隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、技術(shù)的不斷進(jìn)步，新設(shè)備、新工藝的不斷涌現(xiàn)，港口裝配機(jī)械及其配套的公路運(yùn)輸系統(tǒng)的大型化和專業(yè)化，極大地促進(jìn)了我國港口碼頭、公路、橋梁的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展。但隨著設(shè)備的大型化，很多早期設(shè)計(jì)的工程因當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，加上年久失修，在超載運(yùn)行下破損嚴(yán)重，個(gè)別甚至危及過往車輛的安全，必須及時(shí)進(jìn)行加固維修，以保證工程的正常使用。近幾年類似工程的修補(bǔ)方案多種多樣。本文通過廣州新沙港鐵路跨線立交橋的維修過程，對橋梁的檢測、設(shè)計(jì)復(fù)核、加固方案設(shè)計(jì)及維修施工進(jìn)行了全面的介紹。
新沙陸域工程的鐵路跨線橋，全橋總長427 m，其中主跨采用15 X 20mT梁，基礎(chǔ)為西55 cm的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，下部為承臺，雙柱式帽梁，上部為預(yù)制安裝20 m鋼筋混凝土T梁；無人行道部分每跨由9片粱組成，人行道部分每跨由11片梁組成。橋面寬14 m，按四車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載等級為“汽車一20級”、“掛一100級”，人群荷載3．5 kN／m2。在6～10號墩間的橋面向兩側(cè)縱向坡度為3．5％ ，其他跨橋面的縱向坡度為4％新沙立交橋建成后，隨著時(shí)間的延續(xù)及新沙港的發(fā)展，通行于新沙立交橋上的車輛軸重已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原橋梁設(shè)計(jì)荷載并有進(jìn)一步增大趨勢。為確保橋梁的安全使用及港口的運(yùn)輸，該橋管理單位委托檢測單位對大橋進(jìn)行了檢測與計(jì)算研究，以便采取相應(yīng)的措施。
1、病害檢測及承載力計(jì)算
1．1 外觀檢測
橋面的主要破損出現(xiàn)在伸縮縫附近及橋面縱向各片T梁連接處，橫縱向裂縫交叉，加劇裂縫發(fā)展。尤其橋面的縱向裂縫使得橋面破損更為嚴(yán)重，以至影響橋梁整體正常使用性能。特別典型的破損是1號墩和2號墩之間的橋面有一片寬約0．7 m，長約16 m的破裂區(qū)，鋼筋外露，影響橋面行車舒適和橋梁的安全。伸縮縫破壞嚴(yán)重，主要為開裂、坑槽，橡膠板斷裂、缺失等。車輛經(jīng)過對接縫有較大沖擊作用，端部出現(xiàn)破損，同時(shí)接縫兩側(cè)出現(xiàn)混凝土脫落鋼筋裸露的現(xiàn)象，少部分橋面混凝土削蝕，鋼筋外露。
連接T梁的橫隔板存在大量裂縫，不少下緣混凝土脫落，焊接鋼板外露銹蝕，降低了橋梁的橫向剛度。橋梁側(cè)向由于保護(hù)層薄、鋼筋外露銹蝕、外層混凝土膨脹脫落，進(jìn)而加劇了外露鋼筋的銹蝕。梁底存在較多的橫向和豎向裂縫。支座處出現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的斜裂縫，橫向和斜向裂縫都有繼續(xù)延伸的趨勢；支座附近斜裂縫導(dǎo)致梁體的抗剪能力差，T梁濕接縫不密實(shí)，透水嚴(yán)重。支座與梁底混凝土間因無鋼筋混凝土墊塊或厚鋼板連結(jié)，長期變形過大、應(yīng)力集中，支座橫向出現(xiàn)錯(cuò)位，影響其正常使用。大部分支座附近淤積堆積物，環(huán)境潮濕，嚴(yán)重影響支座的使用壽命。
1．2 靜載試驗(yàn)結(jié)果
對7～8號跨的20inT梁采用加載方式測定其撓度和應(yīng)力，加載分對稱加載和不對稱加載二種。對稱加載時(shí)，檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；不對稱加載時(shí)，新沙公司側(cè)的撓度值較油脂廠側(cè)撓度要小很多，說明梁體各T梁之間橫向聯(lián)系不強(qiáng)。在卸載30 min后的各控制截面最大殘余變形基本很小，部分超出規(guī)范10％的允許范圍。實(shí)測各測點(diǎn)的最大應(yīng)變值為2．3 X 10 ，最大應(yīng)力值為7．7 MPa，混凝土已開裂，因各T梁橫向聯(lián)系薄弱，導(dǎo)致汽車輪位所在T梁基本承擔(dān)了試驗(yàn)所施加的大部分荷載，與設(shè)計(jì)嚴(yán)重不符。
