结构出现多种病害，平凉市交通局委托专业单位，于2009年8月16日～9月10日对平凉泾河大桥进行了检验、评定。

2 桥梁检测与分析

经检测结果显示:本桥桥面系破损严重，伸缩缝、排水系统已不能正常工作。微弯板、主拱顶等重要受力构件出现了超出规范容许宽度的裂缝，5号墩桩基破损严重。按《公路养护技术规范》全桥总体技术状况等级为四级，需大修或改建。静动载试验也表明该桥竖向刚度不足，结构状态评定为较差。桥梁已经不能满足设计荷载等级要求，更不具备超载能力。

1)桥梁检测病害。a.桥面纵向线形平顺度较差，起伏较大;实测断面横坡(0.6%～1.4%)与设计值(1.5%)出现较大偏差;b.拱肋实测线形与设计拱肋线形都有不同程度的偏差，各孔拱肋均出现下挠;c.桥面凹凸不平，积水，破损严重;d.人行道板出现沿桥纵向的贯穿裂缝;栏杆立柱混凝土剥落、露筋、外倾;e.伸缩缝锚固端混凝土已经破裂，伸缩缝中间被砂石和尘土填满，失去伸缩作用;f.个别泄水孔堵塞，泄水孔渗漏严重;g.微弯板均出现较多裂缝;h.拱肋跨中均出现横向贯穿裂缝，并且裂缝宽度大多都达到裂缝限制;i.桥墩桩基础冲刷相当严重，出现大面积露筋。

2)病害主要成因分析。a.本桥原设计在正常施工和正常养护、维修条件下满足汽—20和挂车—100的通行要求，但结构的安全储备并不高。b.刚架拱桥拱肋、微弯板及现浇填平层逐步形成，原设计无加强连接措施，调查中也了解到本桥填平层分两次浇筑形成，外观调查中发现存在着拱肋与桥面结构不能共同受力的问题。c.泾河大桥历年来交通任务繁重、重车通行较多，且附近有水泥搅拌场，超载车辆的增多，使桥梁长期处于超负荷运营状态，对桥梁的承载能力和安全性带来较大的影响。d.桥墩桩基施工时未将桩顶含有泥砂和松散层的段落凿除，在掏砂乱掘、水流冲刷影响下，混凝土的保护层剥落，漏筋。e.运营中，各类交通事故的发生，损坏了桥面系结构，对受力构件的安全造成间接影响。

3)检测结论。根据JTJ 073-96公路养护技术规范采用考虑桥梁各部件权重的综合评定方法，根据评定算式计算出的Dr=38，技术状况评定等级为四类。即该桥需要进行大修或改建。

鉴于大桥目前的交通需求，初步选择对结构进行加固，要求该桥加固后按达到公路—Ⅰ级要求。加固设计评审会议上，与会领导和专家同意本桥的检验、评定结果。但鉴于本桥加固费用较高，加固材料、施工质量较难控制，加固效果也存在一定的不确定性等原因，提出增加重建方案或下部利用的方案，与加固方案进行比较。

3 方案比较

3.1 方案一——对旧桥进行加固提载

1)设计要点。

a.对主拱进行粘贴钢板加固;更换微弯板及现浇层;增大拱肋横系梁尺寸;对裂缝进行分类封闭。b.破损桩采用钢管混凝土外套箍进行加固;压浆加固制动墩地基;对掏空的地基部分取土回填并夯实。c.更换桥面构造。

2)方案小结。

a.加固工艺、工序复杂，工期长，对施工队伍素质要求高，避免对大桥产生二次损伤。b.加固质量难以保证，处理后承载力评定困难，使用寿命无法量化;后期养护困难。

3.2 方案二——更换上部结构、利用基础

1)结构设计。

为与既有基础匹配，上部结构采用(3×32.2+2×33.31+3×32.2)m的非标准跨预应力混凝土连续箱梁，梁高1.7 m，全桥长277.82 m，分为两联设置。

2)方案小结。

a.系鉴于本方案利用原桥下部基础，应避免因拆除上部结构而对基础产生二次损伤，需对旧桥相关构件进行逐步凿除，拆除工艺复杂，周期长。b.对墩身顶面进行凿毛和植筋，以便于新老混凝土面的结合和新增墩身钢筋的连接。

3.3 方案三——选址重建16 m宽新桥

1)结构设计。

方案拟定选址修建新桥，上部结构采用9×30 m预应力混凝土连续箱梁，梁高1.6 m。全桥长277.0 m，分为两联设置。桥面宽度:2.25 m(人行道+栏杆)+2×6 m(双向双车道)+2.25 m(人行道+栏杆)=16.5 m，由5片小箱梁(边梁1.65 m宽，中梁2.4 m宽)通过75 cm湿接缝连接而成，栏杆外挑。

2)方案小结。

a.脱离了旧桥的约束，施工方便，可保结构安全、可靠。b.需新增连接线、征地拆迁，造价较高。

3.4 方案四——对旧桥进行简单加固、新建12 m宽复线桥

1)方案构思。

旧桥虽然出现了较为严重的病害，理论计算及荷载实验证明，若在某种程度上降级使用该桥，并加强养护，仍具有一定的利用价值。为了避免方案一、二可能产生的后期隐患，又想继续发挥旧桥的利用价值，对旧桥病害严重的部位进行粘贴钢板、裂缝封闭等处治，供小车及行人通行;在旧桥一侧新建12 m宽复线桥供重车通行。

2)新桥结构设计。

为了不破坏旧桥的美观造型，复线桥孔径布设与旧桥保持一致。上部结构采用(3×32.2+2×33.31+3×32.2)m 预应力混凝土连续箱梁，梁高1.7 m。全桥长268.1 m，分为两联设置。

四种方案涵盖了该桥所有处治的可能性，在施工的难易程度上、质量保证、后期维护、造价、外观造型、工期等诸多方面各方案利弊不一。

4 旧桥简单加固——最终方案

1)加固方案设计。a.鉴于拱肋跨中均出现横向贯穿裂缝，先对裂缝进行封闭，然后在拱顶下缘全宽粘贴12 mm厚钢板，长5 m。b.对裂缝宽度大于0.3 mm的裂缝，沿裂缝凿一条“V”形深槽，直至未破裂面，然后在槽内嵌补甲基丙稀酸脂类化学补强剂(甲凝)进行修补。c.本桥5号墩墩身破损严重，采用钢管混凝土外套箍进行加固，钢管直径2 500 mm，壁厚10 mm，管内灌装C40混凝土;对桥墩基础严重掏空的地基部分应就地取土回填，并分层夯实。d.更换桥面2 cm沥青磨耗层，更换人行道和栏杆。

2)方案小结。a.本方案是在综合考虑前三种方案优缺点之后提出的，通过修建复线桥实现对重车、小车及行人的分流，降低旧桥的荷载等级，使其在承载能力范围内继续服役，其美观的造型也得以保留;b.旧桥的利用，相比方案三可以减小所需的桥面宽度，原连接线也可部分利用，降低了经济成本。

此方案大小车分流增加交通转换、降低通行速度、减少了交通量，需增设交通辅助设施来实现大小车的顺利分流、减小因车辆交织带来的不利影响。