廣發(fā)大橋加固設(shè)計(jì)探究的論文范文

　　橋梁是公路交通的重要組成部分，其使用功能的好壞直接影響公路交通的通暢。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的公路橋梁事業(yè)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，橋梁建設(shè)技術(shù)逐步向世界先進(jìn)水平看齊，并正由橋梁大國(guó)向橋梁強(qiáng)國(guó)邁入。然而，由于勘察設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平的參差不齊，有些工程盲目追求進(jìn)度和效益，使得我國(guó)在橋梁建設(shè)過(guò)程中存在許多問(wèn)題亟待解決，許多橋梁在運(yùn)營(yíng)之后出現(xiàn)了大大小小的質(zhì)量問(wèn)題，使用壽命偏低、維護(hù)成本較大，維修加固設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了近年來(lái)的熱點(diǎn)問(wèn)題[1~10]。本文以廣發(fā)大橋?yàn)楣こ瘫尘�，�?duì)橋梁在建設(shè)以及后期檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，針對(duì)橋梁的的具體病害問(wèn)題，分析其形成原因，并提出相應(yīng)的加固措施。

　　1工程概況

　　廣發(fā)大橋是廣東西部沿海高速公路（珠海-陽(yáng)江）臺(tái)山段上的一座大橋，起點(diǎn)里程樁號(hào)K24+517.75，終點(diǎn)里程樁號(hào)K25+222.25，全長(zhǎng)705m，其中跨三夾河流域220m。該橋上部構(gòu)造均采用預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的工字梁，跨徑分別為20、30、40m，全橋32跨，橋跨組合為：（珠海岸）2×（7×20）m＋（30+2×40+30）m+2×（7×20）m（陽(yáng)江岸），全橋共5聯(lián)。橋梁左右幅分離，左、右幅橋?qū)捑鶠?1.848m，兩幅間距為0.304m，全橋?qū)挾?4.00m。全橋20m跨徑有28孔，30m、40m跨徑各有2孔。該橋下下部構(gòu)造橋臺(tái)采用雙肋式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋墩采用雙柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。經(jīng)檢測(cè)，廣發(fā)大橋主要病害是橋臺(tái)縱向位移、立柱傾斜、橋臺(tái)背墻與梁段已頂緊、橋臺(tái)背墻和耳墻有裂縫、部分梁體縱向和橫向位移、梁體橫隔板開(kāi)裂，該橋被定為三類(lèi)橋。

　　2橋梁主要病害及原因分析

　　廣發(fā)大橋全長(zhǎng)705m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)工字型梁橋，下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，按摩擦樁設(shè)計(jì)。由于該橋位于軟基路段，在施工期間，由于軟基作用，該橋發(fā)生位移變形、橋臺(tái)開(kāi)裂，后經(jīng)加固處理。通車(chē)以來(lái)，該橋病害有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，主要存在橋臺(tái)縱向位移、立柱傾斜、部分梁體縱向和橫向位移、梁體橫隔板開(kāi)裂等病害。

