高等级公路T型梁桥桥面破坏加固处治

南宁市城市规划设计院 蒋以华

贵州通远公路勘察设计咨询有限公司 何 轶

高等级公路T型梁桥桥面破坏加固处治

南宁市城市规划设计院 蒋以华

贵州通远公路勘察设计咨询有限公司 何 轶

本文通过对1座高等级公路多跨30m T梁桥面破坏的原因分析，提出了增加T梁横隔板加固方案，经过施工人员的精心施工，设计方案顺利实施，且通过了恶劣天气的考验，取得了成功。

T型梁 桥面 裂缝 加固

一、工程概况

江西坡大桥位于贵州省贵阳至新寨高等级公路K71+538处，为分幅双向四车道桥梁。桥梁左幅为9×30m预应力混凝土T型梁桥，桥长309.78m；右幅为10×30m预应力混凝土T梁桥，桥长317.13m，两幅桥宽均为12m。桥梁平面位于圆曲线上，圆曲线半径为R=400m，纵坡为4%。该桥运行多年后桥面多处出现纵向、横向裂缝，且部分已修补过的桥面再次出现了裂缝，桥面破损相当严重，严重影响行车安全，特别是雨天时桥面上多次发生严重交通事故。

二、原因初步分析

该桥上部构造为30m预应力混凝土T梁，每跨横向由5片梁组成，T梁仅两端各设置一道横隔板，中部无横隔板。预制T梁间设计考虑为铰接，铰缝宽度仅10cm。预制T梁顶面为现浇的14cm厚C50钢筋混凝土桥面板，层内设置有双层φ12钢筋网，面层为6cmC50水泥混凝土桥面，层内设置φ6.5钢筋网，网距较大，为20×20cm。

调查时发现桥面裂缝以顺桥向裂缝为主，顺桥向分布没有规律，但大多较长，跨越2～3跨，横向主要分布在慢车道上，快车道及外侧路缘带较少。桥面横桥向裂缝较顺桥向裂缝略少，同样多分布于慢车道上，顺桥向则各跨均有分布，没有规律。现场调查时遇到养护人员在对局部严重破损的桥面进行修补工作，通过现场观察，发现桥面打开部分面层6cm水泥混凝土全部破坏，而下层14cm桥面板未发现裂缝。另外发现6cm面层内钢筋均未置于面层上部，而是置于面层与桥面板的结合面处。调查时还发现该桥在重型车辆或高速小型车辆通过时桥梁震动严重，该现象在跨中尤其明显。

通过现场调查分析，初步认定裂缝发生的主要原因有以下几点：

1. 桥梁所处路线平面曲线半径小、纵坡大，桥面采用水泥混凝土，摩阻力较小。由于公路等级较高，车辆运行速度较快，故车辆在桥面紧急制动的现象较为突出，尤其是大型车辆由于惯性大，极易长时间制动。这些都引起桥面面层受到的顺桥向水平力和横桥向水平力较大，而桥面面层配置钢筋直径较小、网距较大，难以承受这些水平力，多次作用下极易引起破坏。故可考虑将刚性桥面面层改为改性沥青混凝土（柔性面层），既增大摩阻力、保障行车安全又易于施工、缩短因桥面面层施工而封闭交通的时间且便于今后养护。

2. 面层破坏而下层桥面板未发现裂缝，说明桥面板受力是能够满足使用要求的，故桥面裂缝不是下层的反射裂缝。因桥面裂缝均没有特别明显的规律，桥面板受力后是否产生裂缝可通过建模计算进行进一步分析。

3. 重型车辆或高速小型车辆通过时在T梁跨中桥梁震动严重，说明T梁的横向整体刚度较差，震动的频繁容易造成桥面混凝土的疲劳破坏，对T梁梁体及支座等构件也会造成不良影响。故可考虑在跨中增加横隔板以增大桥梁的整体刚度，减小桥梁的震动。

三、结构计算分析

由于下层桥面板未发现裂缝，故建立空间模型对T梁桥面板进行受力分析。分析程序采用大型空间计算程序Midas2006，模型单元采用板单元，计算模型图见图1：

图1 计算模型图

计算中考虑两种模型，一种按实际桥梁布置，另一种在跨中增加三道横隔板，两种模型的桥面板应力计算结果如下表：

表1 混凝土应力对比表

表2 桥梁动力性能

从表1中我们可以看出，桥面板的最大拉应力为1.67MPa，小于C50混凝土的容许拉应力，故下层14cm厚桥面板层是不应产生裂缝的，故设计时可不考虑对该层进行处理。

