锡海线某桥加固改造总体设计

于文杰，张安静

（1.郑州航空工业管理学院 土木建筑学院，郑州450046；2.河南黄河河务局工程建设中心，郑州450001）

1 项目背景

锡海线某中桥位于G207锡海线上，桥梁中心桩号为K1349+817，上部结构为4×20m简支T梁，单跨7片梁，下部采用桩柱式墩台。桥台、桥墩均采用板式橡胶支座。桥梁总宽为8.0m，桥梁全长84.5m，设计荷载汽-20、挂-100，桥面铺装为沥青混凝土结构，桥台处采用简易伸缩装置，桥墩处连续。根据现场调查，该中桥（右幅）多处构件均有不同程度的严重损伤，在现阶段的使用中对过往车辆和行人有潜在的结构安全隐患，急需维修加固处理。

2 桥梁病害、检测及改造

2.1 桥梁病害情况

2.1.1 桥面体系病害

桥面主要病害情况如下：（1）桥面纵向裂缝，墩顶横向贯通开裂；（2）简易伸缩缝横向开裂，轻度跳车；（3）护栏混凝土老化开裂、局部断裂、外斜。

2.1.2 上部结构病害

桥梁上部结构主要病害为：（1）全桥边梁的两侧腹板下边缘严重开裂、梁体向外倾斜；（2）部分梁体混凝土破损、露筋；（3）部分横隔板下缘破损、露筋；（4）部分支座缺失、完全脱空。

2.1.3 下部结构病害

桥梁下部结构主要病害为：（1）桥台处渗水、混凝土剥落、露筋锈蚀；（2）盖梁混凝土锈涨、钢筋锈蚀、挡块挤裂。

2.2 危桥检测结果

本桥建设至今已有30余年，主梁拆除后发现盖梁新增裂缝较多，钢筋锈蚀严重，混凝土碳化深度较大，盖梁截面削弱较多。如采用加固方案，盖梁抗弯能力可以满足，但抗弯能力富余较少，抗剪能力不能满足规范要求。为保证结构安全，采用拆除原有盖梁，进行重新设计，根据相关规范和桥梁的病害情况，把该桥右幅的整体状况综合评价为5类。指出由于近年来大量超载车辆的影响致使本桥的现有桥况已很差。综合上述病害情况，为消除安全隐患，提高过往车辆的运行质量，彻底改善交通现状，保障G207锡海线的良好通行能力，提出对该桥进行加固改造。

2.3 桥梁改造的必要性

G207锡海线是国家公路网中的重要组成部分，此桥现状已不能满足通行要求，如不及时改造，不但会给交通安全留下隐患，降低、甚至阻碍G207锡海线的通行能力，也不利于桥位所在地区的经济发展；虽左半幅桥仍具备通行能力，但国道车流量大，货车较多，双向行驶在此处变为单向行驶。如废弃右半幅危桥，或者拆除新建，将形成宽路窄桥，此路段将形成咽喉地段，极易造成拥堵。综合上述情况，鉴于该桥对过往行人和车辆安全均构成严重威胁，为消除安全隐患，保证此路段正常通行及提高G207锡海线的通行能力，对其进行加固改造是十分必要的，应尽早付诸实施，保证左右幅桥梁共同承担各自单方向交通。

3 桥梁加固方案设计

3.1 加固设计原则

桥梁加固设计方案以恢复构件使用功能、一定程度上恢复承载能力、保障结构安全性和耐久性为目的【1】。本次桥梁维修加固设计遵循尽可能不损伤原结构，避免不必要的拆除及更换，防止加固中造成新的结构损伤或病害的原则，依据检测评估报告和现场核对进行设计【2】。设计中区分构件结构性病害与非结构性病害，针对非结构病害的构件维修方案以恢复使用功能和耐久性为主；针对结构性病害以及受力构件，拆除换新以保障结构安全【3】。

3.2 加固方案

根据桥梁检查结果将该桥右幅综合评定为5类危桥，结合本桥的具体病害情况，为对本桥进行加固处理，加固内容为更换桥梁主梁、墩台盖梁铆粘钢板加固。更换全桥支座，处治病害，重新浇筑铺装，设置伸缩、排水装置，重新设置护栏，提高防撞等级。具体加固内容如下：

