危桥改建工程建设方案研究

欧阳国荣

(腾冲市地方公路管理段,云南 保山 679100)

1 工程概况

白沙河桥梁全长40.5 m,跨径组成为3×11 m,桥面全宽7 m,行车道宽度为6 m;该桥斜交角为90°,与路线夹角为90°,桥梁形式为双曲拱桥,在主拱圈拱肋与拱波结合位置出现纵向裂缝,钢筋露出严重,纵向拱肋箍筋部分因锈蚀发生断开情况,纵向拱肋与横向联系出现明显的孔洞现象,拱肋及拱背出现径向开裂;在河床位置堆积大量淤泥,纵横向多条裂缝发生在桥面位置。因此,项目新建一座全长36.88 m,跨径为2×16 m的预应力空心板桥,桥面全宽8.5 m,净宽7.5 m,桥位斜交角为15°,桥梁设计荷载等级取公路-Ⅱ级。桥梁上部结构采用2×16 m预应力空心板,下部结构则采用桩基础形式。

2 老桥现状及技术状况评价

2.1 老桥现状

白沙河桥现状老桥部分钢筋出现严重的锈蚀变质情况,混凝土强度严重降低。且该段道路车辆超载情况严重,桥梁长期处于超负荷运营状态,桥梁相关构件的破损情况被进一步加剧。桥梁的主要承重构件损坏情况极为严重,同时路面暴露出大量的上下贯通的纵横向裂缝,其中大部分裂缝均为无灰尘氧化及青苔的新鲜裂缝,并且裂缝呈现出极为显著的发展态势,桥梁垮塌的风险随时可能出现,必须及时实施交通封闭管理,严禁车辆上桥。通过观察现场混凝土结构掉落后的界面现状,发现该结构设计钢筋较细且植筋数量较少,同时有较小的矢跨比,在少筋的情况下,如果超过结构承载能力极限,极有可能出现瞬间的结构破坏,存在十分巨大的风险。对桥梁的总体技术状况等级进行评价,属于五类桥等级,根据养护技术要求,必须拆除老桥并新建桥梁。

2.2 技术状况评定

在主拱圈拱肋与拱波结合位置有纵向裂缝出现,钢筋也出现严重的露出,受锈蚀影响,纵向拱肋箍筋出现部分断开情况,在纵向拱肋与横向联系处产生明显的孔洞问题,桥梁拱肋和拱背产生径向的开裂问题;河床大量堆积有淤泥,在桥面位置有较多的纵向和横向的裂缝产生。综合来看,上述老桥现状缺陷使得桥梁功能的正常使用受到严重影响。从该桥全面检测的结果来看,依据《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004)的要求评定该桥梁的总体技术状况等级,确定全桥结构技术状况综合评分Dr=35.92,等级应属于五类桥;根据桥梁养护技术要求,需拆除并重建桥梁,并及时封闭桥梁,禁止车辆通行。表1为桥梁各构件的评定分值。

表1 桥梁技术状况评定表

根据表1结果可得,该老桥上部结构评级属于5类,桥梁下部结构评级属于4类,老桥桥面系评级属于5类,桥梁总体评级属于5类。

3 改建方案比选

依据现场踏勘情况和桥梁检测评定结果,原老桥上部结构技术状况评级属于5类,桥梁下部结构属于4类,老桥桥面系属于5类,桥梁总体技术状况评级属于5类,老桥存在大量的整体结构病害,并且桥梁原设计荷载仅满足汽-13,拖-60标准,桥梁主拱圈拱肋与拱波结合位置出现纵向裂缝是桥台的主要病害。基于以上问题,针对老桥改建提出两项改建方案如下:

方案A:在原桥位的基础上,评估并确定桥型的选择,采用后张法预应力混凝土空心板作为桥梁上部结构,桥梁跨径为2×16 m,设计长度为36.88 m,桥面宽8.5 m,其中行车道宽为7.5 m,斜交角为15°,采用公路-Ⅱ级作为桥梁设计荷载等级;采用桩基础作为下部结构形式,在与未来交通量增长需求相适应的同时,还确保了行人和车辆的通行顺畅及安全,并且后张法预应力混凝土空心板具有构造简单、工艺成熟的特点,大部分施工单位均有相应的操作经验,其施工通过工厂化预制再现场装配,具有简单方便快捷的优点,有利于在降低成本的同时控制质量。此外,后张法预应力混凝土空心板体积小、重量轻且吊装方便,且较低的建筑高度也使得其能避免填土高度影响,制造和架设方便,能使劳动强度得到有效降低,使施工进度能加速推进,并使施工质量及安全得以保障。

方案B:对老桥进行部分拆除,并对部分结构进行重建,改造部分采用跨径为3×13 m的钢筋混凝土T型梁,台帽采用C30钢筋混凝土结构,T梁通过四氟滑板橡胶支座+支座垫石的方式与台帽之间进行连接,并采用四氟滑板支座(GYZF4375 mm×72 mm);桥面铺装重新采用沥青混凝土(4 cm)+水泥混凝土(12 cm)结构,并对原桥面加宽部分的铺装进行保留;在对原加宽部分横向伸缩缝进行保留的基础上,新设桥梁横向伸缩缝(GQF-C20);对原桥纵向缝进行拆除,并重新做成TST纵向缝;对桥头搭板进行重新制作,并设置6.0 m的搭板长度;在改造部分新设防撞墙,并采用SB级的防撞墙安全等级。桥梁改造部分的设计荷载采用公路-I级的车辆荷载等级,并通过验算,验证得到桥台扩大基础地基承载力能够符合该荷载标准。

