拟利用预应力混凝土空心板梁前期工作流程研究

丁印成

（哈尔滨市市政工程设计院，黑龙江 哈尔滨150070）

0 引言

随着我国城市化进程的不断推进，城市桥梁等交通基础设施建设过程中，由于桥梁结构不能满足城市交通的需要等原因，出现了对既有服役桥梁进行“拆旧建新”的改扩建工程。而这些面临拆除的桥梁结构正处在结构性能良好的服役状态，全面拆除废弃不但会造成严重的资金浪费、而且将会产生大量的建筑垃圾，对环境产生不利影响。为了贯彻“安全、实用、绿色、节约”的指导原则要求，需要对可利用的结构构件进行利用，而在桥梁结构构件利用之前，需要对结构构件进行全面的检测、评价和利用方案研究工作，并进行全面的技术经济比选工作，形成科学、客观的技术咨询意见，供工程项目决策使用，以达到预期效果。

本文以某城市高架桥项目的在役上部预应力混凝土板梁结构的再利用问题为项目依托，介绍在板梁再利用的前期论证工作流程以及考虑的技术因素，希望对类似工程实践提供参考。

1 项目概况

某城市高架桥2000 年建成，桥梁总宽度为25.6 m，双向六车道标准，设计荷载采用汽- 超20，挂车-120。上部结构采用先张法预应力混凝土简支板梁，梁长22 m，梁高0.95 m，梁宽度1.52 m，混凝土标号为40 号，普通钢筋采用I 级钢筋和II级钢筋，预应力钢筋采用ASTM A416-92 标准270级钢绞线，单根张拉吨位为19.6 t。桥梁标准横断见图1，板梁标准横断面见图2。

图1 桥梁标准横断面图（单位：cm）

图2 板梁标准横断面图（单位：cm）

桥梁结构计算采用的主要设计规范为《公路桥涵通用设计规范》（JTJ 021-89）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）。

桥梁上部结构经过近二十年的运营使用，据使用管理单位反馈以及现场初步踏查可知，该板梁整体受力状态良好，局部出现了板梁铰缝破损，单板受力，板梁内漏水、返碱，局部结构裂缝发展等病害现象。

准确、科学、客观地对该上部结构进行承载能力、耐久性等结构性能的检测和评估，是该板梁上部结构利用重点考虑的技术关键。

2 总体技术要求和依据

2.1 总体技术要求

（1）通过对在役桥梁的无损检测（外观缺损、板底裂缝、材料老化检查以及静力荷载试验、动力荷载测试以及桥梁结构检算等技术手段），对在役桥梁的受力状态进行总体评价。初步确定在役桥梁的总体及主要受力构件（板梁）技术状况评定等级，初步确定在役桥梁总体及主要受力构件（板梁）的承载能力水平、正常使用状态以及耐久性状态，初步确定桥梁横向协同受力的情况[1]。

（2）对拟定后续利用的主要受力构件（板梁）的现有承载能力、耐久性等技术指标进行评价。确定拟续用板梁适用的承载能力等级以及耐久性、使用年限等指标。确定改建桥梁可利用的主要受力构件（板梁）的目标承载能力标准以及正常使用、耐久性等技术要求标准[2]。

（3）对拟续用板梁构件进行全面分级评价。一是对于病害、缺损严重、再次利用成本较高的板梁构件，即不建议续用板梁，确定评价标准及其数量；二是对于病害、缺损轻微、状况相对较好，通过采取适当加固等技术手段其承载力及耐久性可以达到再次利用目标的板梁构件，确定评价标准及其数量；三是对于结构完好、可以原梁利用的板梁构件，确定评价标准及其数量。

（4）对上述第一类板梁构件，如何满足再次利用目标要求给出建议技术方案（废弃、加固利用方案），并进行施工方案、施工工期、工程经济、耐久性等方面的论述和综合比选，给出工程应用推荐方案[3]。

（5）对需要加固利用以及可原梁利用的后两类板梁构件，提出进一步利用的具体技术方案。需要确定从现有桥面拆除后，针对后两类构件承载能力水平、正常使用状态、耐久性评价的检测比例及方法。提出设计、施工技术等具体的加固利用方案建议[4]。

2.2 评估依据

评估依据为：《混凝土结构现场检测技术标准》（GB/T 50784—2013）、《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）、《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）、《城市桥梁设计规范》（CJJ 11—2011）、《工程测量规范》（GB 50026—2016）、《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ 2—2008）、《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22—2008）、《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）、《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233—2015）。

3 工作流程

3.1 第一步：技术分析，确定预期目标

收集待评估桥段拟续用板梁结构的原设计、竣工验收资料和运营、管养技术资料，根据本项目改扩建桥梁预期使用目的和结构构件的性能需求，对既有桥梁结构构件（板梁）进行结构复算，确定既有桥梁结构构件（板梁）承载能力水平，以及改扩建之后桥梁对再利用结构构件（板梁）的承载能力的要求，即确定改扩建桥梁的承载能力的技术标准。