从表2中我们可以看出，T梁增加横隔板后基频由无横隔板的3.96Hz变为3.54Hz，说明增加横隔板后桥梁的整体刚度有了一定增加，桥梁震动相应的也会减小。虽然增加了三道横隔板后增加了恒载，但由于横隔板自重较轻，且考虑新增横隔板的受力横向分布作用，则起控制设计作用的边梁所受活载也将减小，各片T梁的受力分布也更趋于合理，故不会对T梁产生不利影响。

四、设计方案

通过各方面分析，综合考虑现场的环境因素及施工方案，确定了设计方案，主要包含以下几个方面：

1. 在每跨T梁跨中段增加三道横隔板（横隔板大样如图2）。由于该桥桥墩较高，桥墩最高有35m，故横隔板采用预制吊装方案。横隔板厚度为20cm，中部设2个临时固定孔，用φ25圆钢两端攻丝套螺母固定。横隔板间主筋采用焊接连接，湿接缝采用微膨胀混凝土。

图2 预制横隔板大样

2. 由于水泥混凝土桥面摩擦系数较小，且本桥位于大纵坡和小半径平曲线复合的路段，雨天时车辆极易发生交通事故，故设计时将刚性桥面面层改为柔性面层，增大桥面的摩擦系数。采用方案为凿除桥面6cm厚水泥混凝土面层，改用改性沥青混凝土铺筑，沥青混凝土与桥面板间涂刷沥青基防水涂料。

五、施工方案

根据确定的设计方案，施工时主要分两部分实施：

1. 预制横隔板安装。

横隔板在预制场预制好后运至现场对应位置桥梁正下方，在桥面打孔后用钢丝绳垂直起吊，到达设计位置后通过φ25圆钢两端攻丝套螺母固定在T梁上，然后向横隔板在与T梁表面结合处的预留孔内贯注JGN结构胶，最后再焊接横隔板间钢筋、浇注湿接缝混凝土。施工时支架采用型钢焊制的小型吊架。

2. 桥面系改造。

先用路面切缝机将桥面面层按1m方格切块，切割深度控制在6cm以内，待横隔板施工完成后采用小型路面凿除机凿除桥面面层，清洗干净后涂刷防水材料，最后铺筑改性沥青混凝土。

六、实施效果

由于原有T梁施工质量较差，T梁表面与预制横隔板多处不能紧密结合，施工时需对多个预制横隔板进行人工处理，故耗时较多，而且受到高等级公路通行交通组织的影响，施工期略长，为5个月。桥面6cm厚面层凿除后经过仔细检查在14cm厚桥面板上未发现裂缝，与设计分析一致，故按设计方案清洗后涂刷防水涂料后铺筑改性沥青混凝土。由于面层采用沥青混凝土，故不需施工养护期，大大减短了桥面封闭交通的时间。

施工完成后通过两年的运营，特别是经历了2008年初罕见的长时间凌冻天气后桥面完好无损，为当时的抢险救灾工作提供了有力保障。另外改造后桥上的交通事故率也大大降低，到目前为止未发生一起交通事故，这些都受到了业主单位及养护部门的好评。

七、小结

1. 通过加固处理，桥梁通行情况得到了良好改善，交通事故率大大降低，证明了采用增加横隔板及将桥面刚性面层改为柔性面层的方案是可行的且适宜的。在该桥所处的高等级公路上还有同类桥梁十多座，同样有类似的桥面病害，本桥的成功加固对今后同样类型桥梁病害加固起到了积极的示范作用。

2. 通过计算分析，正确判断了下层桥面板未损坏，合理确定了设计方案，节约了投资。

3. T梁新增横隔板采用预制安装工艺，横隔板与T梁结合面受T梁施工质量影响较大，且吊装时较为笨重、需要在桥面钻吊装孔，对桥面有一定的破坏，故显得较为不合理。由于施工时证明14cm厚桥面板未破坏，故今后的工程中可以考虑适当减小横隔板的刚度（如仅保留横隔板下横梁），采用现浇混凝土方案，可进一步降低施工难度、减小对桥面板的破坏且能够满足使用要求。

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