公路空心板梁桥加固方案比选

易世群，杨旱雷

（云南公路开发投资有限责任公司，云南 大理 671000）



公路空心板梁桥加固方案比选

易世群，杨旱雷

（云南公路开发投资有限责任公司，云南 大理 671000）

摘要：随着现代交通的发展，高速公路部分桥梁无法满足日益增加的使用要求，出现了不同程度的病害。文章以云南楚大高速为例，对高速公路空心板桥病害特点进行分析，并从技术、经济和施工方面对整体换梁和梁端加固两种方案进行比选，推荐选用梁端加固方案。

关键词：空心板梁桥；斜裂缝；加固方案

1　概述

随着交通量的不断增大，部分已建成的桥梁由于原设计时使用的规范较旧，荷载标准偏低，无法满足日益增加的使用要求，出现了不同程度病害。本文以楚大高速空心板桥为例，对空心板桥的病害特点及维修加固方案进行探讨。

楚大高速是云南省通往滇西的大动脉，于1998-10建成通车，全线为4车道高速公路，设计标准汽车—超20级，挂车—120。楚大高速大理段桥梁信息统计见表1，由于该路段交通流量较大，桥梁板梁出现了病害。

表1　楚大高速大理段桥梁概况

该段高速桥梁共有134座桥梁，其中空心板桥117座，其余为I形梁桥、T梁桥、拱桥。空心板桥上部结构有8 m、10 m，13 m，16 m、20 m、30 m等几种跨径，均为预制拼装法施工，简支结构；其他桥梁上部结构有30 m、35 m、60 m等几种跨径形式。主线路基全宽21.5 m（山岭区），坝区为24.5 m，4车道，山岭区单幅桥面净宽10.75 m+2×0.5 m（防护栏），分左右两幅。

2　主要病害及发展

该段高速桥梁分别于2007年、2013年和2014年进行了检测，对比历年检测报告发现该桥病害较典型且持续发展。

2.1主要病害

该段高速空心板桥存在的主要病害为板梁端部斜向剪切裂缝，发生剪切裂缝的主要为预应力简支空心板梁，裂缝分布见图1。通过观察边梁端部斜裂缝分布，可以判断此类病害主要是由于板梁抗剪能力不足导致的。

2.2病害发展趋势

历年检测报告中的腹板裂缝数量见图2。

图1　板梁斜裂缝分布示意图（单位：m）

图2　板梁腹板斜向裂缝发展趋势图

由图2可以看出，2014年与2013年的裂缝数量及存在斜裂板梁数量增长趋势明显，且检测结果显示腹板裂缝占全桥比例大幅增加。剪切裂缝病害发展速度很快，对桥梁结构安全影响很大，应尽快采取有效措施进行处治。

3　病害原因分析

该段高速空心板桥主要跨径为20 m，其截面见图3。

图3　空心板边板配筋图（单位：cm）

根据空心板构造及配筋情况，分析得出板梁腹板剪切裂缝产生的主要原因如下：

（1）空心板板宽为1.48 m，大于规范规定的最小车轮间距1.3 m，支座附近板梁承受的剪力较大。

（2）空心板梁高85 cm，顶底板、腹板厚均为12 cm，空心板端部未加厚，抗剪截面较小。

（3）空心板两侧腹板采用的是单肢10 mm圆钢箍筋，不符合规范的构造要求。

该桥空心板梁端斜裂缝为典型的腹剪、弯剪裂缝，裂缝宽度较大，多已贯穿腹板，该裂缝产生与梁端抗剪承载能力不足有直接联系。

4　维修加固方案比选

以该段高速K162+180上行（4跨）桥梁为例，结合目前桥梁的通行状况提出了加固改造的原则如下：（1)结构安全、可靠、受力满足规范要求；（2)工期短、对交通影响小；（3)工程经济合理。根据以上原则对整体换梁和加固维修两种方案进行比选。

4.1整体换梁方案

对该桥板梁进行整体更换能够实现该路段内桥梁荷载等级一致的目标。根据更换梁的结构形式不同，可分为预应力混凝土空心板方案（方案A）和钢-混组合梁更换方案（方案B）。

4.1.1方案A

依据2008交通部桥梁上部结构通用图，对预应力混凝土空心板梁截面予以调整。空心板结构高度保持不变，即梁高保持85 cm，腹板厚度调整为14 cm，底板调整为12 cm，并对板端进行封头处理。同时，为了增强桥面的整体性，设计增大了铰缝尺寸，即采用目前国内空心板梁铰缝常规做法，预应力混凝土空心板构造见图4。

图4　方案A空心板构造示意图（单位：mm）

4.1.2方案B

为有效降低桥梁上部结构恒载，方案B将原空心板调整为钢-混组合梁［3］，改造后的截面构造见图5。

图5　方案B钢-混组合梁构造示意图（单位：mm）

4.1.3两种换梁方案优缺点分析

若采用整体换梁方案，方案A相对于方案B在经济方面存在明显优势，但是上部结构调整造成的恒载增加对下部结构存在不利影响。表2对比了现状、不换梁直接提载、换梁提载3种状态，其中换梁提载考虑更换方案A和方案B两种上部结构。可以看出，相较于原设计，采用调整后空心板梁恒载增加26%，根据原设计盖梁计算结果，需对盖梁结构进行加固，并对原有桩基的承载力进行检测、分析，由此带来的不可控制因素较多，难度较大。

