一、 項目概況
橋梁長度2081.018m；橋梁設(shè)計荷載：汽車-超20級，掛車-120，橋面全寬：24.5m，設(shè)計車速：80km/h。
2008年2月7日凌晨由于橋下堆積物失火， 76號墩處墩身及箱梁表面產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損傷。
二、 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 2008年2月7日凌晨大橋橋下第十五聯(lián)76號墩處發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)持續(xù)時間約1小時，采用冷水滅火。根據(jù)檢測報告及火災(zāi)后現(xiàn)場勘察結(jié)果，大橋目前結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀如下：
1、B道(左幅)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
(1) 上部結(jié)構(gòu)
箱梁受大火影響，底板及翼緣板混凝土大面積剝落，抗裂鋼筋網(wǎng)已完全與混凝土剝離。腹板處鉆芯取樣試驗結(jié)果表明，混凝土強度滿足規(guī)范要求。經(jīng)檢測，箱梁底板最大損傷厚度為70mm，翼板最大損傷厚度為80mm，腹板最大損傷厚度為50mm；
(2) 下部結(jié)構(gòu)
76號墩柱出現(xiàn)較多豎向裂縫，最大裂縫寬度0.4mm，混凝土環(huán)向大面積剝落，混凝土未剝落處敲擊呈空鼓聲，經(jīng)檢測，76號墩B道墩柱混凝土強度滿足規(guī)范要求，最大損傷深度90mm；
(3) 支座使用情況
經(jīng)仔細(xì)檢查，B道76號墩墩頂支座局部損壞，已無法滿足橋梁運營的正常使用要求。
2、A道(右幅)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
(1) 上部結(jié)構(gòu)
大橋箱梁受大火影響，局部出現(xiàn)混凝土剝落、掉塊、鋼筋外露現(xiàn)象。腹板處鉆芯取樣試驗結(jié)果表明，混凝土強度滿足規(guī)范要求。經(jīng)檢測，箱梁底板最大損傷厚度為24mm，翼板最大損傷厚度為80mm，腹板最大損傷厚度為21mm；
(2) 下部結(jié)構(gòu)
76號墩柱局部有豎向裂縫，最大裂縫寬度0.08mm，敲擊局部呈空鼓聲。芯樣試驗結(jié)果表明，墩柱混凝土強度滿足規(guī)范要求，最大損傷厚度為60mm。
(3) 支座使用情況
經(jīng)仔細(xì)檢查，A道76號墩墩頂支座未見異常情況，可滿足橋梁運營的正常使用要求。
三、 加固前結(jié)構(gòu)驗算 1、驗算目的
通過對大橋第十五聯(lián)進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算分析，掌握橋梁結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后的實際承載能力狀況，為業(yè)主的決策及加固設(shè)計提供依據(jù)。
2、驗算內(nèi)容
依據(jù)竣工圖資料及橋梁檢測報告中橋梁的實測尺寸，對大橋第十五聯(lián)進(jìn)行驗算，主要驗算內(nèi)容如下：
(1) 正常使用極限狀態(tài)下箱梁的應(yīng)力驗算；
(2) 承載能力極限狀態(tài)下箱梁的極限承載能力驗算；
(3) 箱梁翼緣板承載能力驗算；
(4) 箱梁頂升驗算。
3、主要材料及其設(shè)計參數(shù)
(1)上部結(jié)構(gòu)計算采用空間桿系計算程序3DBSA2006進(jìn)行計算，計算內(nèi)容包括成橋狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、支座強迫位移(按錯墩沉降，沉降量為0.8cm考慮)、活載、結(jié)構(gòu)均勻溫度作用(箱梁整體升溫按15℃計，整體降溫按20℃計)、豎向日照溫差(±5℃計)等作用的計算，以及施工階段計算。荷載組合按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行組合。