　　2.1梁體移位

　　梁體位移主要包括梁與支座之間的橫向位移和縱向位移。病害原因分析：①梁與支座之間出現(xiàn)橫向滑移的病因主要是：伸縮縫寬度過(guò)小，導(dǎo)致高溫時(shí)伸縮縫異型鋼頂死，隨著溫度繼續(xù)升高，各聯(lián)梁頂緊，橋臺(tái)對(duì)梁縱向變形約束，梁體縱向變形能聚集，該變形能聚集達(dá)到一定量時(shí)，必將通過(guò)梁體變形而釋放，梁向下受到橋墩支座約束，向上受到梁體自重平衡，而梁體位于墩頂支承處采用的為四氟滑板橡膠支座，橫向約束不足導(dǎo)致梁體側(cè)移；②梁與支座之間出現(xiàn)縱向滑移的病因主要是：a.橋臺(tái)縱向位移產(chǎn)生了推力，廣發(fā)大橋地處軟土路段，土質(zhì)松軟，成分復(fù)雜，物理力學(xué)性能差，樁為摩擦樁，橋臺(tái)位于不穩(wěn)定的軟弱土質(zhì)內(nèi)。橋臺(tái)地基的淤泥層達(dá)20m深，樁頂周?chē)�土體對(duì)樁基側(cè)向約束較弱，在施工期間就已經(jīng)發(fā)生了橋臺(tái)位移現(xiàn)象。運(yùn)營(yíng)后，橋臺(tái)在前后不同的填土壓力作用下，軟土固結(jié)程度不同，導(dǎo)致土顆粒間有效壓力不同，進(jìn)而對(duì)臺(tái)及樁的側(cè)土壓力不同，在軟土壓縮沉降、固結(jié)排水等作用下橋臺(tái)產(chǎn)生位移，繼而對(duì)梁產(chǎn)生了水平推力。b.梁體受溫度膨脹產(chǎn)生推力，根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)型式和環(huán)境條件估算，橋跨結(jié)構(gòu)的梁體存在著較大的縱向伸縮變形，以7m×20m聯(lián)為例，其溫度伸縮變形可達(dá)約3.5cm，其伸縮變形量較大，在各聯(lián)間預(yù)留伸縮寬度不夠的情況下，溫度作用下，梁體膨脹對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生了反向水平推力。c.車(chē)輛荷載的沖擊作用，橋頭引道路基和橋臺(tái)伸縮裝置的不平順將對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生較大的沖擊荷載作用，沖擊荷載作用對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生豎向和水平向的推力。

　　2.2主梁腹板病害

　　檢查發(fā)現(xiàn)，大部分工字梁端頭腹板存在短細(xì)的豎向以及斜向裂縫，其裂縫主要集中在梁體端部濕接頭與預(yù)制梁接縫處，其裂縫形式主要有：①梁端腹板頂部的斜向裂縫；②梁端腹板的豎向裂縫；③梁端腹板底部局部剝落露筋或混凝土崩裂。病害原因分析：檢查發(fā)現(xiàn)端頭腹板出現(xiàn)豎向及斜向裂縫，主要集中在梁體端部濕接頭與預(yù)制梁接縫處。而設(shè)計(jì)資料顯示，連續(xù)工字梁墩頂處的濕接頭是將預(yù)制梁外伸的普通鋼筋通過(guò)綁扎焊接以及現(xiàn)澆橋面板鋼筋相連接。由于后澆的梁端濕接頭混凝土的收縮造成的開(kāi)裂，致使梁端接縫處新老混凝土連接較差，在此位置抗剪承載力受到極大的削弱，是造成開(kāi)裂的主要原因。

　　2.3橫隔板病害

　　橫隔板主要存在的缺陷為豎向開(kāi)裂。病害原因分析：①本橋梁間距較大，梁的縱橫向移動(dòng)、支座摩阻作用、同跨各工字梁在活載作用下的不同撓曲等，均使橫隔梁產(chǎn)生設(shè)計(jì)一般不考慮的應(yīng)力。②本橋橫隔梁采用現(xiàn)澆施工，橫隔梁的現(xiàn)澆混凝土一般未考慮受支座約束時(shí)的收縮影響。

　　2.4蓋梁病害

　　蓋梁豎向裂縫已作封閉處理，大部分裂縫的修補(bǔ)質(zhì)量良好，未見(jiàn)病害發(fā)展，僅有少數(shù)的裂縫修補(bǔ)后開(kāi)裂。墩頂蓋梁混凝土表面開(kāi)裂、局部剝落露筋。主要是墩柱處蓋梁側(cè)面的豎向裂縫，以及蓋梁側(cè)面部分混凝土剝落露筋。病害原因分析：①蓋梁側(cè)面部分混凝土剝落露筋可能是由于受力影響和混凝土實(shí)際保護(hù)層厚度不夠；②因?yàn)樯w梁裂縫主要是墩柱處蓋梁側(cè)面，此處為蓋梁懸臂段最大受力區(qū)。初步有限元計(jì)算表明，墩頂區(qū)應(yīng)力較大，在懸臂根部最大主拉應(yīng)力已達(dá)到2.6MPa，普通鋼筋混凝土處于帶裂縫工作狀態(tài)。