卸載30 min后測得，結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力基本為0，個(gè)別出現(xiàn)變異現(xiàn)象，有較大的殘余應(yīng)力，表明結(jié)構(gòu)大部分處于彈性工作狀態(tài)，局部損傷較嚴(yán)重的部分混凝土可能進(jìn)入塑性區(qū)域。在距離橋面以下1 in左右，應(yīng)力急劇增大，在正常使用荷載下，部分T梁1 in以下混凝土可能進(jìn)入塑性變形階段。
1．3 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果
動(dòng)載試驗(yàn)測得20 in T梁一階橫向震動(dòng)頻率為0．293 Hz，較理論計(jì)算值4．822 Hz小，說明T梁實(shí)際橫向剛度較弱。
1．4 極限承載能力分析
理論計(jì)算采用空間梁有限元法對全橋進(jìn)行分析，將全橋梁體劃分為若干單元，建立有限元計(jì)算模型進(jìn)行恒載、活載影響線加載。簡支T梁考慮荷載橫向分配系數(shù)影響，選取荷載橫向分配系數(shù)最大的主梁，對試驗(yàn)梁范圍內(nèi)控制截面進(jìn)行極限承載能力計(jì)算。
經(jīng)計(jì)算可知：在原設(shè)計(jì)活載（汽車-20及掛車-100）作用下，主梁的荷載效應(yīng)小于構(gòu)件的承載能力，尚有一定的安全儲(chǔ)備。當(dāng)把活載等級提高至公路I級日時(shí)，主梁控制截面荷載效應(yīng)已非常接近梁截面的抗彎極限彎矩。由于橋上近年來車流量增加，而且多是超重車，對大橋產(chǎn)生較大損傷，影響全橋使用壽命。
2、病害原因分析
通過對該橋外觀檢查、靜動(dòng)載試驗(yàn)及計(jì)算研究，對發(fā)生橋面鋪裝破壞和梁體開裂的現(xiàn)象分析如下：
?。?）橋面板較薄，濕接縫尺寸小，構(gòu)造薄弱，施工時(shí)接縫混凝土澆筑質(zhì)量不易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，造成梁與梁間的荷載橫向傳遞差，使接縫開裂，單梁受力增大。
?。?）混凝土鋪裝層太薄，澆筑前橋石板無鑿毛、清除浮漿，并沖洗干凈，致使?jié)仓蠖呓Y(jié)合差，常發(fā)生分層現(xiàn)象，再加上T梁預(yù)制安裝不準(zhǔn)確，相鄰梁翼緣高低不平，鋪裝層混凝土厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，常被壓碎，不能與橋面板整體化作用，引起橋面破壞。
?。?）在橋面伸縮縫處，當(dāng)伸縮縫質(zhì)量和安裝精度不夠時(shí)，超重超載車頻繁沖擊，造成橋面振動(dòng)過大或橋面伸縮縫處強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)致此處混凝土開裂，伸縮縫破壞。
?。?）不少橫隔板焊接鋼板外露銹蝕，各橫隔梁聯(lián)系薄弱，荷載集中承受在個(gè)別T梁上，嚴(yán)重降低了橋梁整體橫向剛度，引起裂縫快速擴(kuò)展。
（5）梁體端部腹板偏薄，抗剪能力差，致使支座處出現(xiàn)了較多斜裂縫和豎向裂縫，且有繼續(xù)延伸的趨勢。眾多斜裂縫和豎向裂縫使結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度已低于原設(shè)計(jì)承載力要求。
?。?）T梁中橫隔板存在大量裂縫，不少下緣混凝土脫落嚴(yán)重，產(chǎn)生原因與橋面較寬，輪載過重和偏載明顯（入港和出港車輛軸重差距很大）有關(guān)。
（7）車輛超載嚴(yán)重。超載有以下幾種情形：①整車質(zhì)量超過設(shè)計(jì)車輛重量；②單軸重量超過設(shè)計(jì)車輛單軸重量；⑧車輛超速，使其沖擊系數(shù)超過規(guī)范值。頻繁的超載車輛使結(jié)構(gòu)處于高應(yīng)力幅工作狀態(tài)，降低了橋梁結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)和使用耐久性，直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞、跨塌，造成嚴(yán)重后果。