(2)驗算荷載
?、?設(shè)計速度：80公里/小時
?、?nbsp;設(shè)計荷載：汽車－超20級 掛車－120
(3)材料參數(shù)
縱向預(yù)應(yīng)力錨下控制應(yīng)力 1395MPa
孔道偏差系數(shù) 0.0015
一端錨具回縮 0.006m
鋼束松弛率 0.035
松弛系數(shù) 0.300
預(yù)應(yīng)力孔道摩擦系數(shù) 0.25
支座不均勻沉降 0.008m
混凝土抗壓彈性模量 3.5×104MPa (50號)
鋼絞線的彈性模量 1.95×105 MPa
(4) 截面折減情況
根據(jù)實際情況，對76號墩前后側(cè)各6m范圍箱梁截面進(jìn)行折減，梁底板下緣混凝土折減7cm，翼板下緣混凝土折減8cm，腹板外側(cè)混凝土折減5cm。
(5) 荷載組合
共計算了三種荷載組合。
組合Ⅰ：恒載＋汽車荷載＋支座沉降；
組合Ⅱ：恒載＋汽車荷載＋支座沉降＋整體升溫＋正溫度梯度；
組合Ⅱ：恒載＋汽車荷載＋支座沉降＋整體降溫＋負(fù)溫度梯度；
組合Ⅲ：恒載＋掛車荷載＋支座沉降。
(6) 結(jié)構(gòu)單元離散圖
圖4－1結(jié)構(gòu)單元離散圖
4、驗算結(jié)果
火災(zāi)后76號墩頂承載力為13748 kN·m< 15740×0.9＝14166kN·m，承載力不滿足要求。
主梁在76號墩頂處應(yīng)力為-0.47MPa(拉應(yīng)力)，滿足原設(shè)計部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件要求。
支座頂升過程中（頂升行程按20mm計算），主梁在76號墩頂處將產(chǎn)生0.75 MPa的拉應(yīng)力，將對受力產(chǎn)生不利影響。
四、 加固設(shè)計方案 目前由于B道受大火影響損壞較A道相對嚴(yán)重，同時又正值春運時期，依據(jù)2008年2月9日由業(yè)主主持的專家會議精神，決定先對A道進(jìn)行臨時加固處理，確保大橋的車輛通行，然后再對B道進(jìn)行加固維修處理，待B道加固施工完成后，通車后再對A道進(jìn)行加固處理，目前A道臨時加固工程已經(jīng)完成，根據(jù)既有病害情況及結(jié)構(gòu)驗算情況對大橋加固方案設(shè)計如下：
1、B道加固方案
(1) 上部結(jié)構(gòu)
大橋火災(zāi)后箱梁加固主要為箱梁的原結(jié)構(gòu)截面尺寸補強及箱梁的結(jié)構(gòu)受力加固，原結(jié)構(gòu)截面尺寸補強目的在于通過利用高強材料將箱梁失效混凝土置換的方式恢復(fù)受損箱梁截面受壓區(qū)高度，達(dá)到截面補強的目的。同時考慮到截面后期補強，截面應(yīng)力重新分布，新增混凝土只承擔(dān)活載內(nèi)力，為確保加固施工過程箱梁頂升及后期運營大橋的安全，本次加固設(shè)計根據(jù)結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果對箱梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)受力加固，結(jié)構(gòu)受力加固擬采用在受損箱梁頂板增設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束或在頂板處粘貼鋼板兩種方案對箱梁進(jìn)行加固。
截面補強方案一：
首先將底板、翼板松散部分混凝土鑿除，在底板種植鋼筋，重新掛鋼筋網(wǎng)，然后再利用環(huán)氧混凝土將受損部位混凝土修復(fù)。
鑒于火災(zāi)后大橋76號墩處箱梁承載能力不足，同時由于更換支座的需要，大橋需在76號墩處將箱梁頂升1～2cm，為支座頂升提高安全儲備，確保大橋加固施工過程中的安全，本次加固設(shè)計采用在76號墩墩頂增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束的方式以提高箱梁極限承載能力。
B道箱梁主要施工工藝如下：
1) 搭設(shè)臨時支架
