高速公路互通匝道橋典型病害分析及加固設(shè)計(jì)方案探討
2011-07-13 來(lái)源：橋梁人論壇
1 概述
馬尾互通C匝道橋位于馬尾互通區(qū)內(nèi)，全長(zhǎng)652.50m，橋跨組合5×25m+1×20m+2×30m+2×25m+5×25m+5×25m+5×25m+1×21m；上部結(jié)構(gòu)為等截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)箱梁；平曲線最小半徑為127.75m。下部結(jié)構(gòu)為墻式橋墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、整體式橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)；球型支座；橋面設(shè)80型伸縮縫。
在例行養(yǎng)護(hù)檢查中發(fā)現(xiàn)，多跨箱梁腹板出現(xiàn)豎向裂縫，箱梁底板出現(xiàn)縱橫向和斜向裂縫。梁端腹板出現(xiàn)斜向裂縫。墩柱上部出現(xiàn)豎向和環(huán)狀裂縫，部分墩柱橫向出現(xiàn)偏位。為此，檢測(cè)單位對(duì)病害進(jìn)行了專項(xiàng)檢測(cè)，對(duì)病害成因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的加固設(shè)計(jì)方案。
2 匝道橋病害檢測(cè)情況
2.1 檢測(cè)內(nèi)容和檢測(cè)方法
利用橋檢車提供的平臺(tái)，對(duì)匝道橋箱梁梁體底板、腹板和翼緣板等進(jìn)行全面檢查，并對(duì)墩柱外觀和偏位，以及支座工作狀況進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)。
（1） 墩柱和梁體外觀檢測(cè)：近距離主要以目測(cè)為主，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)觀察。發(fā)現(xiàn)裂縫的位置，紅筆標(biāo)識(shí)并拍照，并用刻度尺、裂縫寬度儀和深度儀對(duì)裂縫長(zhǎng)度、寬度、深度進(jìn)行觀測(cè)及記錄。
（2） 支座工作狀況檢查：目測(cè)破損、異常變形等情況，有無(wú)明顯的變位痕跡、墊石破損等情況。如發(fā)現(xiàn)支座有變形、位移等，分別用游標(biāo)卡尺、墊尺等進(jìn)行量測(cè)。
（3） 墩柱的變位觀測(cè)：該橋?qū)儆谇€橋，橋墩為墻式橋墩，同時(shí)橋墩高度均較大。為保證測(cè)量的精度，墩柱的偏位采取在每個(gè)墩柱橫向和縱向的正前方架設(shè)全站儀，分別測(cè)量墩柱的橫向和縱向偏位。
2.2 檢測(cè)結(jié)果
通過(guò)以上檢測(cè)，得到梁體、墩柱和支座病害，簡(jiǎn)要記錄如下：
（1） 梁體和墩柱裂縫。梁端腹板斜向裂縫主要集中于第五跨、第十跨、第十一跨；梁體腹板豎向和底板縱向、橫向和斜向裂縫主要集中于第三跨、第四跨、第十四跨、第十七跨、第十九跨、二十五跨。
8根墩柱距墩頂4～5m范圍內(nèi)出現(xiàn)橫向裂縫和豎向裂縫。
（2） 14個(gè)支座出現(xiàn)橫向滑移，最大位移量為4.0cm。大部分螺栓螺母銹蝕。其中一個(gè)支座上下螺栓卡位。
（3） 墩柱橫向偏位最大為13、14號(hào)墩，傾斜度為6.1‰；縱向偏位最大為6號(hào)墩，但傾斜度為2.9‰。
3 病害原因分析
（1） 梁端腹板出現(xiàn)斜向裂縫，主要集中于第五跨、第十跨、第十一跨等安裝伸縮縫的梁端位置。由于匝道橋平曲線半徑較小，箱梁在彎矩和扭矩復(fù)合作用下，伸縮縫附近的梁端腹板可能出現(xiàn)局部受剪過(guò)大現(xiàn)象，從而出現(xiàn)斜向裂縫。
（2） 梁體腹板豎向和底板縱向、橫向和斜向裂縫主要集中于第三跨、第四跨、第十四跨、第十七跨、第十九跨、二十五跨。這些裂縫的出現(xiàn)，與匝道橋平曲線半徑較小、箱梁的彎矩和扭矩復(fù)合作用明顯有關(guān)，并由于超載車輛的通行加劇裂縫的出現(xiàn)。
（3） 墩柱裂縫主要產(chǎn)生在距頂部4～5m處，這是由于該橋?qū)儆谶B續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，橋墩在整體受力協(xié)調(diào)變形后，在距墩頂和墩底約1/3處受力最大，從而該部位易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。
4 結(jié)構(gòu)加固方案
針對(duì)該橋出現(xiàn)的典型病害情況，經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)算，參照其它類似橋梁的加固經(jīng)驗(yàn)，提出以下加固方案。
4.1 上部結(jié)構(gòu)加固
（1） C匝道5號(hào)墩頂向4號(hào)墩側(cè)箱梁兩側(cè)腹板、10號(hào)墩頂向9號(hào)墩側(cè)箱梁兩側(cè)腹板、10號(hào)墩頂向11號(hào)墩側(cè)箱梁兩側(cè)腹板，需要采用碳纖維布加固。
