雅西高速橋梁修復(fù)性養(yǎng)護(hù)設(shè)計探究

彭浪鳴 陳功

摘 要：本文針對雅西高速公路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)及其高濕熱氣候條件與山區(qū)地理環(huán)境，提出了適用于高速公路修復(fù)養(yǎng)護(hù)的設(shè)計要點(diǎn)與技術(shù)手段，有利于橋梁修復(fù)性養(yǎng)護(hù)設(shè)計工作的科學(xué)化、規(guī)范化和制度化，提高雅西高速公路養(yǎng)護(hù)設(shè)計的針對性、科學(xué)性，保障橋梁養(yǎng)護(hù)的使用性能與經(jīng)濟(jì)效益，有助于提高養(yǎng)護(hù)工程的管理效果和效率。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)護(hù)設(shè)計;雅西高速;換梁設(shè)計;支座更換;基礎(chǔ)修復(fù);伸縮縫更換

0 引言

雅西高速公路全線橋梁數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)形式、橋梁類別眾多。其沿線混凝土橋梁具有連續(xù)彎道、長大縱坡、高墩大跨以及部分路段橋隧交替相連等山區(qū)橋梁顯著結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。為了適應(yīng)新的發(fā)展要求，本文針對雅西高速鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁，對修復(fù)性養(yǎng)護(hù)設(shè)計進(jìn)行闡述。

1 修復(fù)性養(yǎng)護(hù)設(shè)計

橋涵功能性修復(fù)主要為較為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)耐久性恢復(fù)及為滿足功能的要求進(jìn)行的橋梁復(fù)位、加寬、加高、增設(shè)與涵泂接長等改造設(shè)計，結(jié)構(gòu)性修復(fù)主要為對各類導(dǎo)致橋涵構(gòu)件安全承載能力減低的病害的恢復(fù)，更換則主要針對橋涵可更換構(gòu)件不滿足功能要求或到達(dá)設(shè)計使用年限且經(jīng)評估不能安全使用時的更換。因此，橋涵修復(fù)養(yǎng)護(hù)工程設(shè)計應(yīng)對較差、差與危險類別的橋梁的功能性、結(jié)構(gòu)性恢復(fù)及構(gòu)件更換所需要的材料性能、針對性的維修和加固措施、施工要點(diǎn)、修復(fù)效果驗(yàn)收指標(biāo)等內(nèi)容做出設(shè)計規(guī)定。

1.1 修復(fù)性養(yǎng)護(hù)設(shè)計計算

對于橋梁修復(fù)設(shè)計的應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、修復(fù)措施對原結(jié)構(gòu)的影響，涉及到結(jié)構(gòu)性修復(fù)的計算應(yīng)符合下列要求根據(jù)原結(jié)構(gòu)竣工圖及設(shè)計荷載進(jìn)行原結(jié)構(gòu)復(fù)算。根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果、荷載情況、加固維修歷史，依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/TJ21）進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算，并作為修復(fù)性養(yǎng)護(hù)設(shè)計的依據(jù)。

對于橋梁計算模型的選取，應(yīng)在設(shè)計模型的基礎(chǔ)上充分考慮橋梁病害的影響，計算參數(shù)的選取應(yīng)考慮施工、全過程收縮徐變、結(jié)構(gòu)實(shí)際承受的荷載、開裂后結(jié)構(gòu)性能衰減與內(nèi)力的重分布、預(yù)應(yīng)力損失、新增材料的重量與應(yīng)變滯后等因素，其計算結(jié)果應(yīng)與橋梁主要病害特征相吻合，必要時應(yīng)通過實(shí)際橋梁局部加載試驗(yàn)，修正計算模型。

在擬定方案后，對相關(guān)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)措施的效果進(jìn)行計算驗(yàn)證，計算的結(jié)果應(yīng)滿足對應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下正常使用和承載能力極限狀態(tài)的要求。

1.2 耐久性修復(fù)設(shè)計

橋涵混凝土構(gòu)件耐久性修復(fù)設(shè)計應(yīng)符合《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3310-2019）的相關(guān)要求。橋涵混凝土構(gòu)件耐久性修復(fù)設(shè)計是針對已發(fā)生耐久性病害的處理，設(shè)計應(yīng)根據(jù)具體橋涵類型與環(huán)境作用等級、耐久性損傷的原因與類型、預(yù)期修復(fù)效果、預(yù)期使用年限確定修復(fù)方案與材料。

橋涵混凝土保護(hù)層因鋼筋銹脹破壞時，應(yīng)區(qū)分碳化侵蝕和氯鹽侵蝕。氯鹽侵蝕，除鈍化鋼筋措施外，破損修補(bǔ)的混凝土或砂漿還應(yīng)混合內(nèi)摻型鋼筋阻銹劑，并根據(jù)病害與環(huán)境情況采取附加防護(hù)措施。

橋涵混凝土構(gòu)件發(fā)生堿-骨料反應(yīng)導(dǎo)致的破損，除開裂破損修補(bǔ)外應(yīng)進(jìn)行表面涂層防護(hù)，表面涂層應(yīng)具備良好的長期密封隔水能力。