根据桥梁所处环境以及现场结构构件（板梁）耐久性等方面的状态，确定改扩建桥梁的桥梁构件在耐久性方面的技术标准。

根据上述确定的预期目标，和掌握的初步技术资料，确定下一步工作的技术思路和方向，即，经过桥梁结构构件检测、评估工作后，提供工程技术方案，经过综合的技术经济比选工作，最终确定实施的技术方案。

3.2 第二步：结构构件检测、评估

以桥梁检测为基础，对桥梁的性能进行评估，并根据结构构件（板梁）的状态和再利用要求，对既有结构进行分级，即确定可直接利用的；需要进行简单加固处理后利用；没有利用价值废弃的结构构件。

结构构件检测、评估工作分为两个阶段实施。工作思路见图3。

3.2.1 第一阶段

完成所有拟续用板梁的变形检测、梁底裂缝检测以及外观缺损、病害缺损状况检测，对板梁材料强度、碳化深度进行抽检；完成结构自振频率测试与横向分布系数测定，将检测结果与设计技术参数对比检算，出具第一阶段初步评估报告，论证板梁续用的可行性，初步给出可续用板梁的数量，并按照可原梁续用、修复后可续用和不建议续用进行分类。

图3 检测、评估流程图

（1）结构变形检测

（2）梁底裂缝和外观缺缺损病害状况检测

（3）板梁混凝土强度检测

（4）碳化深度检测

（5）结构自振频率测试

（6）横向分布系数测定

3.2.2 第二阶段

完成梁侧及梁端外观缺损、病害、裂缝缺损状况检测；完成板梁材性检测和耐久性参数检测，完成板梁承载力静载试验，并与竣工、管养资料对比，复核验证第一阶段的检测结果，分别确定可原梁续用、修复后可续用板梁的数量和编号，并给出可续用板梁的修复加固方案，综合比选施工方案、施工工期、工程经济、耐久性、全寿命周期等因素，为板梁后续使用提供建议，出具最终的检测评定及研究报告。

（1）梁侧、梁端裂缝和缺损状况检测

（2）板梁材性检测

（3）构件耐久性参数检测

3.3 结构检测、评估形成的技术成果

3.3.1 第一阶段

（1）574 片板梁变形，梁底开裂、缺损状况检测评估结果；

（2）板梁混凝土强度、碳化深度检测评估结果；

（3）结构自振频率测试结果；

（4）桥梁荷载横向分布系数；

（5）板梁续用的可行性分析，初步给出板梁分级（可原梁续用、修复后可续用和不建议续用）评估结果和评估依据；

（6）编制第一阶段评估报告。

3.3.2 第二阶段

在第一阶段评估结果的基础上，给出如下成果。

（1）板梁开裂、缺损状况综合评估结果；

（2）板梁混凝土强度复核和钢筋、钢绞线材性检测评估结果；

（3）板梁保护层厚度、钢筋分布、钢筋锈蚀、氯离子等耐久性参数检测评估结果；

（4）板梁静载试验，板梁设计承载力检算，极限承载力评估结果；

（5）根据两阶段评估结果，对板梁结构进行分级评价。分类确定不建议续用板梁的数量与评估标准，修复后可续用板梁的数量与评估标准以及加固技术手段，可原梁续用的板梁的数量与评估标准；

（6）最终评估报告。

4 形成可执行的技术方案

根据评定结果中第一类（不建议续用）和第二类（修复后续用）板梁的数量和状况，开展修复加固方案研究。

针对第一类板梁，按照如何满足再次利用目标要求给出建议技术方案（废弃、加固利用方案），并进行施工方案、施工工期、工程经济、耐久性等方面的论述和综合比选，给出推荐方案。

针对第二类板梁，按照再次利用目标，综合对比不同加固修复技术的优缺点，给出加固修复技术方案建议。

针对两类板梁的加固修复技术方案，各选取3片板梁进行静载试验，确定其实际承载力，验证所建议的加固修复技术方案。

5 结 语

既有桥梁改扩建工程涉及的工程技术问题较为复杂，同时伴随着数目巨大的资金投入，社会关注度很高。所以，在对既有桥梁进行改扩建工作过程中，应该进行全面细致的资料收集、标准制定、方案研究、结构检测、评估、征求意见等前期技术工作。得出科学、客观、可靠的技术经济咨询方案以及可实施工程实施方案，确保改扩建之后的桥梁正常安全运营使用和预期使用寿命，提高工程投资效率，避免工程投资浪费，达到预期的“安全、实用、绿色、节约”的目标原则要求。

藉此希望，工程管理人员和工程技术人员能够对桥梁的改扩建问题给予更高的关注。使得类似工程在确保安全使用的基础上，更加科学、合理。