　　2.5墩臺(tái)病害

　　橋臺(tái)病害基本特征：①夏天溫度高時(shí)，梁體與臺(tái)背頂死；冬天溫度低時(shí)，梁體與臺(tái)背有約1cm的縫隙寬度。②因梁體限制，臺(tái)背受較大推力，使得耳墻與擋塊連接處出現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)性裂縫。橋臺(tái)裂縫原因探討：由裂縫位置可見(jiàn)，裂縫產(chǎn)生在背墻與擋塊交接面，則說(shuō)明主要是因?yàn)榕_(tái)背（高度140cm）與臺(tái)帽受力的不一致產(chǎn)生的。有可能造成裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下幾種：①單一作用：梁體升溫伸長(zhǎng)、頂推橋臺(tái)臺(tái)背，使得臺(tái)背受到較大的梁體頂推力；②單一作用：橋臺(tái)下軟基蠕動(dòng)，但橋臺(tái)臺(tái)背因受到梁體限制，無(wú)法與臺(tái)身一致的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫；③共同作用：梁體升溫伸長(zhǎng)頂推臺(tái)背與橋臺(tái)下軟基蠕動(dòng)使得橋臺(tái)整體旋轉(zhuǎn)共同作用，造成出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。

　　3加固設(shè)計(jì)方案

　　3.1加固設(shè)計(jì)原則

　　（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（設(shè)計(jì)荷載、抗震、通航等級(jí)等）維持不變。

　�。�2）以JTJ023-85橋規(guī)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，使現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在補(bǔ)強(qiáng)后能滿足規(guī)范和正常運(yùn)營(yíng)的要求。

　�。�3）維修加固施工過(guò)程中，必須考慮對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)的損傷盡可能降到最低。

　�。�4）應(yīng)綜合考慮技術(shù)可靠性、結(jié)構(gòu)耐久性、后期養(yǎng)護(hù)方便和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低廉等。

　　3.2主要加固思路

　　總的加固設(shè)計(jì)思路是：根據(jù)橋梁的檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)病害分析，針對(duì)橋梁出現(xiàn)的損傷情況，分析損傷病理，提出相應(yīng)的加固技術(shù)思路。

　�。�1）根據(jù)病害原因有針對(duì)性的提出加固方案：①針對(duì)已確定為影響結(jié)構(gòu)安全的病害，或是病害主要由原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載力不足所產(chǎn)生，則采取結(jié)構(gòu)加固措施，確保結(jié)構(gòu)安全。本橋橋臺(tái)變位及橋墩變位已影響到橋跨結(jié)構(gòu)安全及結(jié)構(gòu)正常使用耐久性；梁端部腹板裂縫和橫隔板裂縫會(huì)影響到橋跨結(jié)構(gòu)使用壽命和結(jié)構(gòu)安全，均采取相應(yīng)加固措施。②針對(duì)不危及橋梁安全的病害，但會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的正常使用耐久性，主要是施工缺陷和運(yùn)營(yíng)中的破壞等因素所引發(fā)，則采取結(jié)構(gòu)復(fù)原、缺陷修復(fù)為主的維修措施。本橋梁體的縱橫向位移、支座滑移變形、伸縮縫擠壓錯(cuò)位及橡膠帶拉裂等。③對(duì)病害不會(huì)引發(fā)安全問(wèn)題，也不會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量的情況，將采取維護(hù)維修設(shè)計(jì)，如一般的結(jié)構(gòu)裂縫等。④對(duì)目前還不能確定病因，但一旦病因確定會(huì)造成結(jié)構(gòu)安全的，將建議目前加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，確診病因后，根據(jù)實(shí)際情況再采取相應(yīng)的加固對(duì)策。對(duì)橋梁附屬設(shè)施：支座、伸縮縫、排水系統(tǒng)、欄桿等。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，給予更換，以提高和完善橋梁運(yùn)營(yíng)功能，改善橋面行車(chē)服務(wù)水平。