对比分析上述两个方案可得。

(1)在整体性方面,T梁不如空心板有优势;(2)由于上部桥面标高受限,考虑建筑高度为1.3 m,采用T梁的方案B需对部分桥台前墙进行拆除,此外在施工难度上,T梁大于空心板,因此方案A相比方案B,在施工难易程度上要更有优势;(3)考虑建安费方面,方案A相比方案B要略高一些,然而在结构整体性和一致性方面,方案B都远不如方案A,并且在施工难度方面,方案A相比方案B要更易于施工,因此,在造价相近的条件下,桥梁改造的推荐方案优先选择方案A。

4 改建方案设计要点

该桥梁设计项目为老桥拆除重修,桥梁平面线位为直线段,中心桩号为K35+650,桥两岸道路为不同高程,桥梁纵坡设计为0.2%,与原道路形成顺接。

该桥为简支梁结构,设计采用部分预应力混凝土A类构件。桥面C50混凝土整体化现浇层厚度180 mm,计入其中75 mm分析结构受力。采用不同的软件分析结构受力,分析比较按铰接板、刚接板法两种计算方法分别得到的荷载横向分配系数,并取其中较大值作为设计控制。具体设计参数如下。

三是积极培育内部人才市场，完善人才内部流动机制。逐步建立分区域、分板块，有形和无形市场相结合的人才市场体系，不断完善市场功能，扩大信息量，增加覆盖面，进一步疏通三支队伍之间、板块之间、企业之间的人才流动渠道，促进人才系统内部合理流动，减少人才流失。

预应力钢绞线:弹性模量Ep=1.95×105MPa,松驰系数ζ=0.3。

(2)锚具:锚具变形、钢筋回缩取6 mm(一端)。

(3)混凝土:弹性模量Ec=3.45×104MPa,重力密度γ=26.0 kN/m3。

(4)管道摩擦系数:u=0.25。

(5)管道偏差系数:k=0.0015。

(6)竖向梯度温度效应:梯度温度的取值以防水混凝土铺装层和整体化混凝土现浇层(含水泥混凝土铺装)为影响因素进行考虑,并参照现行规范要求确定。

(7)年平均相对湿度:70%～99%。

表2 单片梁梁端支点最大反力

5 改建桥梁施工要点

5.1 预制空心板

在对空心板进行预制时,在整体式路基外边梁端部位置预留100 mm暂不预制,待浇筑外包护栏时一起浇筑,但钢筋需保留伸出不得截断。施工过程中,需确保预应力孔道与钢筋位置准确,保证锚垫板垂直于预应力束,且垫板中心与管道中心相对准。采用圆曲线作为钢绞线弯折处的过渡形式,并确保管道平顺,定位钢筋在曲线部分每组间隔设置为400 mm、在直线部分每组间隔设置为800 mm。在空心板混凝土浇筑前,钢筋及预埋件均需依照设计图纸进行预埋处理,同时,伸缩缝、桥面系、支座、护栏和其它相关附属构造的预埋件的施工,也都必须以相关图纸为依据,并在确定预埋件均准确安装后才能对预制空心板混凝土进行浇筑;护栏钢筋预埋位置必须处于顶板中;且需一同对预制空心板混凝土和支座处板底混凝土楔形块进行浇筑。考虑预制空心板底板、顶板及腹板厚度较小,应对骨料粒径进行合理选择,同时做好配合比试验;距梁端2 m位置、锚固区及管道密集部位,需对混凝土的振捣和养生进行严格控制,使混凝土质量得到保证。为避免预制板上拱过大现象,以及受龄期不同所导致的预制板与整体化层之间收缩差过大,宜将存梁期控制在90 d以内,当累计上拱值比计算值超出10 mm时,必须采取措施对其进行控制。表3为不同存梁期计算上拱值。

表3 存梁期上拱值及反预拱值设置表

为防止相同跨中位置的各板上拱值差异过大,各板的混凝土浇筑时间差、终张拉时混凝土龄期差不宜超过10 d。空心板板体混凝土的浇筑工艺应做到连续浇筑、一次成形。浇筑一片预制板的总时间宜控制在6 h以内。在预制板混凝土拌和物入模前,其含气量应控制在3.0%～4.5%,入模温度宜控制在5～30 ℃,钢筋及模板温度宜控制在5～35 ℃。

在浇筑预制板混凝土时,标准养护和施工用混凝土强度、弹性模量试件需通过随机取样制得,并且应分别取样构件不同部位。施工试件的振动成型与养护应与板体一同开展,或在相同条件下进行,并依照标准养护对28 d标准试件进行办理。在完成板体混凝土的振捣浇筑后,梁顶用木抹子抹光,并在初凝前进行二次收浆并拉毛处理。

