江西省公路舊橋加固技術研究與實踐
發布時間：2010-01-14 共4頁
3、贛州西河大橋（鋼纖維砼加固負彎矩區、雙懸臂梁橋）
3.1 西河大橋概況
贛州市西河大橋位于市區內，跨越章江，為該市聯絡東西城區及由105國道進入市區的跨江通道。該橋橋長256.2m，為9孔雙懸臂鋼筋砼梁橋，孔徑為12.6+7×33+12.6m.懸臂孔掛梁計算跨徑為14m.原設計荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈-7+2×1.5m人行道。該橋于1955年按蘇聯標準圖并參照洛河橋施工圖設計，1956年建成通車。
由于大橋建成后交通量日益增多，汽車載重愈來愈大，致使該橋已在主梁正、負彎矩區、牛腿上出現眾多裂縫，橋面鋪裝及伸縮縫亦出現破碎及其它損壞現象。由于該橋病害嚴重，故被禁止稍重車輛通過。1992年以來，贛州公路分局曾先后三次組織對該橋進行檢查，拍攝錄像。1993年在對大橋進行加固設計前，亦進行了較全面細致的檢查。
3.2 大橋病害檢查情況
西河大橋病害主要表現在：
（1）主梁裂縫及主梁變形
主梁裂縫主要發生在錨跨中部（正彎矩區）梁的下緣及懸臂梁根部（負彎矩區）上緣，后者大都貫穿整個車行道翼板。各裂縫寬約在0.1～0.5mm之間。此類裂縫顯然是由于大量重車通過使梁的受拉區開裂，屬正常現象。但由于負變矩區裂縫在上面，雨水易從裂縫滲入梁內，引起鋼筋銹蝕及砼強度降低。
主梁永久性變形嚴重，從橋欄桿柱變化，可明顯看到這種波浪起伏狀態，墩臺處與墩中橋面高差大者已達6cm左右。
（2）牛腿裂縫
牛腿裂縫大都發生在懸臂孔贛州方向的主梁牛腿上。裂縫大者達21mm之多，為支座附近豎直裂縫。第七孔處下水南昌方向牛腿砼在支座處脫落一塊，支座鋼板外移，鋼筋外露，支撐其上掛梁，銹蝕嚴重。掛梁上牛腿裂縫較少，大多是（嵌固端）轉角處斜裂縫或豎向裂縫。
在后來鑿開牛腿原砼時，發現由于鋼筋較密，砼有澆筑不實之處，有空洞存在。
（3）橋面及伸縮縫
橋面呈波浪狀。橋面鋪裝層裂縫及破碎現象甚為嚴重，在墩頂處及掛孔牛腿上伸縮縫處裂縫尤其發達，以致破碎脫落。究其原因，可能是因橋面鋪裝層下是較軟的油毛氈防水層，在重車及沖擊荷載作用下易產生這種破裂現象。
懸臂孔上伸縮縫全部破壞，縫壁破碎。
3.3 西河大橋加固方案
在進行加固前靜載試驗的同時，我們也進行了對該橋主要部件結構強度的驗算。計算表明，對該橋單純采取修補的方法，只能恢復到滿足汽—10荷載的要求，而不能滿足汽—20荷載運行的要求。
按容許應力法計算，懸臂孔支點截面受壓區砼最大應力達13.5Mpa，超出實際砼容許壓應力值；而按承載能力極限狀態計算，跨中截面正截面強度不足，梁所能承受之最大彎矩為11839.87KN.m，不能滿足所需承受的彎矩13184.81KN.m.根據現場檢查、試驗及計算分析資料，要使西河大橋通過加固達到承受汽—20、掛—100荷載等級的要求，就必須對主掛梁牛腿、主梁及其上橋面鋪裝進行加固補強，并對牛腿支座及伸縮縫加以改造。
3.3.1 懸臂孔主梁及掛梁牛腿的加固
（1）經計算，牛腿最弱截面為θ=28.86°或θ=41.19°（不計H）的斜截面，按偏心受拉構件驗算，拉應力分別為2.0及2.2Mpa，按對牛腿截面尺寸能否符合裂縫控制要求驗算，發現牛腿截面尺寸不足，公式Fvk≤β（1－0.5（Fhk/Fvk））（ftk/（0.5+a/ho））中系數β需≥1.39方能滿足，而承受靜力荷載的牛腿抗裂度取值至少應是β=0.80.依上可見，加固前牛腿狀況顯然不安全。加以牛腿伸縮縫處不平順、不平整引起的跳車、沖擊，可使垂直荷載實際上增大很多。因而牛腿砼內部微裂縫不斷發展，最后引起嚴重開裂而破壞。
（2）由于牛腿是懸臂梁橋的一個關鍵部位，它是否牢固可靠對橋梁能否維持安全通行是起決定作用的因素之一。牛腿又是懸臂梁的薄弱環節，牛腿處梁高突變減小，截面凹折轉角多，而要傳遞的集中力數值非常大，且頻繁承受車輛沖擊力作用，所以是受力非常復雜的部位。現有各種驗算方法帶有相當的近似性，還不能完全反映受力情況。為此，對牛腿加固我們提出了兩種方案：
