广深高速公路10#桥工作状态研究

刘阔誉

(中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概述

10#桥起迄里程为 CH7 665.429—CH7 771.309，全长105.88 m，为广深高速公路跨深圳市北环路跨线桥，该桥与北环路斜交，中心处斜交角为 50°40′08″，20世纪90年代初建成。桥梁位于R=2 500 m平曲线上，并有纵向坡度，故为一座弯、坡、斜桥梁结构，其上部结构由两座相互分离的4孔24 m连续预应力混凝土Π型梁组成。梁肋底宽 0.80 m，顶宽 1.20 m，高1.35 m，桥面板厚度沿桥横向是变化的，梁肋处0.45 m，跨中0.35 m，内外边缘0.20 m。桥面板顶板设有3%的横坡。左右两幅桥，每幅桥内侧采用单向活动盆式支座，外侧采用双向活动盆式支座，故上部构造为纵向飘浮体系。本桥伸缩缝只设在桥台处。设计荷载为汽超—20，挂—120。

该桥施工拆模后，发现中支点腹板处出现6～7条，宽为5～6 mm的斜裂缝，经检测后认为支点处于极不正常的工作状态，严重危及斜截面的承载能力。后进行了腹板加固处理，再次的静载试验结果表明其正应力及剪应力的分布已趋于正常。

经过十多年的运营，广深珠高速公路有限公司计划对桥面加铺沥青混凝土罩面层，本文针对桥梁目前的工作状态以及最大量加铺沥青混凝土罩面层后桥梁的工作状态进行深入研究，研究中对于相关方法和参数的取值采取桥梁设计时所参照的规范标准。

2 外观普查及检测

2.1 外观普查结果

由于10#桥处于深圳市北环公路上方，北环公路车流量频繁，车辆行驶速度较快。封闭主道进行桥梁检查、检测的方法无法实现，所以只能选取四跨中的两个坐落在辅道上的边跨进行检测工作。①Π型梁跨中腹板发现竖向裂缝17条，最长已通向翼缘板，长约3 m，裂缝宽度都在0.1 mm以内;②翼缘板底面存在纵向裂缝，最长的约4 m，宽度都在0.1 mm以内;③桥墩墩壁有一条竖向裂缝，长度3.2 m，宽度为1.5 mm;④端横梁后面的桥台上有两条竖向裂缝，长度约1.0 m，宽1.7 mm;⑤端横隔板靠近腹板处有一条竖向裂缝，长度1.2 m，宽度为1.5 mm。

2.2 桥梁检测结果

2.2.1 混凝土强度检测结果

为了全面了解桥梁混凝土现有状态，分别对10#桥南、北行梁体、桥台及桥墩进行混凝土强度检测及混凝土碳化深度测试，混凝土检测结果列于表1～表6。混凝土强度检测采用超声回弹综合法，这种方法是建立在超声波传播速度和回弹值同混凝土抗压强度之间相互关系的基础上的，以声速和回弹值综合反映混凝土的抗压强度。检测依据为中国工程建设标准化协会标准《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02:88。

混凝土的碳化是指混凝土中的成分(Ca(OH)2)与渗透进混凝土中的二氧化碳(CO2)和其他酸性气体发生化学反应的过程。混凝土碳化后密度和强度会有所提高，表面硬度增大，但碳化后混凝土碱度降低，钢筋表面的钝化膜遭到破坏而使钢筋产生锈蚀。此外，碳化会加剧混凝土的收缩导致混凝土开裂。

混凝土的碳化深度是评价混凝土质量和耐久性的重要指标之一。

从表1～表3可以得出，10#桥南行混凝土推定强度在43.8～48.9 MPa之间;混凝土实测碳化深度在4.1～5.1 mm，为正常碳化速率。从表4～表6可以得出，10#桥北行混凝土推定强度在43.3～49.4 MPa之间;混凝土实测碳化深度在4.3～4.5 mm，为正常碳化速率。

表1 10#桥南行(广州—深圳)梁体混凝土强度检测结果(回弹法)

表2 10#桥南行(广州—深圳)桥台混凝土强度检测结果(回弹法)

表3 10#桥南行(广州—深圳)墩混凝土强度检测结果(超声回弹综合法)

表4 10#桥北行(深圳—广州)梁体混凝土强度检测结果(回弹法)

表5 10#桥北行(深圳—广州)桥台混凝土强度检测结果(回弹法)