3、加固方案設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)維修方案從加強(qiáng)結(jié)構(gòu)受力面積和增大結(jié)構(gòu)的抗裂能力二方面考慮，不同部位的加強(qiáng)方案如下：
3．1 橋面鋪裝層
橋面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，拆除舊橋面鋪裝層，清理鑿毛后在T梁腹板頂部表面，順橋向間距30 cm植
12鋼筋；新橋面鋪裝采用6 cm厚瀝青混凝土+13．25 cm（8～18．5 cm）鋼筋混凝土，鋼筋混凝土中布置1層
12@15 cm X 15 cm鋼筋網(wǎng)。在瀝青混凝土與整體化現(xiàn)澆層間設(shè)防水層。
3．2 橋面連續(xù)
在施工橋面整體化層前，用聚苯乙烯泡沫板塞嚴(yán)連續(xù)縫，在橋面連續(xù)縫處縱向整平30 cm寬，噴刷2遍熱瀝青，然后鋪一層塑料薄膜，密貼板端；配置縱向短鋼筋，加強(qiáng)橋面連續(xù)，加強(qiáng)鋼筋部分長度做失效處理。橋面連續(xù)與橋面整體化層混凝土一同澆筑，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80％以上后，鋸縫填塞瀝青馬蹄脂，最后整體鋪設(shè)瀝青混凝土。
3．3 伸縮縫
改造時(shí)，拆除舊伸縮縫，采用3跨一聯(lián)，全橋共5聯(lián)，只設(shè)6道淺埋式橫向50型伸縮縫。
3．4 T 粱
T梁腹板在支座附近出現(xiàn)了較多的斜裂縫和豎向裂縫，腹板底部出現(xiàn)較多橫向裂縫，故對T梁采取以下加固措施：
（1）T梁腹板底部貼兩層碳纖維布以提高抗彎承載力。
?。?）靠近腹板端部3．4 m范圍內(nèi)，腹板進(jìn)行單側(cè)加厚，加厚混凝土厚度為5 em，加厚部分與原梁體通過植筋連接成整體，內(nèi)置1層蟲
10@10 cmX 10 em的鋼筋網(wǎng)。
?。?）在加厚段貼碳纖維布，布條寬12 cm，間距20 em。為了提高碳纖維的使用年限和承載能力，采用U形碳纖維錨固箍。
?。?）原設(shè)計(jì)橫隔板采用鋼板焊接，鋼板銹蝕，聯(lián)系較弱，為增強(qiáng)梁體間連接，現(xiàn)將橫隔板鑿除50 em X 80 em的矩形塊，側(cè)面植筋后，內(nèi)置鋼筋網(wǎng)，下面兩排鋼筋與原有的隔板中空
22預(yù)留鋼筋焊接，澆筑混凝土，加強(qiáng)T梁之間連接。
3．5 支座
考慮到結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性，改造時(shí)將舊支座拆除，用新的板式橡膠支座更換，將支座承載能力提高一級。
4、主要加固施工工藝
4．1 鉆孔植筋
植筋施工方法
?。?）鉆孔：孔深與錨筋埋設(shè)深度相同，孔徑比錨筋直徑大2—4 mm，孔位應(yīng)避讓構(gòu)造鋼筋，孔道應(yīng)順直。
（2）清理鉆孔：孔道先用硬鬃毛刷清理，再以高壓干燥空氣吹去孔底灰塵、碎片和水分，孔內(nèi)應(yīng)保持干燥。
?。?）灌膠：將植筋膠由孔底灌注至孔深2／3處，待插入錨筋后，膠即充滿整個(gè)孔洞。
?。?）插入錨筋：錨筋插入前應(yīng)先以鋼刷清除插入部分的表面污物，再用丙酮擦凈、拭干鋼筋。須插到孔底，孔口多余的膠應(yīng)清除。
?。?）在膠液干固之前，避免擾動(dòng)錨固鋼筋，孔位附近不應(yīng)有明水。
?。?）植筋鉆完孔后，應(yīng)立即清理干凈，并予以植埋，避免成片植筋孔長時(shí)間空待。
4．2 粘貼碳纖維布H
粘貼碳纖維布工藝流程如下：
打磨、清理梁體表面一粘貼表面找平一涂刷第一層粘貼（底層）膠一涂刷第二層粘貼膠一粘貼碳纖維布（第一層）一涂刷第三層粘貼膠一粘貼碳纖維布（第二層）一涂刷第四層粘貼膠一養(yǎng)護(hù)一檢驗(yàn)粘貼質(zhì)量。
粘貼碳纖維布施工工藝
