浅谈武侯立交桥匝道桥的加固整治方案设计

2017-09-15周益云

四川建筑 2017年4期

关键词：武侯立交桥匝道

周益云

(中国华西工程设计建设有限公司, 四川成都 610031)

浅谈武侯立交桥匝道桥的加固整治方案设计

周益云

(中国华西工程设计建设有限公司, 四川成都 610031)

随着我国交通运输行业的迅猛发展,大量既有桥梁由于原设计标准偏低和结构自然老化等原因，已不满足正常使用要求。部分旧桥长期超载运营，造成了结构的损伤，桥梁承载能力和耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故。如何采取有效的加固整治措施，提高此类桥梁的可靠性是现今交通工程的重要课题之一。文章以成都市三环路武侯立交A、B匝道为例，针对主要病害提出了加固设计方案，通过加固前后有限元计算结果的比较分析，为类似工程提供参考。

立交桥；匝道；病害；加固；设计；有限元分析

1 概况

1.1 工程概况

武侯立交桥位于成都市三环路西一段，为一座半互通立交桥，于2002年10月建成使用。立交桥分别由S线(三环路主桥)、C线、匝道A桥和匝道B桥组成，总体平面如图1所示，匝道分联示意如图2所示。

图1 总体平面

其中，A、B匝道分别为5联500.5 m (10.7+17.5+23+25+22+22+4×22+19+4×19+19+2×25+19+20+4×20 m)以及6联591.0 m (4×20+20+4×20+20+18+23+26+23+18+24+26+24+24+26+24+ 5×21.5+17.8 m)，如图2所示；车道净宽为7.5 m，桥梁总宽8.5 m；主桥横坡为1.5 %，最大纵坡为5 %；桥梁设计荷载为城-A级荷载。

桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁，下部结构为钢筋混凝土圆柱形墩，桥台采用桩柱式桥台，基础为挖孔灌注桩基础。

1.2 主要病害

通过对A、B匝道进行检测，以及查阅前期养护资料，分析发现该桥A、B匝道的主要病害如下：

(a)匝道A

(b)匝道B图2 匝道分联示意

(1)牛腿出现开裂、渗水，部分支座脱空、移位严重。

(2)部分伸缩缝间距增大或减小明显，止水带破环。其中，A匝道ZAD-10号墩和B匝道ZBD-18号墩处伸缩缝间距增大最为明显。

(3)主梁发生较明显横向错位。较明显的为A匝道10号墩处的伸缩缝，从成桥顶推复位后的-3 cm变为5 cm，并有较明显扭转变形。

(4)各墩的纵向垂直度介于-0.75 %～0.84 %之间，横向垂直度介于-0.99 %～0.82 %之间，有部分墩柱垂直度超出规范0.3 %的限制规定[1]。

(5)桥墩与桥面中心相对错位。

2 加固方案设计

存在的病害已影响到桥梁的运营安全，旧桥加固是目前提高桥梁使用性能的主要技术措施[2-4]。现针对武侯立交桥A、B匝道的主要病害，采取加固措施见表1。

表1 加固措施汇总

2.1相邻联之间相对横向复位

匝道相邻联之间最大横向错位为5 cm，对于相对横向变形较大的位置需进行横向相对复位。其步骤为：(1)首先在当前联各墩上设置抱箍，将千斤顶设置在曲线外侧的横桥向，并在对应位置设置限位装置；(2)用梁支座恒载反力的1 %试推，并依次均匀增加顶推力，直至移动为止；(3)使当前联在相邻联之间产生一个适当的反向横向位移即停止，并将该联未固定处理的部分墩支座进行墩梁临时固定；(4)加固施工完毕后解除临时固结。进行横向相对复位同时，对梁端间距较大或间距偏小以及止水带开裂的伸缩缝进行更换。

2.2 牛腿加固

在上盘牛腿实心段中心加墩，增加的桥墩为与已有桥墩外形协调。增加的桥墩直径取用1 020 mm的钢管混凝土，钢管采用壁厚14 mm螺旋管，里面灌注微膨胀C30小石子混凝土。

2.3 部分桥墩与梁体固结

对A匝道的ZAD-4号、ZAD-7号、ZAD-8号、ZAD-13号、ZAD-17号桥墩，B匝道的ZBD-13号、ZBD-16号、ZBD-20号、ZBD-23号、ZBD-25号桥墩采取增大截面后的墩梁固结措施，通过植筋和原结构凿毛来实现新老混凝土的结合，且由于受力和构造需要，需新增桩基和承台，并施加竖向预应力，承台处为锚固端，主梁桥面处为张拉端。

2.4 设置横向限位构造

ZAD-11号、ZBD-17号和ZBD-19号墩处曲线半径小，纵坡大，对其采取增大截面，增加桥墩刚度，在墩顶增设盖梁和挡块，并增设横向限位构造，限制梁体横向位移。将柱墩直径加大为与其桩径直径一致，以达到增加桥墩的刚度。

3 有限元分析

采用有限元计算软件[5]，选取代表性联进行加固计算分析。计算工况考虑恒荷载、汽车荷载、整体升降温20℃，按照规范考虑的温度梯度效应[6]以及1 000 d的收缩徐变。A匝道计算模型见图3，B匝道计算模型见图4。

图3 匝道A加固计算模型

图4 匝道B加固计算模型

3.1 挠度验算结果

加固前后主梁切向挠度和径向挠度分见表2、表3。从表中可以看出，加固后对挠度的限制作用比较明显。

表2 主梁径向挠度加固前后验算结果

3.2 应力验算结果

主梁应力结果见表4，对比发现，加固前后主梁应力结果变化不明显。

表4 加固前后梁体应力 MPa

3.3 抗弯承载能力与抗裂验算

本文还分别进行了A、B匝道的正截面抗弯承载能力验算、使用阶段正截面抗裂验算、斜截面抗裂验算与固结墩的抗裂验算。由于篇幅限制，未将结果列出。正截面抗弯承载能力验算的结果表明，加固前后对承载能力的影响不大。梁截面使用阶段正截面抗裂验算中，加固后裂缝发生的位置有所变化，但是裂缝宽度均没有超过限制值。此外，加固前后对斜截面主拉应力的改变较小。固结墩在使用状态的裂缝宽度也基本满足要求。