在役桥梁加固改造设计

2021-10-16王彬

山东交通科技 2021年4期

王彬

（山东高速工程检测有限公司，山东济南 250002）

引言

在役桥梁运营过程中，会出现结构性病害和耐久性病害，而且随着交通量不断提升，有时需要提高桥梁的荷载等级，以上两种情况均需对桥梁进行加固或改造[1]。桥梁加固和改造设计与新建桥梁设计存在不同，有其自身特点，需先分析现有桥梁的病害特点及现有承载能力，在此基础上方可进行设计，有更大的限制性。主要对中小桥梁加固改造设计过程中遇到的注意事项进行总结。

1 加固设计荷载等级

（1）单个桥梁由于年久失修而不满足荷载通行要求需要加固时，可按照原设计荷载进行加固。（2）整条线路道路等级提升，在役桥梁需改建，以满足新的荷载要求。此为最低要求，实际桥梁加固前还应查看桥梁所在区域交通情况，如交通繁忙且超载较多时，应适当提高富裕度。在考虑安全与经济平衡时，材料成本占比较小，后期加固或改建过程中，施工措施费、社会环境和交通成本会随社会发展进一步提升，应在合理范围内提高安全度，同时要考虑全桥安全等级的协调。

明确荷载等级时需考虑桥梁的现有状况。《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）实施后，现有桥梁上部结构的抗剪能力及下部结构承载能力不能满足新的荷载要求。遇到道路等级提升，大量技术状况良好的桥梁因无法对其加固而拆除重建，造成社会财富浪费。对于技术状况良好的桥梁，且名义荷载等级未提升（如采用《公路桥涵设计通过规范》（JTG D60—2004）设计的公路I 级桥梁，改造后桥梁荷载还是公路I 级）时，应尽量利用现有桥梁，甚至可暂时不加固，后期运营中出现病害后再进行针对性维修。

2 加固设计前需分析病害原因

目前加固设计一般依据桥梁检测报告，但检测单位水平参差不齐，故加固设计前需勘察现场以确定桥梁的实际病害，甚至针对特殊病害要求检测单位补充专项检测。

检测单位与加固设计对桥梁关注点不完全一致。如某分幅桥梁，分幅处现状为镂空，为拓宽道路需将镂空处增设板梁，按检测单位测量数据，镂空处净宽1.2 m，实际吊装板梁时发现板梁为矩形，镂空形状为梯形，但肉眼无法分辨，而造成返工。类似问题还有老桥相关高程或高度测量，对于检测单位该数据不重要或者测量较粗糙，但对于设计单位该数据将决定桥面线形是否平顺。

2.1 病害分析案例1

上海某桥为一座南北走向的单跨简支预应力混凝土小箱梁桥，桥梁全长为28.6 m，单跨跨径为23.0 m，为正交桥梁。下部结构采用重力式桥台，桥面总宽为32.0 m，两端桥台处桥面均设型钢伸缩装置。桥面铺装采用0.09 m 沥青混凝土铺装层+0.08 m钢筋混凝土铺装层，桥面两侧采用混凝土花板栏杆。

经检测发现，南端桥台与接坡范围存在明显高差（接坡较桥台台背顶面高）：（1）存在高差的范围。横向范围为机动车道、非机动车道及机非分隔带，纵向范围为距南桥台台背后缘约12 m 范围内。目前该范围内除机非分隔带外均有明显的翻修痕迹，见图1。（2）高差量为53 ～119 mm，最大高差位于东侧非机动车道近机非分隔带处，见图2。

图1 南端桥头接坡路面

图2 南端桥台接坡路面与桥台间存在高差

病害产生可能有两种原因：（1）桥梁桥台承载能力不足，桥台下沉。（2）台后填土隆起导致高差。

根据最终综合病害检查及标高测量结果，确认该桥南端桥台相对北端桥台未发生明显相对沉降，但南端桥台产生了较为明显的纵向水平位移及横向水平变位（两边幅桥台）。这是由于南端桥台位于原旧河道中，施工时台后填料中存在大量的吸水膨胀性填料，填料吸水后向四周及上方膨胀，见图3。导致南端桥台纵向向跨中方向、两边幅桥台横向向远离桥梁中心线的方向发生水平变位，同时导致接坡（含桥头搭板）向上隆起；南端桥台向跨中方向变位后，桥台台背与主梁梁端顶死，导致桥台背墙正面、桥台两侧面斜向开裂；支座下端随桥台向跨中方向变位，导致两端桥台大部分支座产生剪切变形，其中南端桥台部分支座因变形量过大而严重开裂。