在76號墩25m范圍內(nèi)搭設(shè)滿堂支架，利用木楔將箱梁與支架抵緊，將箱梁76號墩處內(nèi)力減小。由于76號墩處處于軟土地基地段，支架搭設(shè)前應(yīng)對地基進(jìn)行處理，建議采用打入式鋼管樁做為滿堂支架基礎(chǔ)；
2) 原結(jié)構(gòu)表面處理
首先割除原箱梁外露鋼筋網(wǎng)，剔除表面松散混凝土，將箱梁缺損面鑿毛處理，為保證后期環(huán)氧混凝土澆筑質(zhì)量，在鑿除箱梁表面松散混凝土的基礎(chǔ)上，將箱梁新鮮混凝土多鑿除2～3cm；
3) 植鋼筋，焊接新的鋼筋網(wǎng)
依據(jù)設(shè)計圖紙，在翼板、腹板及底板位置種植鋼筋，種植鋼筋采用HRB335φ16螺紋鋼筋，打孔直徑20mm，植入深度23cm。由于底板處混凝土較薄，植筋時可將底板混凝土打穿，在箱梁內(nèi)將植鋼與焊錨墊板連接。
植筋完成后，依據(jù)設(shè)計圖紙，將箱梁原鋼筋網(wǎng)片恢復(fù)，在鋼筋割斷處將新的鋼筋網(wǎng)片與原鋼筋焊接，新植鋼筋應(yīng)勾住新增鋼筋網(wǎng)底(外)層鋼筋，新增鋼筋與植筋的連接可利用扎絲綁扎，禁止新增鋼筋網(wǎng)與植筋直接焊接。
4) 澆筑混凝土
按要求配制細(xì)骨料環(huán)氧混凝土，混凝土澆筑過程可考慮分段澆筑，澆筑過程應(yīng)密切注意混凝土澆筑質(zhì)量，避免蜂窩、麻面及空洞的出現(xiàn)。
截面補強方案二：
將底板處混凝土外部鑿除，將底板鋼筋割除，并預(yù)留出足夠搭接長度，再立模綁扎新的底板鋼筋網(wǎng)，最后澆筑高性能混凝土。具體施工工藝如下：
1) 原結(jié)構(gòu)表面處理
依據(jù)設(shè)計圖紙在設(shè)計位置按先內(nèi)側(cè)，后外側(cè)的順序?qū)⒌装寤炷凌彸徎炷凉ぞ邞?yīng)選用小型工具，嚴(yán)禁使用大型工具或微爆破的方式鑿除頂板混凝土，避免鑿除混凝土過程對箱梁產(chǎn)生過大干擾。
2）綁扎鋼筋網(wǎng)
按設(shè)計要求將底板上、下兩層鋼筋網(wǎng)恢復(fù)，鋼筋綁扎及連接應(yīng)滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041－2000)要求。
3）澆筑混凝土
按要求配制細(xì)骨料混凝土，混凝土澆筑過程可考慮分段澆筑，澆筑過程應(yīng)密切注意混凝土澆筑質(zhì)量，避免蜂窩、麻面及空洞的出現(xiàn)。
箱梁加固方案一：
增設(shè)箱梁頂板預(yù)應(yīng)力鋼束
a. 首先拆除原橋面瀝青混凝土鋪裝層，依據(jù)設(shè)計圖紙在梁頂準(zhǔn)確放樣、開設(shè)槽口，同時將槽品處原箱梁頂板鋼筋割除，并預(yù)留出足夠的搭接長度；
b. 按設(shè)計要求布置預(yù)應(yīng)力鋼絞線，新增預(yù)應(yīng)力鋼束布置于箱梁頂板頂層鋼筋上緣，安裝預(yù)應(yīng)力錨具，焊接新增預(yù)應(yīng)力齒板鋼筋；
c. 澆筑預(yù)應(yīng)力齒板混凝土，混凝土采用C50細(xì)骨料環(huán)氧混凝土，澆筑過程中應(yīng)采取有效措施確?；炷翝仓軐?。
d. 齒板混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度90%后，依次按先短束后長束的順序張拉預(yù)應(yīng)力；
e. 恢復(fù)張拉槽口鋼筋，澆筑張拉槽口及頂板鋼束槽口混凝土，混凝土采用C55細(xì)骨料環(huán)氧混凝土
f. 恢復(fù)橋面瀝青混凝土鋪裝層。
箱梁加固方案二：
箱梁頂板粘貼鋼板
1) 原主梁梁底處理
a. 對主梁梁底進(jìn)行抹漿處理前，應(yīng)首先按設(shè)計要求對裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理。
b. 將原結(jié)構(gòu)表面的松散混凝土及浮渣、污物等予以清除。
2) 原結(jié)構(gòu)粘鋼表面的處理
a. 用修復(fù)材料將粘鋼(16Mn)表面修復(fù)平整。
b. 被粘貼混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出結(jié)構(gòu)斷面。
c. 將混凝土表面清理干凈并保持干燥。