　�。�2）根據(jù)橋梁加固維修設(shè)計(jì)方案，結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)及場(chǎng)地條件，采取合理的加固措施和施工工藝，方便施工。

　　（3）進(jìn)行多方案比較，保證橋梁加固效果和工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性。

　　3.3橋臺(tái)變位加固措施

　　由檢查報(bào)告知，橋臺(tái)處為四氟板支座，但是支座缺乏潤(rùn)滑油，則四氟板支座摩擦系數(shù)μ=0.12，當(dāng)四氟板支座存有潤(rùn)滑油時(shí)，μ=0.06；則確保支座處于潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)橋臺(tái)受力有益。建議改善支座工作狀態(tài)，使得四氟板支座保持潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)（μ=0.06），橋臺(tái)受力得到很大改善，經(jīng)計(jì)算知，減小支座摩阻系數(shù)對(duì)橋臺(tái)和樁基受力有益。目前本橋橋臺(tái)變位較大，夏季時(shí)橋臺(tái)背墻已與梁端頂緊，且在耳墻處已出現(xiàn)病害裂縫；冬季時(shí)橋臺(tái)背墻與梁端有1cm左右間隙。若病害繼續(xù)發(fā)展，可能危及橋梁正常運(yùn)營(yíng)及結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究，擬定加固處理方案。首先鑿除原背墻，然后新建背墻，同時(shí)并預(yù)留5cm結(jié)構(gòu)縫。通過(guò)新建背墻并預(yù)留較大結(jié)構(gòu)縫，不但消除了目前背墻可能斷裂的隱患，也為結(jié)構(gòu)正常伸長(zhǎng)預(yù)留了足夠空間，具體見(jiàn)圖2。本方案的優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，對(duì)道路通行影響小。本方案動(dòng)作小，解決了本橋最明確的問(wèn)題：伸縮縫頂死、背墻斷裂。本方案的缺點(diǎn)：橋臺(tái)前后的軟基不平衡附加荷載，對(duì)橋臺(tái)將會(huì)繼續(xù)作用。隨軟土的固結(jié)、蠕動(dòng)，橋臺(tái)仍可能發(fā)生傾斜、伸縮縫頂死等現(xiàn)象。建議在加固后，繼續(xù)觀測(cè)橋臺(tái)、伸縮縫寬度變化，根據(jù)實(shí)測(cè)綠色交通數(shù)據(jù)的分析，另行判斷是否需要采取臺(tái)后置換輕質(zhì)土的方案。

　　3.4主梁加固措施

　　3.4.1主梁和橫隔板加固措施

　　由于裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展及長(zhǎng)期存在，使得潮濕空氣進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的銹蝕，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力降低，影響到結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)甚至安全運(yùn)營(yíng)。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)目前存在的裂縫進(jìn)行相應(yīng)的處理及控制非常必要。

　�。�1）主梁加固措施：①結(jié)構(gòu)性加固措施：由計(jì)算可知，上部結(jié)構(gòu)工字梁整體受力可以滿足超20級(jí)活載要求，則在荷載水平未超過(guò)超20級(jí)以前，無(wú)需采用結(jié)構(gòu)性加固措施。②耐久性維護(hù)措施：由于裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展及長(zhǎng)期存在，使得潮濕空氣進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的銹蝕，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力降低，影響到結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)甚至安全運(yùn)營(yíng)。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)目前存在的裂縫進(jìn)行相應(yīng)的處理及控制非常必要。由病害可知，因主梁端部腹板和橫隔梁位置存在裂縫，建議近期開(kāi)展耐久性加固措施，確保施工界面裂縫不繼續(xù)發(fā)展、擴(kuò)大。③控制橋梁整體位移、擴(kuò)大伸縮縫由計(jì)算可知，橋臺(tái)病害、伸縮縫頂死，主要原因是上部結(jié)構(gòu)的伸縮縫寬度不足，建議采取措施控制橋梁整體位移。由計(jì)算及檢測(cè)知，橋梁在溫度低時(shí)，橋梁伸縮縫處于正常狀態(tài)，建議在冬季采取措施。