图3 桥台台后填土中膨胀填料向周围挤压桥台

若判断桥台处高差由基础沉降引起将导致不同的维修方案。综上，该桥维修方案为台后填土挖除后换填。

2.2 病害分析案例2

上海青浦区某桥梁为一座东西走向的三跨简支混凝土空心板梁桥，跨径组合为：13.0 m+20.0 m+13.0 m。桥面总宽为16.6 m，上部结构每跨均由14片空心板梁组成，下部结构采用浆砌块石重力式桥台，桩柱式桥墩，桥面采用钢筋混凝土铺装，桥台处设型钢伸缩装置，桥墩处桥面连续，目前两端桥头设有“15 t”的限载标志牌，交通状况一般。

检查病害：（1）0#和3#桥台浆砌块石台身水平向开裂，其中3#桥台裂缝延伸至桥台侧面，见图4。（2）0#桥台南侧及3#桥台北侧台背挤压开裂，见图5。（3）3#桥台北侧人行道台背顶面斜向开裂，见图6。三处病害相互关联，为桥台台背与梁端挤压所致。维修方案为凿除两端桥台台背重新浇筑，保留部分台背钢筋，重新绑扎钢筋后，采用C40 混凝土浇筑，主梁与桥台台背间保留足够间隙满足主梁的伸缩。

图4 3#桥台台身浆砌块石水平向开裂

图5 3#桥台台背北侧面开裂

图6 北侧人行道台背顶面开裂

该加固改造方案需要设计单位动态设计。施工时，先挖除人行道桥台附近面砖并清理至板梁顶面，由设计院现场确认梁板与台背顶死范围，根据顶死范围确定台背凿除重筑长度。根据图6 的台背顶开裂方向，可判断梁端与靠车行道侧台背顶死，故先从该处开挖以判断顶死区域，如开裂斜裂缝方向与图6 方向相反，则应从人行道外侧局部开挖或凿除台背以确定台背与梁端顶死区域。

3 板梁间铰缝维修

目前，上海大量在役板梁桥病害主要为铰缝受损导致的横向整体性降低的相关病害。（1）桥面对应铰缝处出现纵缝甚至碎裂带。（2）铰缝渗水。若桥面有纵缝且对应纵缝处梁间勾缝伴通长渗水，说明板梁间剪力铰已受损，则应对铰缝进行维修加固［2］。

铰缝维修时需凿除桥面部分混凝土铺装，补种剪力筋，修复梁间损坏的剪力铰，然后用C40钢纤维混凝土重筑桥面铺装，适当增加桥面混凝土铺装层的配筋量，恢复板梁间的横向联系，在凿除桥面铺装混凝土过程中特别要注意对主梁的保护，在浇筑桥面铺装混凝土前务必将板梁顶面做凿毛处理。

铰缝维修注意事项：（1）钢筋网片定位准确，钢筋要与混凝土完全包裹，特别是底部钢筋需防止钢筋位于新老结合面上导致整体性差。（2）新、老铺装结合界面处理（强力清扫、加剪力钢筋）。（3）铺装层还有防水功能，需明确采用防水混凝土及相应的防水等级。（4）植筋胶要防止焊接时失效，要注意距离、焊接方法及降温。（5）凿除老桥铺装时，注意避免凿伤板梁，且采取措施避免边梁倾覆。

4 其他注意事项［3］

（1）黏贴碳纤维布不宜整块板满贴，如有气泡很难挤出，后期碳纤维布易从气泡处脱落。碳纤维布不能贴在疏松混凝土表面，需打磨至坚硬混凝土层；板梁底有渗水时，需先钻孔泄水，待水流尽后方可黏贴碳纤维布，且钻孔部位不宜黏贴，以保持后续泄水通道。（2）板梁抗剪加固方法选择时，若经检算抗剪承载力相差不多，可采用黏贴钢板加固，若相差较多，需采用加大截面方法加固。（3）墩台不均匀沉降导致的病害，若病害不严重，可加强监测，待沉降稳定后加固为宜。（4）设计要明确养护时间、加固时是否容许桥面通行。（5）桥梁锈蚀破损部位因为新、老混凝土电位差原因钢筋较其他部位更容易生锈，宜使用阻锈剂。（6）新、老混凝土结合面需加强处理，有条件时可采用界面胶。