方案一：鑿除原牛腿的低標號砼（舊170號砼），改為澆筑30號鋼纖維砼。澆筑鋼纖維砼時，在新老砼結合面上涂以環氧砂漿以增進兩者粘結。
方案二：將掛梁從兩個支點擱在主梁上改為以多支點擱在端橫梁上。此種方案，可使原牛腿上受力減少，但牛腿的砼則因破碎開裂，仍需鑿除后重澆新砼；端橫梁也因原寬度不足及標號過低，也需鑿除重澆加寬，這就增大了工程量。該方案另一缺點是傳力情況不明確。
實橋加固時采用了第一方案。
3.3.2 主梁負彎矩的加固
根據檢查、測試資料及計算成果，主梁負彎矩區在一般荷載下即產生大量裂縫，其上橋面鋪裝層亦產生大量網裂。此種裂縫不僅不美觀，使人產生不安全感，在實際上也會因雨水滲入主梁和翼緣板中，導致銹蝕受力鋼筋，影響橋梁使用壽命。
在考慮加固方案時，根據計算資料增加了縱向受拉鋼筋，置于原鋪裝層范圍內，計算結果還表明，由于新設計標準的荷載負彎矩作用，橋面砼的拉應力將達到3.96Mpa，采用現橋涵設計規范中所列各標號普通砼均仍會因抗拉設計強度無法滿足而使梁頂開裂；只有采用鋼纖維砼，其抗拉設計強度有可能大于此拉應力，從而保證橋面不出現裂縫。故我們在加固方案中對負彎矩區橋面鋪裝層采用澆筑鋼纖維砼，要求其與梁頂翼緣板真正牢固連成整體。所以在將梁頂翼緣板頂打毛外，還要在其上設錨筋和在頂面上刷粘層劑使新老砼緊密結合。在澆筑鋼纖維砼鋪裝層前，尚需用高分子化學材料壓入梁頂的裂縫內，使裂縫粘合。
對此負彎矩區加固提出的另一種方案是在橋面鋪裝層范圍內采用無粘結預應力加固。此措施旨在使橋面原裂縫進一步閉合，同時可因懸臂負彎矩減小而減小懸臂端撓度，并減輕主梁和掛梁銜接處沖擊。該方案因施工工期短、施工技術較新，且需一定設備，一般施工隊伍不一定具備條件而放棄。
3.3.3 主梁錨跨及掛梁正彎矩區加固
在按承載能力極限狀態計算時，在汽—20、掛—100荷載作用下主梁截面強度不滿足，故需補強。補強的措施是在鑿去原橋面鋪裝層及油毛氈后，將原橋面打毛，用錨桿在原鋪裝層厚度范圍內加一層鋼筋網，然后澆筑30號UEA補償收縮自防水砼。采用UEA補償收縮自防水砼的目的是因為UEA補償收縮是一種適度膨脹的砼，在鋼筋和鄰位約束下，可在砼中建立0.2～0.7Mpa預壓應力，使結構達到抗裂防滲的目的，即解決防水問題。掛梁則除在原鋪裝層厚度范圍內不增鋼筋網外，其余均與主梁加固方法相同。
3.3.4 主梁裂縫粘合
為改善主梁負彎矩區受力情況，并增加梁板耐久性能及剛度，同時為了在加固施工中需要將導梁移孔時，主梁及掛梁能安全承受在上通過的導梁設備重，本橋加固設計采用了以高分子化學材料對主梁及掛梁裂縫以壓灌的方法，使裂縫予以粘合。
3.4 試驗結果
（1）贛州西河大橋加固前后采用兩輛黃河牌重車加載時，盡管加固后試驗荷載的內力較加固前大9%左右，但在相同位置上實測的應力值，仍見明顯減小，說明加固效果是較好的。
（2）在黃河車及大交通車作用下，考慮了沖擊系數實測活載應力值，與恒載應力計算值合計值，均小于砼軸心抗壓強度和鋼筋抗拉設計強度值。說明該橋承載能力完全滿足設計荷載標準（汽—20、掛—100）。
（3）由實測最大撓度值可見，錨跨跨中撓度為計算跨徑的1/4583，遠小于規范的1/600.懸臂跨懸臂端在兩列大交通作用下的撓度為懸臂長度的1/788，小于規范的1/300.說明加固后橋梁剛度是較好的。
3.5 加固效果與跟蹤觀察
贛州西河大橋通過在橋面鋪裝層內增設縱向鋼筋，用鋼纖維砼重新澆筑牛腿和澆筑負彎矩區橋面鋪裝層，用GJK-1高分子化學材料粘合梁體裂縫等措施，將西河大橋原僅能承受汽—10、拖—60的承載能力提高到汽—20、掛—100標準，說明此種加固方法是有效的。施工期限也較短，經費也較少，完全可以應用到同類的雙懸臂鋼筋砼梁橋加固上。該橋經加固后開放交通至今，使用情況一直良好，經跟蹤觀察未發現新的病害。