1.3 幾何復(fù)位修復(fù)設(shè)計

橋梁復(fù)位適用于橋梁上下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)超出設(shè)計允許范圍的縱、橫向位移、扭轉(zhuǎn)或傾斜需要恢復(fù)其正常位置的情況。外力糾偏法需在傾斜結(jié)構(gòu)附件的適當(dāng)位置，設(shè)置錨樁、錨碇等抗拔結(jié)構(gòu)，支承千斤頂或卷揚(yáng)杋對結(jié)構(gòu)施力使其復(fù)位。

橋梁結(jié)構(gòu)幾何復(fù)位設(shè)計中，應(yīng)對反力體系、限位結(jié)構(gòu)、臨時支撐體系進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及局部承壓要求。橋梁下部結(jié)構(gòu)橋臺、墩柱傾斜等的復(fù)位，可采取外力糾偏法，基底掏土糾偏法及堆載或卸載糾偏法。對于基底掏土糾偏法適合均質(zhì)黏土或砂土淺埋基礎(chǔ)的糾偏。也適于采用人工挖掏或水力沖掏方式。堆載或卸載糾偏法適于軟弱地基糾偏量不大的淺埋基礎(chǔ)糾偏。

1.4 換梁設(shè)計

類似于姚河壩大橋這種出現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)垮塌的情況，需要進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的更換。通常，置換的新梁體設(shè)計可采用混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)及鋼混組合結(jié)構(gòu)，推薦采用鋼結(jié)構(gòu)與鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，以降低馱運(yùn)或安裝機(jī)具的負(fù)荷要求，下部結(jié)構(gòu)的承載要求，節(jié)約場地及提高效率。橋梁主梁整體馱運(yùn)置換適用于交通繁忙、應(yīng)急保通等對橋梁維修需求時間盡可能短的情況、上部結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件已不適應(yīng)當(dāng)前交通運(yùn)行需求且進(jìn)行加固改造的可行性較差的情況;單片梁（肋）的置換適用于上部結(jié)構(gòu)整體完好，只是其中單片或多片梁體出現(xiàn)損傷或其他病害導(dǎo)致其不能滿足協(xié)同承載要求的情況。

1.5 上部結(jié)構(gòu)修復(fù)設(shè)計

梁橋主要的加固修復(fù)方案包括粘貼或拼接鋼板、粘貼纖維復(fù)合材料、增大截面、增設(shè)承重構(gòu)件、增強(qiáng)橫向聯(lián)系、增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力、加強(qiáng)或更換薄弱、受損構(gòu)件、改善鋼構(gòu)件疲勞細(xì)節(jié)，改變結(jié)構(gòu)體系（簡支變連續(xù)、增設(shè)支架或橋墩等）等。

對于雅西高速常見的混凝土梁橋結(jié)構(gòu)性病害修復(fù)，應(yīng)根據(jù)病害成因、施工條件綜合采用一種或者多種整體性和局部性的補(bǔ)強(qiáng)方法修復(fù)梁橋上部結(jié)構(gòu)的承載能力。對于表觀或內(nèi)部缺損對截面的削弱導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力不足時，不可直接采用表面修補(bǔ)的方式，宜通過卸載降低殘余結(jié)構(gòu)斷面的恒載內(nèi)力后再進(jìn)行修補(bǔ)。此類設(shè)計要注意加強(qiáng)新舊構(gòu)造物的界面構(gòu)造，以滿足層間抗剪連接要求，使其形成協(xié)同受力的整體。

類似于臘八斤大橋等的預(yù)應(yīng)力連續(xù)鋼構(gòu)箱梁橋，假設(shè)發(fā)生開裂與下?lián)?，則開裂與下?lián)系臋C(jī)理與預(yù)應(yīng)力的損失有重要相關(guān)性。在目前缺乏有效檢查有效預(yù)應(yīng)力的情況下，對有效預(yù)應(yīng)力的模擬，應(yīng)依據(jù)壓漿密實(shí)度檢測、錨固區(qū)外觀檢查等檢測情況進(jìn)行預(yù)估，再通過結(jié)構(gòu)模擬分析試算，對比理論計算結(jié)果與實(shí)際開裂情況和下?lián)狭康奈呛隙?，最終確定有效預(yù)應(yīng)力。開裂模擬要考慮結(jié)構(gòu)剛度的損失與由于剛度變化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布。建設(shè)條件包括可利用的結(jié)構(gòu)內(nèi)外的空間，加固期間通行交通等。

1.6 下部結(jié)構(gòu)修復(fù)設(shè)計

雅西高速常見大縱坡及高墩，對于常見的這類橋梁下部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性修復(fù)設(shè)計，應(yīng)注意下列要點(diǎn)：

蓋梁的結(jié)構(gòu)性修復(fù)主要應(yīng)為控制承載力不足或基礎(chǔ)沉降過大導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性開裂。蓋梁常用的加固方法有：粘貼鋼板加固、粘貼纖維復(fù)合材料加固、增大截面和配筋法加固、體外預(yù)應(yīng)力加固、改變結(jié)構(gòu)體系加固、外包鋼加固。