（2） 加固范圍為靠梁端3m區(qū)段整腹板，縱向及豎向均采用30cm寬碳纖維布，間距20cm。
4.2 更換支座
（1） 需要進(jìn)行支座更換的墩號(hào)為：C匝道橋15號(hào)墩靠14號(hào)墩側(cè)。將原支座更換為單、雙向滑動(dòng)盆式橡膠支座，縱橋向平面曲線內(nèi)側(cè)更換為GPZ（II）2.5DX，曲線外側(cè)更換為GPZ（II）2.5SX。
（2） 在加固后墩頂設(shè)置臨時(shí)頂梁支點(diǎn)。
4.3 下部結(jié)構(gòu)加固方案
經(jīng)分析考慮，對(duì)C匝道10號(hào)、15號(hào)、20號(hào)墩下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。下部結(jié)構(gòu)加固分三個(gè)方面：
（1） 墩身的加固。
原橋墩身為花瓶式墩，墩身中下部尺寸為200cm×120cm并設(shè)有25cm×15cm倒角的等截面矩形段，上半部分為410cm高的花瓶式變寬段，墩頂平面尺寸為400cm×140cm并設(shè)有10cm×6cm倒角。墩身的加固為對(duì)稱加固，新老墩身豎向中心線重合。加固后的墩身中下部尺寸為360cm×180cm并設(shè)有25cm×15cm倒角的等截面矩形段，上半部分為410cm高的花瓶式變寬段，墩頂平面尺寸為560cm×180cm并設(shè)有25cm×15cm倒角。
在墩身四周各面，以40cm×40cm左右的間距植入普通剪力筋后，綁扎加固墩身鋼筋，逐段澆筑墩身砼。在墩身頂面以下豎向15cm間距種植兩排抗拔鋼筋，橫向間距為30cm。植筋結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行清整，方可進(jìn)行加固部分的鋼筋及砼的施工。
（2） 承臺(tái)的加固。
原橋墩承臺(tái)為縱橫橋向均為320cm、厚200cm的矩形承臺(tái)，加固厚的承臺(tái)尺寸為：橫橋向長(zhǎng)1120cm，縱橋向?qū)?80cm、厚250cm。新舊承臺(tái)底面同標(biāo)高，豎向中心線重合，為對(duì)稱布置。
將原承臺(tái)橫橋向側(cè)面砼鑿除20cm厚，露出橫橋向承臺(tái)底面鋼筋，并將其與加固部分鋼筋雙面等強(qiáng)焊接。將原承臺(tái)頂面及縱橋向側(cè)面充分鑿毛，使新舊砼能結(jié)合緊密，共同受力，并在縱橋向側(cè)面以30cm×30cm左右的間距植入普通剪力筋。
（3） 樁基的加固。
原橋承臺(tái)下樁基為單根直徑180cm樁基，在原橋墩樁基中心線橫橋向兩側(cè)各450cm補(bǔ)設(shè)兩根直徑120cm的樁基，與加固部分承臺(tái)對(duì)應(yīng)。
（4） 下部結(jié)構(gòu)加固要點(diǎn)。
① 墩身及承臺(tái)的施工注意事項(xiàng)。
a.植筋鉆孔應(yīng)盡量采用小的振動(dòng)工藝，植入深度應(yīng)大于12d，直徑為25mm的鋼筋鉆孔直徑為32mm，直徑為20mm的鋼筋鉆孔直徑為28mm，鉆孔時(shí)要避開原結(jié)構(gòu)鋼筋，若鉆眼位置與原結(jié)構(gòu)鋼筋相碰，可適當(dāng)挪動(dòng)鉆眼位置1～2cm，以保證不損傷原結(jié)構(gòu)鋼筋。每個(gè)鉆孔結(jié)束后應(yīng)盡快安排植筋工作。
b.種植錨筋前，鉆孔要用刷子及清潔壓縮空氣清孔，并滿足植筋的干燥要求，抗拔種植錨筋所用的膠劑，設(shè)計(jì)參考采用喜利得HY-150化學(xué)粘合劑固定鋼筋，要求200C凝膠時(shí)間10min以內(nèi)，固化時(shí)間1h以內(nèi)。鉆孔植筋應(yīng)由專業(yè)人員操作，并對(duì)所用膠劑進(jìn)行粘結(jié)抗拔試驗(yàn)，驗(yàn)證凝膠和固化時(shí)間，合格后，方可正常使用，植筋結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行清整。
c.墩身及承臺(tái)原結(jié)構(gòu)表面要充分鑿毛，使新舊混凝土能結(jié)合緊密，共同受力。
② 樁基施工注意事項(xiàng)。
a.樁基施工要求鋼護(hù)筒落入巖面，全過(guò)程采用回旋鉆鉆孔，反循環(huán)吸漿工藝，施工過(guò)程中避免對(duì)樁周土體產(chǎn)生震動(dòng)。
b.樁底進(jìn)入微風(fēng)化巖面長(zhǎng)度應(yīng)全截面進(jìn)入巖面不少于1.5倍樁徑，樁底沉渣不得大于3cm。
c.樁內(nèi)主筋需要焊接時(shí)，每個(gè)斷面接頭數(shù)不應(yīng)超過(guò)主筋的50%，焊接采用雙面焊接，焊縫長(zhǎng)度不小于5d。
5 結(jié)束語(yǔ)
在高速公路橋梁中，匝道橋最容易出現(xiàn)病害，且病害的形式多而雜，匝道橋多為帶坡度的彎橋，病害的檢測(cè)多要采用橋檢車或搭腳手架進(jìn)行，故病害不易發(fā)現(xiàn)，通過(guò)本文的典型病害分析，可以為其它匝道病害的觀測(cè)和加固提供借鑒。