使用组合梁恒载将减少19%，能够同时实现荷载等级提升和降低上部结构反力的目标。

4.2增大梁端截面加固方案

该桥主要是因为梁端抗剪承载力不足导致腹板产生较多的斜向裂缝，可以采用增大截面法提高空心板梁抗剪承载能力。

表2　不同状态荷载信息统计表

4.2.1方案实施步骤

增大截面法加固方案具体施工流程如下：

（1）凿除桥面铺装层，在空心板端部顶板开2个40 cm×40 cm孔，人工对空心板内壁凿毛处理，并在顶板、底板钻孔，从底板向上穿入U形钢筋、纵向钢筋，并在距离端部1.6 m处设堵头模板，浇注C40微膨胀混凝土至板顶面；

（2）重做桥面铺装层、桥面连续和伸缩缝，U形钢筋须穿过桥面钢筋网，然后向内侧弯折并焊接形成闭合钢筋。桥面铺装混凝土现浇层厚度7 cm，钢筋网直径10 mm，间距10 cm×10 cm；

（3）边板首先采用封闭或灌胶方法修补裂缝，然后采用宽100 mm，厚2 mm的碳纤维板材进行加固，拉伸强度2 800 MPa，极限延伸率＞1.7%；

（4）与路基顺接的桥梁应注意设置高差过渡段。

加固后断面和立面分别见图6、图7。

图6　加固后梁断面图（单位：mm）

图7　加固后立面图（单位：mm）

由于增大截面加固法不改变原桥结构形式，加固后其增加的荷载效应为新增截面的自重效应，增加的结构抗力为新增截面的抗力。加固后空心板结构抗剪承载力验算见表3。

表3　20 m跨空心板加固后抗剪承载能力验算表

由表3可知，加固后边板支点处截面抗剪强度为898 kN＞456 kN，不考虑板梁开裂区域混凝土抗剪承载力，板梁端部抗剪承载力满足要求。

4.2.2方案优缺点分析

该方案在处理空心板梁抗剪不足方面有明显优势，主要表现在不改变支座位置、受力明确、造价较低。但是该方法的实施同样会导致上部结构传递至盖梁的支座反力提高。经计算，使用该方案加固后上部结构传递至盖梁的支座反力将提高13%，经验算，原基础承载力设计能满足恒载增加部分产生的附加荷载。

4.3方案比选

2种加固方案中，换梁方案考虑将PC空心板更换为钢-混组合梁；加固方案通过植筋以及增加梁端截面提高主梁的抗剪承载力，两者的对比分析见表4。

表4　方案比选表

整体换梁方案能够彻底解决所有病害并且提高荷载等级，具有无可替代的优势。此外，由于使用了轻质的钢-混组合梁，工期大为缩短，但该方案的建安费较高且对交通影响大。梁端加固方案不能完全解决荷载等级问题，但能满足现阶段通行需求，且对交通影响较小，造价低，经济效益明显，为推荐方法。

5　结论

公路旧桥在使用过程中不能满足新的荷载等级要求，需要对公路旧桥进行加固提载，通过方案比选得出以下结论：

（1）旧桥改造过程中，使用轻质高强的上部结构能够为提升荷载等级创造条件。

（2）预制拼装工艺的使用能够有效地缩短施工工期。

（3）相对于局部加固补强，换梁方案能够彻底解决所有病害并且提高荷载等级。

（4）对于交通繁忙的大动脉高速桥梁，不同施工方案比选过程中应综合考虑施工本身对交通的影响、施工工期及建安费用等综合社会效益。

参考文献

［1］鲍旭初，孙文智，李海光，等． 20 m跨径后张法宽幅空心板［2］单梁抗剪破坏性试验研究［J］． 公路交通科技：应用技术版，［2］2012（6）：61-63.

［2］邵吉林，张东东． 20 m预制宽幅预应力空心板连续端部裂［2］缝分析及处理［J］．公路 2010（9）：129-131.

［3］刘自明，王邦楣．桥梁工程检测手册［M］．北京：2002.

［4］蒙云，卢波．桥梁加固与改造［M］．北京：人民交通出版社，［2］2004.

［5］刘玉擎．组合结构桥梁［M］．北京：人民交通出版社，2005.

［6］廖朝华．墩台与基础（第二版）［M］．北京：人民交通出版社，［2］2013.

Comparison and Selection of Reinforcement Scheme for Hollow Slab Beam Bridge

Yi Shiqun， Yang Hanlei
（Yunnan Highway Development & Investment Co.， Ltd.， Dali 671000， China）

Abstract:With the development of modern traffic， the highway bridges can not meet the increasing demand for the use and appears different degrees of disease. In this paper， taking Yunnan Chuda expressway as an example， diseases characteristics in hollow slab beam bridge are discussed， treatment schemes of girder replacement intergrally and beam-end reinforcement are compared and selected from aspects of technology， economy and construction， and beam-end reinforcement is proposed.

Key words:hollow slab beam bridge； inclined crack； reinforcement scheme

中图分类号：U445.7+2

文献标识码：A

文章编号：1672–9889（2016）03–0062–03

收稿日期：（2016-03-09）

作者简介：易世群（1973-），女，重庆人，工程师，主要从事高速公路养护技术与评价工作。