橋梁墩臺墩身的加固需根據(jù)橋梁墩臺墩身狀況并根據(jù)計算采取不同的加固措施。墩臺常用的加固方法有：增大截面和配筋法加固、鋼筋混凝土圍帶或鋼箍， 碳纖維布纏繞、換填臺背填土。

由于基礎(chǔ)或地基導(dǎo)致的墩臺身結(jié)構(gòu)損壞，應(yīng)先加固基礎(chǔ)和地基。

由于上部結(jié)構(gòu)、車、船及漂浮物撞擊導(dǎo)致的墩柱開裂時，可采取灌縫配合套箍加固的方案。

1.7 基礎(chǔ)修復(fù)設(shè)計

橋涵基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修復(fù)設(shè)計時當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)比較堅實(shí)，而墩臺又是磚石或混凝土剛性實(shí)體基礎(chǔ)，基礎(chǔ)承載力不足或具有較大的不均勻沉降時，可采用擴(kuò)大橋梁基礎(chǔ)底面積的方法。對于橋梁墩臺基底下有軟弱層，墩臺發(fā)生沉陷，樁的深度不足或水蝕或沖刷等原因使樁基外露或發(fā)生傾斜的情況，可采取增補(bǔ)樁基加固法。

對于基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致涵管或管節(jié)的沉陷、變形、錯裂，涵洞側(cè)墻傾斜時，可以挖開填土處理地基后重建基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)的加固設(shè)計應(yīng)注重新舊基礎(chǔ)的結(jié)合、協(xié)同受力與沉降差的控制，視情況可采取加長摩擦樁樁長，樁底壓漿、堆載預(yù)壓后澆筑承臺接縫、加大擴(kuò)大基礎(chǔ)截面等技術(shù)措施降低不均勻沉降的不利影響。對于新舊基礎(chǔ)應(yīng)可靠連接，除接縫鋼筋外，還可采用預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)新舊基礎(chǔ)的連接。

1.8 支座更換設(shè)計

進(jìn)行橋梁支座更換設(shè)計時，應(yīng)充分考慮支座處施工空間小、工期要求較短，不中斷交通等條件限制，采用的合理的維修更換措施與材料機(jī)具設(shè)備，進(jìn)行迅速可靠地更換。

支座符合下列情況之一的，應(yīng)進(jìn)行更換：（1）橡膠支座不均勻鼓包;（2）橡膠支座嚴(yán)重開裂，鋼板脫漏;（3）支座變形超限;（4）支座超過設(shè)計使用年限，經(jīng)檢測評估不能滿足支座功能要求;（5）支座構(gòu)件嚴(yán)重銹蝕、斷裂，變形受限，經(jīng)檢測評估無難以修復(fù)或無修復(fù)價值。

新?lián)Q的支座應(yīng)與結(jié)構(gòu)體系相適應(yīng)，與原支座使用功能和幾何尺寸一致。但是，由于支座更換的主要花費(fèi)在措施費(fèi)上，所以在不影響橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下，通常建議等損壞比例達(dá)到一定合理程度的時候再進(jìn)行但概率批量頂升更換。同時，橫橋向同一墩臺上的同一排中的個別橡膠支座需要更換時，宜將同一排支座全部更換。

1.9 伸縮縫更換設(shè)計

支座通常由橡膠材料制成，在使用過程中容易發(fā)生老化、剪切變形、開裂、脫空等病害。通常，支座出現(xiàn)下列情況時，就可以進(jìn)行支座頂升更換：

（1）伸縮裝置達(dá)到設(shè)計使用壽命，經(jīng)檢測評估不能繼續(xù)使用的伸縮裝置整體或局部構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重老化、變形、破損、松脫，裝置不能正常伸縮及轉(zhuǎn)動，經(jīng)檢測評估不能繼續(xù)使用的;

（2）伸縮裝置槽區(qū)混凝土較大范圍破損、開裂時，車行道伸縮縫槽口新澆混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)比原結(jié)構(gòu)混凝土提高一級，宜采用早強(qiáng)的鋼纖維混凝土;

支座更換時，應(yīng)根據(jù)原有伸縮裝置的結(jié)構(gòu)類型、破壞原因、交通量和重車組成、槽口現(xiàn)狀及環(huán)境條件，結(jié)合實(shí)際溫度變化計算最大伸縮量選擇新伸縮裝置類型與構(gòu)造。

2 結(jié)語

本文針對雅西高速公路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)及其高濕熱氣候條件與山區(qū)地理環(huán)境，提出了適用于高速公路修復(fù)養(yǎng)護(hù)的設(shè)計要點(diǎn)與技術(shù)手段，有利于橋梁修復(fù)性養(yǎng)護(hù)設(shè)計工作的科學(xué)化、規(guī)范化和制度化，提高雅西高速公路養(yǎng)護(hù)設(shè)計的針對性、科學(xué)性，保障橋梁養(yǎng)護(hù)的使用性能與經(jīng)濟(jì)效益，有助于提高養(yǎng)護(hù)工程的管理效果和效率。

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