d. 鉆制漲錨螺栓預(yù)留孔。
3) 鋼板防腐
鋼板防腐涂裝工序：
a. 鋼板人工打磨除銹；
b. 鋼板涂刷底漆3道；
c. 鋼板安裝；
d. 安裝檢查，對安裝過程中造成的底漆破損進(jìn)行補漆；
e. 鋼板涂刷面漆4道。
4) 粘貼鋼板
a. 配制界面膠。
b. 將界面膠均勻涂抹于所要粘貼的部位。
c. 粘貼鋼板，使粘貼界面充分接觸。
d. 在跨中鋼板底部安裝漲錨螺栓，并對鋼板進(jìn)行加壓固定，對于端部鋼板可采取架設(shè)臨時支撐的方式進(jìn)行加壓固定。
(2) 下部結(jié)構(gòu)
待梁體頂升完畢，上部結(jié)構(gòu)箱梁恒載全部轉(zhuǎn)移至臨時支架上后，將76號墩柱松散混凝土全部鑿除，重植鋼筋，掛鋼筋網(wǎng)，利用增大截面法對受損墩柱進(jìn)行加固處理；
B道墩柱主要施工工藝如下：
1) 原結(jié)構(gòu)表面處理
為了使新、老混凝土能夠很好地結(jié)合，并共同參與受力，在加固前應(yīng)首先將原結(jié)構(gòu)表面松散混凝土剔除，一般以露出新鮮混凝土為宜，并將混凝土結(jié)合面進(jìn)行鑿毛處理，在鑿毛過程中采用人工鑿毛的方式進(jìn)行，在鑿毛工作完成后，用高壓水或無油壓縮空氣將表面的灰塵及油污清理干凈，干燥后待用。
2) 植筋
待完成混凝土缺損區(qū)域修補，在豎向新增一排HRB335 φ16螺紋鋼筋，新增鋼筋的下端植入承臺。依據(jù)設(shè)計圖紙，在墩身植入HRB335 φ12螺紋鋼筋。禁止在素混凝土區(qū)域及缺陷修補未完成時進(jìn)行植筋操作。
植筋錨固深度根據(jù)GB50367-2006之12.2.3公式計算確定，嚴(yán)禁按短期拉拔試驗值或廠商技術(shù)手冊推薦值采用，其中豎向HRB335 φ16螺紋鋼筋鉆孔直徑設(shè)計值d＝20㎜，植筋深度：33㎝，橫向HRB335 φ12螺紋鋼筋鉆孔直徑設(shè)計值d＝15㎜，植筋深度18㎝。
3) 綁扎D8冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)
按設(shè)計要求綁扎鋼筋網(wǎng)，應(yīng)保證D8冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)有足夠的保護(hù)層厚度。
4) 澆筑高性能混凝土
應(yīng)按設(shè)計圖紙進(jìn)行立模，然后再澆筑混凝土，并振搗密實。
在澆筑混凝土過程中，可考慮豎向分層澆筑，為避免混凝土發(fā)生離析，應(yīng)避免從高空拋落。在混凝土澆筑完成后，應(yīng)注意做好養(yǎng)護(hù)。
(3) 支座處理
由于B道76號墩墩頂支座待梁體頂升完畢后，更換新的支座。所有工序完成后，將箱梁回落至新更換支座。具體施工工藝如下：
1) 頂升支架基礎(chǔ)設(shè)置
由于大橋第十五聯(lián)處于軟土地基路段，頂升支架基礎(chǔ)無法設(shè)置于地基上，且依據(jù)竣工圖資料，76號墩承臺樁基設(shè)計中已考慮了臨時支架的重量，故76號墩支座更換頂升支架設(shè)置于承臺上，確保頂升施工的安全進(jìn)行。
2) 搭設(shè)頂升支架
在梁底與鋼管混凝土支架中間安裝頂梁的千斤頂，千斤頂本身不接觸梁底部位，為了保證頂起過程中不致?lián)p傷梁底，在梁底和千斤頂接觸處用厚約2厘米的橡膠板墊實，確保軟接觸密合。在基礎(chǔ)和梁間由4根直徑100cm鋼套筒，內(nèi)填C25混凝土構(gòu)成支撐架，用于箱梁頂升。
3) 安裝千斤頂及觀測裝置
頂升施工擬采用4臺400噸液壓千斤頂，千斤頂安放在支架立柱上部的千斤頂支座上，千斤頂上下均墊鋪2層δ＝20mm鋼板。同時，由于箱梁有橫坡所以在千斤頂頂面與支架之間支墊楔型鋼板，確保千斤頂穩(wěn)定。
觀測裝置采用靈敏度較高的百分表來控制頂升高度。百分表設(shè)在箱梁底板墩頂位置，內(nèi)外側(cè)各設(shè)置一個，頂升時若兩個百分表讀數(shù)偏差較大，則立即停止頂升，待查明原因后，方可繼續(xù)進(jìn)行頂升工作。
4) 頂升梁體
a. 試頂：支撐架、千斤頂安裝完畢，即開始試頂；試頂主要是為了消除支撐本身的非彈性變形或沉降，在主梁還沒有正式起時即可停止，并停放1小時進(jìn)行觀察無任何變化后才能開始整體頂升。