　�。�2）橫隔板加固措施：橫隔板裂縫的成因主要與其構(gòu)造和受力有關(guān)，在構(gòu)造上，橫隔板厚為20cm，較��；在受力上，結(jié)構(gòu)已施工多年，已封閉又開(kāi)裂，表明除收縮徐變外的作用影響大一點(diǎn)，且裂縫較多。因此，橫隔板裂縫的處理采用粘貼鋼板的加固方案。本方案先將橫隔板清理干凈，對(duì)裂縫進(jìn)行封閉處理，再按設(shè)計(jì)圖下料鋼板，采用M12螺栓固定鋼板，將鋼板四周密封，從灌膠孔壓力灌膠，常溫固化不少3d，鋼板防銹施工，驗(yàn)收。該方案的優(yōu)點(diǎn)是，施工簡(jiǎn)單，質(zhì)量易保證，可與梁肋加固的鋼板焊連成整體。

　　3.4.2梁體限位加固措施

　　由于上部梁跨結(jié)構(gòu)在各種因素影響下發(fā)生的縱向和橫向的整體移動(dòng)，是本橋的伸縮縫擠壓和錯(cuò)位、橡膠帶拉裂、防撞墻錯(cuò)位、支座滑移等病害的主因。而上部梁體的縱、橫向移動(dòng)根源是由下部橋墩基礎(chǔ)決定的，因此，廣發(fā)大橋各項(xiàng)病害治理的重點(diǎn)應(yīng)該是下部結(jié)構(gòu)。為防止上部梁跨結(jié)構(gòu)在營(yíng)運(yùn)期間繼續(xù)整體產(chǎn)生較大的縱向、橫向移動(dòng)，除在兩端橋臺(tái)處進(jìn)行加固處理外，還需要考慮措施進(jìn)行橋梁橫向位移的限制。為此，初步建議采取如下措施：

　�。�1）梁體順橋向位移的控制措施：增設(shè)縱向限位擋塊，防止梁體縱向位移。

　　（2）梁體橫橋向位移的控制措施：在每一聯(lián)橋跨的三個(gè)橋墩蓋梁頂面安裝橫向限位裝置，從而限制上部結(jié)構(gòu)梁體的橫向滑移。

　　3.5蓋梁的加固措施

　　由計(jì)算可知，某些墩蓋梁裂縫寬度不滿足正常使用極限狀態(tài)要求，需采取結(jié)構(gòu)性加固措施。但因目前活載水平未達(dá)到超20級(jí)水平，僅個(gè)別蓋梁顯現(xiàn)出裂縫病害。蓋梁裂縫少，性質(zhì)十分明確，裂縫成因主要與受力有關(guān)。因此，加固思路是增加結(jié)構(gòu)承受外荷載的能力。加固中，先將蓋梁裂縫區(qū)（墩頂區(qū)段）清理干凈，對(duì)裂縫進(jìn)行封閉處理，再按設(shè)計(jì)圖下料鋼板，采用M12螺栓固定鋼板，將鋼板四周密封，從灌膠孔壓力灌膠，常溫固化不少于3d，鋼板防銹施工，驗(yàn)收。加固設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　橋梁加固技術(shù)是目前橋梁工程中一個(gè)新的研究領(lǐng)域，選擇合理的加固方案是保證橋梁加固效果、質(zhì)量及減少成本的重要前提。本文根據(jù)對(duì)廣發(fā)大橋長(zhǎng)期觀察和檢測(cè)得到的檢測(cè)報(bào)告，廣發(fā)大橋主要病害是橋臺(tái)縱向位移、立柱傾斜、部分梁體縱向和橫向位移、梁體橫隔板開(kāi)裂，結(jié)合該橋的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)其成因進(jìn)行了分析，并提出針對(duì)該橋具體病害的加固方案，為同類(lèi)橋梁的加固和改造提供一定參考。

　　作者:楊福斌 單位:廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司西部沿海分公司

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