拆模时,梁体混凝土表层与芯部、表层与环境温度差均宜控制在15 ℃以内,拆模不宜在温差变化较大时进行。此外,还需避免在环境因素(如曝晒、气温聚降等)的影响下,混凝土表面温度变化剧烈的现象。拆模后,预制梁的养护要求对自动喷淋养护措施进行安装,并对其由梁顶至梁底部分全部用土工布覆盖,确保其湿度及温度达标。预制梁的保湿养护期应不少于14 d。

采用预应力钢束张拉空心板混凝土,必须在其达到85%的设计强度及弹性模量后,同时混凝土龄期在7 d及以上时才能进行。

应通过张拉力与引伸量对施加预应力进行双向控制。预制梁内正弯矩钢束锚下张拉控制应力为0.75fpk=1 395 MPa,预应力张拉时还应将钢束与锚圈口间的摩擦损失考虑在内,锚口摩阻损失暂按3%计,即钢束锚外张拉控制应力为1 437 MPa,具体的锚口摩阻损失的数值应由试验确定,或采用厂家及施工单位的多年经验数据,无论何种情况下,锚外张拉控制应力都不得大于0.8fpk。在预应力施加过程中,应使两端的伸长量始终保持基本一致,两端伸长量差值不宜大于5%。当预应力钢束张拉达到设计张拉力时,应将实际引伸量值与理论引伸量值的误差控制在±6%以内。应排除钢束的非弹性变形影响实际引伸量值的部分。各钢束终张拉引伸量(两端之和)分别为110 mm、109 mm。

要确保钢绞线束充浆完全,需对进浆口进行封闭处理,不得移动或打开所有盖子、塞子或气门直至水泥浆凝固。水泥浆强度达到40 MPa后,才能吊装空心板。

5.2 空心板安装

设置永久支座并逐孔安装。在预制板运输、起吊时,需采取有效措施使空心板侧向稳定得到保证,架设后及时连接铰缝钢筋。

应将铰缝面凿毛成凹凸不小于6 mm的粗糙面。铰缝混凝土浇筑过程中,对表面进行润湿并座浆处理,从而确保新旧混凝土结合情况良好。底缝灌填M15砂浆,至底缝砂浆强度达到80%以上后再施作铰缝混凝土浇筑。空心板就位后应及时通过铰缝钢筋实现连接,应准确定位绑扎、安装钢筋,定位连接筋应借助钢筋定位辅助措施实现。铰缝混凝土应和桥面整体化层混凝土一同完成浇筑。应用振动器对混凝土进行振捣,在完成混凝土振捣浇注后,通过木抹子对板顶进行抹光,在初凝前进行二次收浆并拉毛处理。通过设吊孔穿束兜托梁底的方法进行吊装,吊装预留孔的设置遵照设计要求,可采用PVC管作为吊装预留孔。必须在板侧面、底面等与捆绑钢丝绳拐角接触位置,放置胶垫或护梁铁瓦对梁板进行保护。

5.3 其他注意事项

危桥改建项目在实际施工时,首先需要对桥梁病害进行检测分析与评估鉴定,并依据评估分析结果,制定相应的加固设计方案。危桥结构加固设计包括使用功能加固、承载力加固和耐久性加固三类。其中,使用功能加固主要是对危桥原有的承载构件的截面尺寸和刚度进行改变调整,从而使实际结构使用要求得到满足;承载力加固应对不同阶段的受力特点进行充分考虑,对新加补强材料与原结构的整体工作进行关注;耐久性加固旨在避免危桥已受损结构继续恶化,因而采取有效措施对结构损伤部位进行弥补,使损伤隐患得到消除,从而保证结构可靠性得以提升。

对施工中需注意的主要问题概况如下:首先,施工前必须详细检测原桥实际状况,确保实际加固与设计图相符。施工时必须对施工荷载进行严格控制,必须避免构件受施工荷载影响产生损坏。其次,施工现场采用半幅通行时,需严格规划及管控日通行车辆数、车辆载重和通行时间,尽可能地避免改造工作与交通通行之间冲突的产生。最后,在桥梁加固过程中,必须对施工质量实行严格把控,注意对薄弱的旧混凝土进行刨除,防止施工隔层,混凝土水灰比宜控制在合适值,防止收缩裂缝出现。在新旧结构连接处,加设钢丝网,确保其形成良好的可靠联结。

6 结 语

总的来说,作为交通事业发展中的一项重要工作,危桥改建能在保障交通安全的同时,也能有效地提升道路的通行效率。危桥改建应与项目所处地理特性与原桥梁设计特点相结合,以减少对周边环境的影响以及与旧路相衔接为基本原则,确保桥位设计方案合理可行;除此之外,仍应注重桥型选取的正确性,针对桥梁的各个设计要素如上部结构、跨径、下部结构、桥台和基础,都确保制定的改建方案科学合理。改建方案还应保证施工能够顺利开展,并使桥梁的重新投入利用得以尽快实现,同时还应注意对施工注意事项进行详尽说明,确保桥梁质量良好以及桥梁使用寿命得以延长。