（1）首先將需要粘貼碳纖維布部位用砂輪打磨平整，清除表面腐蝕、剝落的混凝土和灰塵，使粘貼面露出骨料，表面有油污的應(yīng)用脫脂棉紗蘸丙酮或二甲苯溶液等清洗，然后用高壓水槍清洗梁體粘貼面的粉塵。按設(shè)計(jì)要求對梁體裂縫進(jìn)行灌縫或封縫處理，混凝土的凹陷部位用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)找平。
（2）找平材料表面干燥后，把刷涂料用的滾子蘸以事先配好的碳纖維粘結(jié)膠，在梁體粘貼面上來回滾動(dòng)，涂抹一層底膠。粘結(jié)膠由環(huán)氧類主料和固化劑2種材料配制而成，兩者的推薦重量比為3：1。也可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)固化劑的用量來加快或延緩膠體的固化時(shí)間。
按以上的比例配制的粘結(jié)膠固化時(shí)間為20—40 min固化時(shí)間也會(huì)受到溫度影響，溫度較高時(shí)固化較快。推薦的施工溫度為20℃ ，施工溫度低于5℃或雨天應(yīng)停止施工。粘結(jié)膠不能與水相溶，因此必須保持粘貼面的干燥。底膠須涂抹均勻，使梁體表面充分浸透，但也不宜過多，以不形成聚集的小液滴為好，防止底膠固化后形成小疙瘩，影響碳纖維布的粘貼質(zhì)量。
?。?）底膠固化4 h以后，方可涂抹第二層膠及粘貼碳纖維布 轱一層）。碳纖維布纖維條的方向應(yīng)與加固部位受拉力的方向一致。粘貼時(shí)，要一次粘貼平整，用滾子順著纖維走向來回滾動(dòng)，防止形成褶皺、損傷纖維條或多次擾動(dòng)碳纖維橫向的編制線，以免碳纖維條松散或改變碳纖維條的受力方向。碳纖維布確實(shí)需要搭接時(shí)，接頭處至少要搭接10 cm以上，搭接部位應(yīng)避開構(gòu)件應(yīng)力最大區(qū)段，且搭接端應(yīng)平整無翹曲。多層搭接的各層接151位置應(yīng)不在同一截面上，每層接口位置的凈距離應(yīng)大于20 cm。
?。?）粘貼強(qiáng)度形成期間f_一般為3 d）不得有加載、振動(dòng)等干擾，必要時(shí)應(yīng)保持成形所需要的壓力。在固化4 h后，涂抹第三層膠及粘貼碳纖維布（第二層），在固化4 h后，再涂抹第四層膠，以保護(hù)碳纖維布不受外界環(huán)境條件影響。涂抹要均勻，防止漏抹。
5、結(jié)語
新沙立交橋在加固改造完成之后，經(jīng)半年多的試通車營運(yùn)，該橋使用狀況良好，說明加固設(shè)計(jì)的方案是成功的。
采用該方案的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
?。?）通過對橋面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，增大了結(jié)構(gòu)的受力面積，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，使結(jié)構(gòu)的受力合理。
（2）采用植筋以及粘貼碳纖維布等加固方法 ，加固技術(shù)成熟。
?。?）該施工方案簡單易行，操作方便，無需大型設(shè)備。該橋的成功加固維修，也為今后類似橋梁的加固積累了一些經(jīng)驗(yàn)：
?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須有一定的安全儲(chǔ)備，要考慮多種不利因素，要考慮使用過程中的各種條件變化。
?。?）結(jié)構(gòu)物的超載使用對結(jié)構(gòu)的影響較大，極大地縮短了結(jié)構(gòu)的使用壽命，而且安全隱患較多，必須及時(shí)進(jìn)行加固，以保證安全使用。
（3）結(jié)構(gòu)物一旦受力超過極限，將會(huì)極大地影響周圍結(jié)構(gòu)的受力，出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，使原有結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)條件發(fā)生較大變化，從而危及結(jié)構(gòu)物的安全使用。
?。?）加固設(shè)計(jì)方案要有主次，在滿足受力條件的前提下，還要對結(jié)構(gòu)在構(gòu)造方面進(jìn)行加強(qiáng)。
?。?）修補(bǔ)方案要考慮現(xiàn)場的實(shí)際操作條件，在保證受力的條件下盡量降低操作難度，以達(dá)到保證施工質(zhì)量的目的。
