上部荷载增加及中线偏位的桥梁加固.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除上部荷载增加及中线偏位的桥梁加固摘 要：在桥梁加固过程中为了提高桥梁承载能力，往往需要对桥梁上部结构进行变更，比如增加上部结构截面尺寸，增加桥面铺装厚度等。然而，这种变更会引起桥梁上部荷载的增加，给加固设计带来新的问题。同时，由于路线的重新设计，既有桥梁中心线的偏位问题也成为桥梁加固过程中必须解决的问题。本文结合广东省清远至连州一级公路改造（高速）项目K2163+710.62阳山分离式立交桥加固情况，对上部荷载增加及桥梁偏位的桥梁加固问题进行探讨。关键词：桥梁加固 荷载 偏位 1 概述广东省清远市国道107线清远至连州一级公路改造（高速）项目，K2163+710.62阳山分离式立交桥，跨径组合为16+20+16m，原桥上部结构采用预应力钢筋混凝土矮箱梁，下部采用柱式墩桩基础、重力式U型桥台扩大基础。原桥上部结构截面尺寸偏小，结构抗力不足，经过十年时间的运营，梁体出现较为严重的裂缝病害，需要进行加固。业主要求桥梁加固后荷载等级恢复为新规范公路级标准，按照此标准对原桥上部结构进行检算，结果表明原矮箱梁结构由于截面尺寸偏小，结构抗力储备不足，无法满足目前荷载等级，加之其病害情况严重，失去加固利用条件，确定将上部结构更换为先张法预应力混凝土空心板。另外，由于路线新设计方案与既有路线之间存在一定量的偏差，该桥中心线出现较大偏位，需要在加固过程中进行调整。2 加固方案确定2.1 上部恒载分析本加固方案对桥梁上部结构进行拆除重建，更换原矮箱梁为先张法预应力混凝土空心板，桥面现浇层及整体化层厚度由原15cm增加至18cm，上部内外侧护栏形式按照新规范进行调整。原桥上部结构采用预应力钢筋混凝土矮箱梁，单梁顶宽245cm，底宽135cm，20m跨梁高90cm，单梁重量38.4t，16m跨梁高75cm，单梁重量29.0t，单幅桥梁横向布置5片。整体化层铺装层厚度15cm，采用C40混凝土。更换为先张法预应力混凝土空心板，中板宽度100cm，边板底宽100cm、外侧悬臂25cm、内侧无悬臂，20m跨板梁高度85cm，16m跨板梁高度70cm。单板重量分别为：20m跨中板22.3t、外侧边板27.4t、内侧边板25.4t；16m跨中板16.5t、外侧边板20.0t、内侧边板18.5t，单幅横向布置为：外侧边板1片中板10片内侧边板1片。整体化层及铺装层厚度18cm，采用C40混凝土。由于护栏形式变化较小，对恒载影响甚微，故对上部恒载分析时对护栏部分按照相同结构进行计算。外侧护栏单侧每延米重量约1.05t，内侧护栏两侧每延米重量约1.04t。为方便比较，本文只对1号桥墩墩顶荷载进行比较。护栏恒载计算：1.05（16+20）/21.04/2（16+20）/228.3t原桥上部恒载计算：38.4529.050.1512.24（16+20）2.6/228.3282.7t变更后上部恒载计算：（27.422.31025.4）/2（20.016.51018.5）/20.1812.24(16+20)2.6/228.3371.1t上部恒载变化百分比：（371.1282.7）282.7100%31.3%从比较数据看，桥梁加固后恒载增加31.3。2.2活载分析该项目为升级改造项目，公路等级由原一级提升为高速公路，该桥加固后荷载等级按照新规范公路级标准执行，与原桥设计的汽20、挂100相比也相应的增加不少。原桥汽20、挂100活载：按照最不利情况布载三车道，折减系数取0.8，盖梁顶活载为823.8KN84.1 t。提升为公路级后活载：按照最不利情况布载三车道，折减系数取0.78，盖梁顶活载为985.1KN100.5 t。活载比较：（100.584.1）84.1100%19.5%。从比较数据看，桥梁加固后活载增加19.5%。