拆除该桥（右幅）主梁，更换为20m先简支后连续预应力小箱梁；对该桥（右幅）墩台盖梁进行铆粘钢板加固；对桥面铺装进行拆除换新，铺装厚度为9cm沥青混凝土+防水层+8cm C50防水混凝土；伸缩装置拆除换新：选择能自由伸缩、满足承载和变形要求、具有良好的密水性和排水性、易于检查和养护的伸缩装置【4】；采用桥面横坡与泄水管相结合的排水措施，泄水管每4m一道，布置在桥面较低侧；按照小箱梁支座位置进行植筋现浇垫石，连续端采用GYZ350×63（CR）固定支座，桥台处采用GYZF4300×54（NR）滑动支座。护坡损坏部分，拌制砂浆重新砌筑，砌块间应砂浆饱满，黏结牢靠；除下部构造松脱、剥离等已损坏的混凝土，对锈胀的钢筋进行除锈防锈处理，然后用环氧树脂砂浆或其他高强材料予以修补。

4 结构计算

4.1 设计标准

设计荷载：更换主梁后主梁满足公路-Ⅰ级，墩台盖梁经加固后承载能力极限状态满足公路-Ⅰ级，正常使用极限状态满足汽-20、挂-100；桥面宽度：11.25m；设计洪水频率：1/100；地震动峰值加速度：0.1g。

4.2 原盖梁承载能力计算

根据JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，该桥盖梁为钢筋混凝土结构，可根据式（5.2.2.1）或式（5.2.2.2）对原盖梁抗弯承载能力进行计算，M=2 887.114kN·m。

4.3 加固方案承载力计算

该桥由于上部梁板损坏严重，已无加固利用价值，盖梁主要病害为混凝土锈胀，未见结构性病害，拟对该桥(右幅)上部梁板进行拆除换新，更换为4×20m先简支后连续小箱梁，对盖梁进行铆粘钢板增大截面加固。

对原简支T梁上部荷载进行计算，结构重要性系数1.1，考虑简支T梁、桥面铺装(按10cm计)、护栏、人行道的自重及公路一级汽车荷载。

对换新小箱梁上部荷载进行计算，结构重要性系数1.1，考虑小箱梁、桥面铺装（按17cm计）、护栏、人行道的自重及公路一级汽车荷载。

对原有T梁、换新后箱梁、盖梁抗弯承载力进行对比，结果见表1，将原上部梁板拆除替换为连续小箱梁后，墩顶负弯矩承载能力不足，需要重新加固。

表1 弯矩对比表

根据JTG/TJ 22—2008《公路桥梁加固设计规范》式（6.2.2-1）、式（6.2.2-2）、式（6.2.2-3），对盖梁铆粘钢板后承载力进行计算。原有盖梁加固前抗弯承载力2 887.1kN·m，铆粘钢板增大截面后盖梁抗弯承载力3 937.847kN·m，承载能力增加1 050.747kN·m。原有盖梁加固前抗剪承载力3 315kN，铆粘钢板增大截面后盖梁抗剪承载力3 744.3kN，盖梁抗剪承载能力增加429.3kN。盖梁加固前墩顶负弯矩2 887.1kN·m，铆粘钢板加固后顶负弯矩4 404.852kN·m，墩顶抗弯承载能力增加1 517.752kN·m。

5 结语

本项目改造方案为更换上部主梁、更换支座、处治病害、盖梁铆粘钢板加固。经计算，换梁后正弯矩组合设计值2 712kN·m，加固后盖梁正弯矩抗弯承载力3 937.8kN·m，安全系数1.452。换梁后负弯矩组合设计值3 986kN·m，加固后盖梁负弯矩抗弯承载力4 404.9kN·m，安全系数1.105，换梁后剪力组合设计值3 315kN，加固后盖梁抗剪承载力3 744.3kN，安全系数1.13，重新浇筑铺装，设置伸缩、排水装置；重新设置护栏，提高防撞等级，更换主梁后主梁设计荷载为公路-Ⅰ级，墩台盖梁经加固后承载能力极限状态满足公路-Ⅰ级荷载标准，正常使用极限状态满足汽-20、挂-100荷载标准。本方案从经济性、施工难易度和构造物的实用性上来说都是合理的。