某市政桥梁桥面维修方案的确定

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(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)

引言

许多的市政桥梁修建年代较早，且多采用小跨径实心板形式，板间的横向联系多采用铰缝连接。随着使用时间的增长，容易出现铰缝脱落、横向联系减弱或缺失的问题，导致出现单板受力的现象。单板受力是指桥梁上部板梁结构中部分梁之间失去横向联系后，产生某一块或多块板梁单独受力的情况。桥梁出现单板受力病害后，由于荷载横向分布系数比设计值增大，桥梁不能共同受力，致使整体承载能力降低。加剧了单板疲劳破坏，使桥梁上部结构处于极为不利的受力状态，降低了桥梁耐久性和使用寿命[1]。

1 工程概况

1.1 桥梁概况

某桥梁位于太原市某主干路上，为1座南北走向的5跨简支普通钢筋混凝土实心板梁桥，跨径组合为5×6.7 m，桥梁中心线与河道中心线法线逆交10°，桥面总宽35 m。每跨上部结构均由33榀普通钢筋混凝土实心板梁组成，人行道下实心板梁与车行道下实心板梁间无铰缝连接，梁高均为0.33 m，每跨8号、9号、22号、23号实心板梁底宽均为1.5 m，其余板梁底宽均为1.0 m，桥面铺装为约20 cm厚的沥青混凝土。该桥曾进行拓宽改建，改建时仅保留了老桥的下部结构，并于其两侧各新建了一幅桥。该桥梁的横断面示意图见图1。

图1 桥梁横断面示意图

1.2 桥面存在病害及原因分析

根据检测报告，该桥桥面铺装存在较为严重的病害。

1.2.1 桥面铺装

(1)全桥车行道桥面铺装上分布有多条明显的纵向裂缝，裂缝均对应于板梁间铰缝位置，且板梁间底面均有通长的渗水痕迹，这表明实心板梁间的铰缝已经损坏，桥面病害见图2。尤其是第5跨桥面铺装对应于4-5-22号～4-5-23号板梁铰缝处，距5号台2.0～4.5 m范围内已出现明显的凹陷，最深处达5.0 cm，但对应此铰缝两侧板梁底面无明显错位，这主要是由于板梁间铰缝已严重损坏，此处桥面铺装在重车的反复碾压下产生了局部凹陷。铰缝的损坏降低了桥梁的横向整体性，使得荷载横向分布集中，已形成单梁受力的不利状况，大幅度降低了桥梁上部结构的承载能力。

图2 桥面铺装病害分部图

(2)全桥墩台处桥面铺装均分布有横向裂缝，横缝均对应于墩台位置，多数贯穿整个车行道。产生这种裂缝的主要原因是主梁在车辆荷载的作用下，梁端产生转角，导致该处桥面铺装因负弯矩作用而横向开裂。

1.2.2 伸缩缝

全桥墩台处均未设置伸缩装置，桥面铺装均为连续构造，不利于主梁的正常伸缩。

1.2.3 人行道及栏杆

该桥东西两侧人行道铺装均存在纵向裂缝，这主要是由于人行道下板梁间未设铰缝连接，板梁间拼缝反射到人行道铺装表面所致。此外，人行道铺装还存在局部网裂和破损。

2 承载能力检算[2-3]

2.1 检算荷载

检算荷载包括恒载和活载，恒载包括实心板梁、桥面铺装、栏杆等附属设施的自重。本次检算拟采用汽车-20级、挂车-100，人群荷载3.5 kPa作为检算荷载。

2.2 检算对象

本次检算仅针对上部主体结构进行，检算中结构外观尺寸以现场实测为准。

2.3 主梁检算

(1)该桥人行道板与车行道板间无铰缝连接，因此将车行道和人行道分幅进行检算；由于人行道板梁间未设铰缝，人行道板梁按单梁计算。

(2)该桥上部结构车行道实心板梁的部分铰缝失效，个别1.5 m车行道板、1.0 m车行道板存在单梁受力的迹象，因此车行道实心板梁的检算均按单梁受力状态进行，同时给出铰缝完好状态下的检算结果。

(3)经无损检测得到的实心板梁混凝土推定强度均在36.5 MPa以上，偏于安全考虑，本次检算取JTJ 023—85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[3]中的C30混凝土强度设计值。

2.4 横向分布系数

采用通用的桥梁博士计算软件(v3.0.3)，按铰接板梁法计算各实心板梁的荷载横向分布系数，实心板梁跨中截面荷载最大横向分布系数列于表1。

表1 实心板梁横向分布系数最大值

2.5 承载能力极限状态检算

2.5.1 正截面抗弯强度

该桥实心板梁跨中截面荷载极限弯矩最不利组合值及截面极限抵抗弯矩计算结果见表2。

2.5.2 斜截面抗剪强度

选取实心板梁距支座中心h/2处斜截面进行抗剪强度检算。该桥实心板梁斜截面最大剪力组合值及斜截面极限抗剪强度见表3。

2.6 刚度检算

对钢筋混凝土桥梁在正常使用极限状态短期荷载作用下的变形进行检算。该桥实心板梁在汽车荷载作用下跨中最大挠度计算结果见表4。

2.7 检算结论

综合以上检算结果，可以得到如下结论：目前该桥上部结构实心板梁的承载能力仅能满足汽车-8级，人群荷载3.5 kPa的安全承载要求；若板梁间失效铰缝修复完好，则该桥上部结构实心板梁能满足汽车-15级、挂车-80，人群荷载3.5 kPa的安全承载要求。

3 维修方案

根据桥面目前存在的病害及计算结果，确定如下维修方案：

(1)凿除桥面车行道部分沥青和混凝土铺装层，凿除人行道表面砂浆铺装层。

(2)用M15砂浆将实心板梁间的缝隙进行灌封填充，待实心板梁间砂浆强度足够后，在板梁上部钻孔，粘贴钢板并用锚固螺栓锚固，以增强实心板之间的横向联系。

表2 实心板梁跨中正截面抗弯强度计算结果

表3 实心板梁斜截面抗剪强度计算结果

表4 汽车荷载作用下实心板梁跨中最大挠度值1)

(3)在桥面上铺设双层钢筋网(上、下层均为B10@100 mm)，靠近人行道时若铺装厚度不足，则调整为单层钢筋网，浇筑C40钢纤维混凝土铺装层。

(4)混凝土铺装层强度足够后，在其上铺装沥青面层，混凝土铺装层与沥青铺装层间设置高分子聚合物沥青防水层。

(5)在两端桥头安装TST伸缩缝不锈钢盖板。

(6)用修补砂浆修补人行道板破损部分。

4 结语

对于单板受力病害，在桥面铺装厚度足够的情况下，铺设双层钢筋网片能够很好地解决横向联系不足的问题，但若受桥面铺装厚度限制，整体或部分桥面铺装只能设单层网片时，需要通过其他方式来增强梁板之间的横向联系。本方案是通过增加钢板来增强板梁之间的横向联系，在今后对类似病害维修处治时，需根据现场的具体条件确定合理、经济的方案。

参考文献：

[1] 梁巍，杨彦晨.浅谈桥梁铰缝失效及维护技术[J].科技创新导报，2011(6)：59.

[2] JTG/T J21—2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3] JTJ 023—85，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，1985.