表6 10#桥北行(深圳—广州)墩混凝土强度检测结果(超声回弹综合法)

2.2.2 钢筋混凝土保护层与碳化深度测试结果

钢筋混凝土保护层与碳化深度测试结果见表7。从表7中的钢筋保护层厚度的特征值说明该桥保护层厚度适中;从混凝土的碳化深度判断，钢筋没有大面积锈蚀的可能。

表7 广深高速公路钢筋混凝土保护层与碳化深度测试结果

3 桥梁检算

3.1 计算思路

由于10#桥为四跨等跨预应力连续梁，所以针对控制截面:边跨0.4L截面、中跨0.5L截面及1#墩顶截面进行检算，检算分为现有状态及加铺5 cm沥青混凝土状态。

Π形大桥面板应用有限元法进行分析。主要采取手工计算结合结构计算软件桥梁博士和ANSYS进行校验。结构有限元计算模型见图1。

3.2 现有工作状态受力评估

根据设计时所参照的公路桥涵设计规范以及设计图纸，计算结果如表8。从表8可以看出，最大荷载组合下结构控制截面弯矩值均小于根据承载能力极限状态正截面强度计算值，所以结构受力符合规范要求。

图1 结构有限元计算模型(单元划分)

表8 结构内力强度检算结果 kN·m

3.3 加铺5 cm沥青混凝土后受力评估

根据加铺5 cm沥青混凝土后的结构特性，计算结果如表9。从表9中可以看出，最大荷载组合下结构控制截面弯矩值均小于根据承载能力极限状态正截面强度计算值，所以在加铺5 cm沥青混凝土后结构受力依然符合规范要求。

3.4 活载作用下的钢筋应力检算(单肋)

2003年颁布的《公路桥涵设计规范》并未对活载作用下的钢筋应力幅进行规范说明，由于公路荷载等级逐步提高，车流量日渐频繁，检算参考了铁路桥梁关于活载作用下钢筋疲劳应力幅的规定。

3.4.1 边跨0.4L截面

计算板宽 b=0.27×23.47=6.34 m，惯性矩 I=0.976 m4，中性轴高度 Yc=1.26 m，混凝土应力 σh=5.09 MPa，钢筋应力 σg=30.5 MPa＜80 MPa，钢筋活载疲劳应力幅满足＜80 MPa的规范要求。

3.4.2 中跨0.5L截面

计算板宽 b=0.2×23.47=4.694 m，惯性矩 I=0.883 m4，中性轴高度 Yc=1.19 m，混凝土应力 σh=4.72 MPa，钢筋应力 σg=28.3 MPa＜80 MPa，钢筋活载疲劳应力幅满足＜80 MPa的规范要求。

表9 结构内力强度检算结果 kN·m

3.4.3 墩顶截面

计算板宽 b=0.07×46.94=3.29 m，惯性矩 I=0.775 m4，中性轴高度 Yc=1.11 m，混凝土应力 σh=3.70 MPa，钢筋应力 σg=22.2 MPa＜80 MPa，钢筋活载疲劳应力幅满足＜80 MPa的规范要求

3 结论及建议

桥梁承载能力极限状态正截面强度检算结果，边跨0.4L、中跨0.5L及墩顶截面均符合规范要求。桥梁加铺5 cm沥青混凝土后，边跨0.4L、中跨0.5L及墩顶截面承载能力极限状态正截面强度依然符合规范要求。活载作用下钢筋应力检算结果，边跨0.4L、中跨0.5L及墩顶截面钢筋疲劳应力幅均满足＜80 MPa的规范要求。

本次检算完全依照10#桥设计图纸，计算结果可以加铺沥青层，但由于该桥已出现过裂缝，并且曾经粘贴钢板处理，计算结果只能作为参考，做进一步超载试验，检验其实际承载能力后再决定。

建议桥面进行防水层处理，以彻底解决桥面板漏水等影响结构耐久性的问题;对裂缝进行封闭处理;对10#桥裂缝进行定期观测;进行静载试验，对桥梁现状做充分评估，然后确定是否加铺沥青混凝土层。

［1］中华人民共和国交通部.JTG-DB-2004 公路桥涵设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］中华人民共和国交通部.YC4-4/1982 大跨径混凝土桥梁的试验方法［S］.北京:人民交通出版社，1982.

［3］中华人民共和国建设部.GB50152-92 混凝土结构试验方法标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，1992.