2.3 中线偏位分析由于路线重新设计，既有桥梁中心线往往与新路线设计存在偏差。现场采用选控制点测坐标的方法进行偏位确定。选择桥梁墩台上中心点、两侧边缘构造点为控制点，准确测得各点坐标后，在新的设计线上进行计算机放样，确定旧桥与新线的准确相对位置。根据分析结果，新线相对于旧桥中心线偏位，0号台左偏40cm，3号台左偏50cm。桥墩的偏位问题由于受交角的影响较为复杂，根据分析结果，1号墩盖梁左幅左偏71cm，右幅左偏42cm；2号墩盖梁左幅左偏51.5cm，右幅左偏39.5cm。2.4 下部结构分析为了满足上部荷载的增加，必须对下部结构进行必要地分析，由于原桥设计图纸及竣工资料缺失，现场采取回弹仪进行混凝土标号确定，并采用挖探、取芯等方法，对桥梁下部结构地质情况、结构尺寸及工程质量等进行详细的资料收集，并根据资料对桥梁下部情况进行分析。2.4.1 桥台分析桥台台身为重力式U型桥台，基础为扩大基础，根据回弹仪数据确定桥台为30号混凝土，基础为25号混凝土。考虑旧桥地基的承载力提高，经计算，桥台符合新设计要求。2.4.2桥墩分析采用机械凿除设备对盖梁局部进行凿除，了解盖梁配筋情况，盖梁跨中上缘1220，跨中下缘2420钢筋，墩顶上缘2420，墩顶下缘1220，墩柱两侧弯起1220，钢筋为二级螺纹钢。 图1 原盖梁钢筋 图2 原盖梁钢筋由于桥梁偏位，需要调整盖梁两侧悬臂长度。经计算，盖梁跨中抗弯刚度富余较少，墩顶抗力不足，左右幅盖梁左侧悬臂靠近墩柱处抗剪严重不足。综合偏位调整，对贴钢加固与拆除盖梁重新修建方案进行比较，确定拆除盖梁重新浇注。现场采用专业取芯钻机进行取芯，规格100mm，取芯长度根据上部荷载增加后桩基长度取为被交路路面以下20m。由于地质情况不详，钻芯时要求：当钻机进尺大于原桩基长度但小于20m时如遇基岩则进岩三米后停止。经过钻芯，桥墩桩基混凝土均匀，桩长20m，桩底地质良好。根据加固计算，桩基满足桥梁加固后要求。3加固措施经过对桥台、桥墩的详细分析后，确定加固基本方法为，桥台左幅向左侧加宽，桥墩盖梁拆除重建。3.1桥台处理由于桥梁中心线偏位，桥台左幅需要向左侧加宽，根据测量0号台左侧加宽40cm，3号台左侧加宽50cm。拆除左侧锥坡防护后，清理原桥台侧面，按照40cm间距梅花形布置，植入16mm钢筋，钢筋末端设置向上不小于10cm的直弯钩，以利于新增混凝土钢筋网的连接，钢筋网采用12mm钢筋20cm20cm布置。为了增加新旧混凝土的粘结力，对旧混凝土表面应进行充分凿毛清理，涂刷专用粘结剂效果更好。由于原桥台帽、背墙混凝土质量较差，加之台帽新设计高程较原高程低，故而对原台帽进行拆除重建，同时按照新的台身长度对台帽、背墙进行加长。3.2桥墩处理桥墩盖梁进行拆除重建。按照放样结果，1号墩盖梁左幅左偏71cm，右幅左偏42cm；2号墩盖梁左幅左偏51.5cm，右幅左偏39.5cm。为了解决原盖梁存在的抗力不足等问题，新建盖梁设计中考虑增加盖梁高度，主钢筋由原20mm提高为28mm，并根据结构进算，增加主筋根数。对于悬臂段抗剪问题，在墩柱附近增加弯起钢筋数量，并按照合理间距进行层次布置。从新的设计方案看，这种偏位较大的盖梁，由于较长一侧悬臂的抗剪要求，配筋率一般较高，本桥主筋达到130.5kg/m3以上。另外，为了增加新盖梁与旧墩柱的结合，设计要求按照新的设计高程，将墩柱顶凿毛，按照原钢筋进行接长处理，接长时按照规范进行错缝布置，并保证焊接牢固。加高部分墩柱钢筋伸入盖梁1.0m，并设置弯折。墩柱顶60cm范围充分清洗、打磨后，缠绕一层碳纤维布，圈与圈之间重叠5cm，规格采用300g/m2。4 结论对该桥进行上部梁板更换，并进行下部结构加固，调整偏位后，桥梁线形符合路线设计要求，结构安全性能得到提高，已于2008年12月顺利通车，经过通车后的观测，未出现基础沉降和结构局部不良裂缝等病害，加固效果良好。通过该桥的