b. 整體頂升：試頂完成后，在專業(yè)人員的統(tǒng)一指揮下所有千斤頂慢慢用力整體頂起梁體使其離開原支座約1.5厘米立刻停止，并立即在支架與梁間增設(shè)若干個鋼筋混凝土預(yù)制塊形成臨時固定點，以增加接觸點和面積，提高頂升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保橋梁整體安全。
5) 支座更換
梁體頂升完畢后，將原支座拆除，支座位置用高標(biāo)號環(huán)氧樹脂砂漿找平，安裝新的支座，最后慢慢落架，去掉混凝土塊和千斤頂，拆除臨時支撐。
(4) 橋面排水恢復(fù)
依據(jù)設(shè)計圖紙，將火毀的橋面排水管恢復(fù)。
2、A道加固方案
(1) 上部結(jié)構(gòu)箱梁
鑿除箱梁松散部分混凝土，將外露鋼筋表面清理干凈，再利用環(huán)氧砂漿對缺損部位進(jìn)行修復(fù)；
(2) 下部結(jié)構(gòu)墩柱
鑿除松散部分混凝土，將外露鋼筋表面清理干凈，再利用環(huán)氧砂漿對缺損部位進(jìn)行修復(fù)；
3、箱梁及墩身表面涂裝處理
為滿足加固后結(jié)構(gòu)物的耐久性及美觀要求，在大橋第十五聯(lián)加固完成后，對箱梁及墩身涂裝一層港工混凝土耐久性涂裝層，使加固后的橋梁外觀上與原結(jié)構(gòu)美觀一致，同時也提高了近海橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。
五、 加固后結(jié)構(gòu)驗算 1、承載能力極限狀態(tài)計算
箱梁組合內(nèi)力、承載力包絡(luò)圖（不計普通鋼筋）
圖6－1箱梁組合內(nèi)力、承載力包絡(luò)圖
2、正常使用極限狀態(tài)組合應(yīng)力圖
圖6－2正常使用極限狀態(tài)組合應(yīng)力圖
從上面可以看出加固后76號墩頂承載力為15530kN·m ＞17010×0.9＝15309kN·m，承載力滿足規(guī)范要求。
76號墩頂最小應(yīng)力為0.64Mpa（壓應(yīng)力），滿足原設(shè)計部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件要求。
3、箱梁頂升驗算
為了更換76號墩支座，將76號墩支點頂升按照2cm考慮，在(恒載＋支座頂升2cm)箱梁應(yīng)力計算結(jié)果如下圖。
從下圖可以看出，支座頂升2cm情況下76號墩頂應(yīng)力為0.29(壓應(yīng)力)MPa，滿足規(guī)范要求。
圖6－3支座頂升應(yīng)力圖
4、驗算結(jié)論
?。?）箱梁加固前，考慮火災(zāi)影響箱梁承載力略有不足，加固后滿足規(guī)范要求，具體數(shù)據(jù)見下表：
工況
|
Mj （kN-m）
|
Mu （kN-m）
|
Mu/Mj
|
加固前
|
14166
|
13748
|
0.97
|
加固后
|
15309
|
15530
|
1.01
|
?。?）箱梁加固前考慮火災(zāi)影響，76號墩頂最小應(yīng)力為-0.47Mpa(拉應(yīng)力)，加固后箱梁76號墩頂最小應(yīng)力為0.64MPa(壓應(yīng)力)，箱梁頂升中箱梁墩頂最小應(yīng)力為0.29MPa(壓應(yīng)力)，均滿足原設(shè)計部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件要求。
六、 施工順序 大橋加固工程施工順序如下：
1、B道加固施工
?。?）搭設(shè)臨時支架，將76號墩處箱梁臨時支承；
?。?）箱梁結(jié)構(gòu)受力加固；
?。?）將76號墩處箱梁頂升1.5cm，卸載76號墩身內(nèi)力，梁底夾塞臨時墊塊；
?。?）76號墩墩柱加固施工；
?。?），拆除已損壞的76號墩頂支座，安裝新支座；
?。?）箱梁底板、腹板及翼板加固維修施工；
?。?）對B道進(jìn)行荷載試驗。
2、A道加固施工
（1）開放B道交通，封閉A道交通；
?。?）箱梁底板、腹板及翼板加固維修施工；
?。?）76號墩墩身加固施工；
?。?）開放A道交通。
3、第十五聯(lián)箱梁及墩身、蓋梁防腐涂裝施工
